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一种基于干扰权重等级的车载天线布局设计方法

摘要

本发明涉及车载天线布局设计领域,尤其是一种基于干扰权重等级的车载天线布局设计方法。本发明通过分析车载系统中天线实际使用情况,结合天线间耦合度数据、天线的频谱分析,得到最终天线布局方案。本发明根据装载平台结构和使用要求排列组合得出所有天线布局方案;将天线进行配对,并对天线进行频谱分析,得出配对天线间的干扰频段;对天线布局方案进行配对天线间的耦合度仿真,得出各配对天线的耦合度;对天线间的干扰对系统的影响程度进行权重等级划分,得出权重计算值;将各布局方案的配对天线耦合度按各等级的权重值进行相乘后求和,得到天线耦合度综合评价值V,得出最终天线布局方案。本发明应用与天线布局设计领域。

著录项

  • 公开/公告号CN103414007A

    专利类型发明专利

  • 公开/公告日2013-11-27

    原文格式PDF

  • 申请/专利号CN201310385604.8

  • 发明设计人 马谢;沈冬远;杜宇;

    申请日2013-08-30

  • 分类号H01Q1/32(20060101);

  • 代理机构51214 成都九鼎天元知识产权代理有限公司;

  • 代理人徐宏

  • 地址 610000 四川省成都市高新区创业路6号

  • 入库时间 2024-02-19 21:10:10

法律信息

  • 法律状态公告日

    法律状态信息

    法律状态

  • 2016-12-07

    专利权的转移 IPC(主分类):H01Q1/32 登记生效日:20161118 变更前: 变更后: 申请日:20130830

    专利申请权、专利权的转移

  • 2015-06-03

    授权

    授权

  • 2013-12-18

    实质审查的生效 IPC(主分类):H01Q1/32 申请日:20130830

    实质审查的生效

  • 2013-11-27

    公开

    公开

说明书

技术领域

本发明涉及车载天线布局设计领域,尤其是一种基于干扰权重等级的车载 天线布局设计方法。

背景技术

天线耦合度是表征多天线之间相互耦合特性的重要指标。工程上,天线耦 合度由收发天线的功率进行表示,其公式为S=10log(Pin/Pout),其中,Pin表示接 收天线接收到的功率,Pout表示发射天线的发射功率。在耦合度计算中,发射 天线为干扰天线,接收天线为受扰天线,耦合度S21表示1为发射天线,2为 接收天线时的耦合度。

天线耦合度的一般分析方法是先将系统等效为多端口网络,然后利用数值 分析方法计算网络的等效导纳矩阵或等效S参数矩阵,再利用微波网络计算多 天线之间的耦合度。

目前,三维电磁场仿真技术已经广泛应用于电子设计、结构设计和系统集 成,其中,系统的天线布局也逐步开始运用天线间的耦合度仿真进行设计。但 当车载平台上天线数量较多的情况下,预选的布局组合形式多样,导致仿真数 据难以用于横向比较大量的预选方案,也就无法合理设计天线布局。

发明内容

本发明针对现有技术存在的技术问题,提供一种基于干扰权重等级的车载 天线布局设计方法,通过步骤S1根据装载平台结构和使用要求分析,得出天 线的可用安装位置集合,并排列组合得出所有可能的天线布局方案;步骤S2 对各天线的实际工作频率进行频谱分析,得出各配对天线的干扰频段;步骤 S3对每种天线布局方案进行配对天线间的耦合度仿真,根据频谱分析结果对 耦合度结果在主要干扰频段内取平均值,得出各配对天线的耦合度结果;步骤 S4分析各天线在系统中的实际使用情况,并依据配对天线间的干扰对系统的 影响程度进行权重等级划分,得出各等级的具体权重值;步骤S5将各布局方 案的配对天线耦合度按各等级的权重值进行相乘后求和,得到耦合度综合评价 值V,并进行横向对比,得出最终天线布局方案。

本发明采用的技术方案如下:

一种基于干扰权重等级的车载天线布局设计方法包括:

S1:根据车载平台的结构和使用要求得出车载平台可用于天线安装的位置,并 将天线按照排列组合的形式分别部署于这些位置,得到天线布局方案;

S2:根据各天线的工作频率对其进行频率分析,得到配对天线的干扰频段;

S3:在配对天线的干扰频段内,对天线布局中的两两配对天线进行耦合度仿真, 得到配对天线的耦合度S=0S12S13···S1jS210S23···S2jS31S320···S3j·········0···Si1Si2Si3···0,其中Sij表示j作为发射天线 对接收天线i的耦合度,其中i≥1,j≥1,i与j的范围相同;

S4:依据各配对的干扰天线与受扰天线的关系,对配对天线的进行权重值λi进 行分配,所述Λij为不同权重值λi对应的权重等级量化 值,Δ为不同权重值λi对应的调节因子,pi为不同权重值λi对应的天线数量值, 其中m为权重等级的数量;

S5:将S中相同权重等级元素进行相加运算,并分别与对应等级的权重分配值 相乘,最终计算得到每个天线布局基于权重等级的天线耦合度综合值 横向对比选择其绝对值最大的方案,即确定为最终天线布局方案。

所述步骤S4权重值进行分配按照不少于两个权重等级的分配方式。

所述步骤S4具体步骤包括:

S41:设定权重等级为4个等级,根据各配对天线的符合情况,按以零权重值、 高权重值、较高权重值、较低权重值的优先顺序进行分配;则 Λ=Λ1Λ2Λ3Λ4,所述Λ1234=1,当Λ1是高权重值,Λ1=0.6~0.8, pi=p1,Δ=4;当Λ2是较高权重值Λ2=0.2~0.5,pi=p2,Δ=0;当Λ3是较低权 重值,Λ3=0.1~0.2,pi=p3,Δ=-4;当Λ4是零权重值,Λ4=0;其中符合高权 重值的情况是受扰天线是主要工作天线或受扰天线与干扰天线的工作频段有 重叠;较高权重值的情况是干扰天线工作频段较受扰天线低且两者相邻、干扰 天线工作频段较受扰天线低,其2次、3次谐波处于受扰天线工作频段内或干 扰天线工作频段较受扰天线高,且两者间的工作频段间隔不大于干扰天线的5 倍工作频段宽度;较低权重值的情况是干扰天线工作频段较受扰天线高,且两 者间的工作频段间隔大于干扰天线的5倍工作频段宽度、干扰天线工作频段较 受扰天线低,其5次及5次以上谐波处于受扰天线工作频段内、受扰天线与干 扰天线极化方式不同或受扰天线与干扰天线之间的垂直间距大于3m,且大于 干扰天线的最小波长,不大于其2倍最大波长;零权重值的情况是干扰天线工 作时对系统不造成影响、受扰天线与干扰天线不同时工作或受扰天线与干扰天 线之间的垂直间距大于10m,且大于干扰天线的2倍最大波长;

S42:根据权重组合值精准到十分位,权重组合总和值为1的原则得到权重组 合方式为三种:

1)Λ11=0.6,Λ21=0.3,Λ31=0.1,Λ41=0;

2)Λ12=0.6,Λ22=0.2,Λ32=0.2,Λ42=0;

3)Λ13=0.7,Λ23=0.2,Λ33=0.1,Λ43=0;

则可知高权重的配对天线的权重和Λ1=Λ11Λ12Λ13=0.60.60.7,较高权重 的配对天线的权重和Λ2=Λ21Λ22Λ23=0.30.20.2,较低权重的配对天线的 权重和Λ3=Λ31Λ32Λ33=0.10.20.1,零权重的配对天线的权重和 Λ4=Λ41Λ42Λ43=000;其中,Λ=Λ11Λ12Λ13Λ21Λ22Λ23Λ31Λ32Λ33Λ41Λ42Λ43.

S43:根据高权重值配对天线的数量值P1,较高权重值配对天线的数量值P2, 较低权重值配对天线的数量值P3,计算高权重配对天线权重分配值λ1, 其中Λ1j=Λ11Λ12Λ13;计算较高权重配对天线权重分 配值λ2,其中Λ2j=Λ21Λ22Λ23;计算较低权重配对 天线权重分配值λ3,其中Λ3j=Λ31Λ32Λ33;零权重配 对天线的权重分配值λ4,λ4=0。

所述S5具体步骤:

S51:按照权重等级,将每个布局方案各配对天线的耦合度S中属于高权重配 对天线的元素选出,并代数相加得到S1

S52:将每个布局方案各配对天线的耦合度S中属于较高权重配对天线的元素 选出,代数相加得到S2

S53:将每个布局方案各配对天线的耦合度S中属于较低权重配对天线的元素 选出,代数相加得到S3

S54:将每个布局方案各配对天线的耦合度S中属于零权重配对天线的元素选 出,代数相加得到S4

S55:计算各方案的天线耦合度综合评价值V=λ1S12S23S34S4,选择该值 的绝对值最大的方案,确定为天线的最终布局方案。

所述S3中在配对天线的干扰频段内,对天线布局中的两两配对天线进行 耦合度仿真具体过程是,根据S2所得出的配对天线干扰频段,实施以下具体 步骤:

S31:建立等比车辆模型和天线模型,设定材质属性;

S32:设定最大仿真频率应至少为需仿真天线最高频率的1.2倍;

S33:设定仿真区域边界条件;

S34:对等比车辆模型和天线模型进行网格剖分,基础网格的尺寸应小于1/10 需仿真天线的最小波长;

S35:采用基于时域有限差分算法的仿真软件进行配对天线耦合度仿真,对各 配对天线的耦合度结果在相应干扰频段内取平均值,得到耦合度S。

所述仿真区域边界条件方式选择PML完全匹配层方式。

综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:

本发明通过分析车载系统的任务执行情况,将大量天线间耦合度数据与系 统的实际使用情况、天线的频谱分析结果相结合,确定适用于所设计系统的最 佳天线布局方案。本发明通过采用通用电磁场仿真软件仿真,将干扰信号的影 响程度进行了量化;采用任务权重等级分析法,根据设备工作频率以及系统使 用模式,将各天线耦合度仿真结果对系统的重要程度进行量化。通过以上方法, 最终实现对多种方案的仿真结果量化评估,为车载天线布局提供布局依据。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明,其中:

图1本设计方法示意图。

图2本设计实施例中车载平台顶视图。

图3a本设计实施例1天线布局方案1示意图。

图3b本设计实施例1天线布局方案2示意图。

图3c本设计实施例1天线布局方案3示意图。

图3d本设计实施例1天线布局方案4示意图。

图3e本设计实施例1天线布局方案5示意图。

图3f本设计实施例1天线布局方案6示意图。

图4a本设计实施例2天线布局方案1示意图。

图4b本设计实施例2天线布局方案2示意图。

图4c本设计实施例2天线布局方案3示意图。

图4d本设计实施例2天线布局方案4示意图。

1-实施例1的天线可安装位置           2-实施例1的平台上其它结构件

3-实施例1的不可用于天线安装的区域   4-实施例1的车头部分

5-实施例1的车辆舱体

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征,或公开的所有方法或过程中的步骤,除了互 相排斥的特征和/或步骤以外,均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征,除 非特别叙述,均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即,除非 特别叙述,每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明相关情况说明

1、将权重值高低分为以下4种情况,将所有可能情况罗列:

1)符合高权重值的情况是以下任意一种情况:

受扰天线是主要工作天线;受扰天线与干扰天线的工作频段有重叠;

2)较高权重值的情况是以下任意一种情况:

干扰天线工作频段较受扰天线低且两者相邻;干扰天线工作频段较受扰天 线低,其2次、3次谐波处于受扰天线工作频段内;干扰天线工作频段较受扰 天线高,且两者间的工作频段间隔不大于干扰天线的5倍工作频段宽度;

3)较低权重值的情况是以下任意一种情况:

干扰天线工作频段较受扰天线高,且两者间的工作频段间隔大于干扰天线 的5倍工作频段宽度;干扰天线工作频段较受扰天线低,其5次及5次以上谐 波处于受扰天线工作频段内;受扰天线与干扰天线极化方式不同;受扰天线与 干扰天线之间的垂直间距大于3m,且大于干扰天线的最小波长,不大于其2 倍最大波长;

4)零权重值的情况是以下任意一种情况:

干扰天线工作时对系统不造成影响;受扰天线与干扰天线不同时工作;受 扰天线与干扰天线之间的垂直间距大于10m,且大于干扰天线的2倍最大波长。

2、当配对天线同时满足两种或两种以上权重值情况时,按以零权重值、 高权重值、较高权重值、较低权重值的优先顺序进行分配。

3、PML指的是理想匹配层吸收边界条件(Perfectly Matched Layer简称 PML),它在计算区域边界面附近引入虚拟的各向异性有耗媒质,并使得在一 定条件下,计算区域空间与虚拟有耗媒质层完全匹配,计算空间中的外行电磁 波可以无反射地进入虚拟有耗媒质,并逐渐衰减,从而有效吸收外行波。理论 上,它的吸收性能与外行波入射角和频率无关,可以在宽频带、大入射角范围 内有效吸收外行波,并使反射误差与色散误差可比拟,甚至更小;而且PML 层的计算公式与Maxwell方程类似,很方便与计算区域衔接。

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明的基于干扰权重等级的车载天线布局设计方法,针对车载系统的多 种天线布局,根据天线在系统中的工作情况以及频谱分析结果,并依据两两天 线间的干扰对系统的影响程度进行权重分配,将天线间的耦合度数据按权重分 配结果进行比较,以此分析多种布局方案的优劣,得到系统整体效能最佳、任 务执行保障能力最好的天线布局方案,如附图1所示。其具体步骤如下:

步骤S1:得出所有可用于天线安装的位置集合。根据装载平台的结构约 束,如外部结构件安装阻挡、系统内部布线阻挡等,同时结合系统的使用要求, 如某一天线必须安装于某处或所有天线必须避开某设施的活动范围,由此分析 得到系统平台中所有可用于天线安装的位置。并在上述所有安装位置的基础 上,将所有天线分别置于其上,以排列组合的形式,罗列出所有可能的天线布 局方案。

步骤S2:根据各天线的实际工作频率进行频谱分析。依据各天线的具体 工作频率范围,分析天线间的主要受扰对象、主要干扰方式、干扰量级等,初 步评价系统中配对天线间的干扰对系统整体性能的影响程度。根据频谱分析的 结果,筛除对系统无影响或影响基本可忽略的工作频率范围,得出配对天线间 的主要干扰频段。

步骤S3:对所有可能的天线布局方案进行耦合度仿真,首先建立车辆和 天线模型,设定材质属性、全局单位、仿真频率范围和边界条件等。其次,对 物理模型进行网格剖分后,在各仿真天线馈电位置和天线辐射体之间进行激励 源加载,依次对各天线进行激励,最后得到其余天线在该天线激励时的S参数 曲线,即两两天线间在工作频段内的耦合度曲线,并将其转换为数据表的形式, 将各配对天线间的耦合度结果在主要干扰频段内取平均值,得出每个布局方案 各配对天线的耦合度S。

S=0S12S13···S1jS210S23···S2jS31S320···S3j·········0···Si1Si2Si3···0

步骤S4:统计并计算得出系统的权重分配。在进行仿真的同时,细化分 析各天线的任务时域剖面,排除其中不同时工作的天线配对;分析各天线在系 统中的实际使用情况,得出系统中主要使用的天线或对任务执行效果影响更大 的天线,以及各天线间相互影响的方式和程度。其次,考虑实际使用对天线耦 合度影响较大的因素,如天线架高使用、地面架设使用等。将上述分析结果结 合之前的频谱分析结果,最终确定两两天线间的干扰量级对系统整体性能的影 响程度,并以此作为权重分配的依据。

依据天线间的干扰对系统的影响程度,对配对天线进行权重分配,得出系 统的权重分配Λ=Λ1Λ2Λ3Λ4.

其中,高权重配对天线的个数为P1,其权重均为λ1,其代数和为Λ1=P1×λ1

较高权重配对天线的个数为P2,其权重均为λ2,其代数和为Λ2=P2×λ2

较低权重配对天线的个数为P3,其权重均为λ3,其代数和为Λ3=P3×λ3

零权重配对天线的权重均为λ4,其代数和为Λ44

由于Λ1234=1,依据如表1的权重等级量化范围和具体量化值。

表1 权重等级量化范围

权重等级 权重定量范围 权重量化值 高权重Λ10.6~0.8 0.6,0.7,0.8 较高权重Λ20.2~0.5 0.2,0.3,0.4,0.5 较低权重Λ30.1~0.2 0.1,0.2 零权重Λ40 0

第一种组合:Λ11=0.6,Λ21=0.3,Λ31=0.1,Λ41=0

第二种组合:Λ12=0.6,Λ22=0.2,Λ32=0.2,Λ42=0

第三种组合:Λ13=0.7,Λ23=0.2,Λ33=0.1,Λ43=0

因此,高权重的配对天线的权重和Λ1=Λ11Λ12Λ13=0.60.60.7,较高 权重的配对天线的权重和Λ2=Λ21Λ22Λ23=0.30.20.2,较低权重的配对天 线的权重和Λ3=Λ31Λ32Λ33=0.10.20.1,零权重的配对天线的权重和 Λ4=Λ41Λ42Λ43=000.

在本发明中,各高权重配对天线的权重值均为λ1

λ1=1p1×Σj=1nΛ1j+p1+4Σi=1mΣj=1nΛij+Σi=1m-1pi

各较高权重配对天线的权重值均为λ2

λ2=1p2×Σj=1nΛ2j+p2Σi=1mΣj=1nΛij+Σi=1m-1pi

各较低权重配对天线的权重值均为λ3

λ3=1p3×Σj=1nΛ3j+p3-4Σi=1mΣj=1nΛij+Σi=1m-1pi

各零权重配对天线的权重值均为λ4

λ4=0

在没有其它明确要求时,各配对天线的权重等级根据如表2所示的符合情 况进行确定。当配对天线的符合情况同时满足多种权重等级时,以顺序值较小 的等级优先。

表2 配对天线的权重等级划分对照表

步骤S5:计算得出每个布局方案的耦合度综合评价总值。按照上述权重 等级划分对照表,将步骤S3所得出的每个布局方案各配对天线的耦合度S中 属于高权重配对天线的元素选出,并代数相加得到S1,同理得出得出较高权重 配对天线的耦合度代数和S2,较低权重配对天线的耦合度代数和S3,零权重 配对天线的耦合度代数和S4

将各布局方案的各种权重等级配对天线的权重值与其耦合度代数和相乘 后,计算得到每个布局方案的一个基于权重等级的天线耦合度综合评价值 V=λ1S12S23S34S4。将各天线布局方案的天线耦合度评价总值V进行横向 对比,选择其绝对值最大的方案,即确定为该系统的最终天线布局方案。

实施例一:以一个主要用途为超短波通信的车载多天线系统为例,其中天 线包括短波天线A、第一超短波天线B、第二超短波天线C、3G移动通信天 线D、导航天线E,其中第一超短波天线B为主用天线,其具体实施步骤为:

S101:根据超短波通信的车载平台的结构排除不可安装天线的位置,结合 天线安装所必须遵循的使用要求,得出车载平台上可用于天线安装位置,即从 车辆尾部看向车辆行进方向看过去,包括车厢顶右边缘前部、车厢顶右边缘中 部、车厢顶右边缘尾部、车厢顶左边缘前部、车厢顶左边缘距离尾部3/10车 厢长度的位置共5处;将上述天线分别置于车载平台车顶上,以排列组合的形 式得出所有6种布局方案,如附图3a~图3f所示,分别为方案1、方案2、方 案3、方案4、方案5、方案6,其中:

方案1:将短波天线A安装在车厢顶左边缘距离尾部3/10车厢长度的位置, 第一超短波天线B安装在车厢顶右边缘前部,第二超短波天线C安装在车厢 顶右边缘尾部,3G移动通信天线D安装在车厢顶左边缘前部,导航天线E安 装在车厢顶右边缘中部;

方案2:将短波天线A安装在车厢顶左边缘距离尾部3/10车厢长度的位置, 第一超短波天线B安装在车厢顶右边缘前部,第二超短波天线C安装在车厢 顶左边缘前部,3G移动通信天线D安装在车厢顶右边缘尾部,导航天线E安 装在车厢顶右边缘中部;

方案3:将短波天线A安装在车厢顶左边缘距离尾部3/10车厢长度的位置, 第一超短波天线B安装在车厢顶右边缘尾部,第二超短波天线C安装在车厢 顶右边缘前部,3G移动通信天线D安装在车厢顶左边缘前部,导航天线E安 装在车厢顶右边缘中部;

方案4:将短波天线A安装在车厢顶左边缘距离尾部3/10车厢长度的位置, 第一超短波天线B安装在车厢顶左边缘前部,第二超短波天线C安装在车厢 顶右边缘前部,3G移动通信天线D安装在车厢顶右边缘尾部,导航天线E安 装在车厢顶右边缘中部;

方案5:将短波天线A安装在车厢顶左边缘距离尾部3/10车厢长度的位置, 第一超短波天线B安装在车厢顶右边缘尾部,第二超短波天线C安装在车厢 顶左边缘前部,3G移动通信天线D安装在车厢顶右边缘前部,导航天线E安 装在车厢顶右边缘中部;

方案6:将短波天线A安装在车厢顶左边缘距离尾部3/10车厢长度的位置, 第一超短波天线B安装在车厢顶左边缘前部,第二超短波天线C安装在车厢 顶右边缘尾部,3G移动通信天线D安装在车厢顶右边缘前部,导航天线E安 装在车厢顶右边缘中部;

其中短波天线A为垂直极化,工作频段为2~30MHz;第一超短波天线B 为主用天线,极化方式为垂直极化,工作频段为30~88MHz;第二超短波天 线C为垂直极化,工作频段为30~200MHz;3G移动通信天线D为垂直极化, 工作频段为825~880MHz;导航天线E为圆极化,工作频段为1615.68MHz;

S102:分析各天线的工作频率和工作方式,将各天线两两配对,得到配对 天线的干扰频段:A对B的干扰频段为30~88MHz,A对C的干扰频段为30~ 200MHz,A对D的干扰频段为825~880MHz,A对E无干扰频段,B对A 的干扰频段为2~30MHz,B对C的干扰频段为30~200MHz,B对D的干扰 频段为825~880MHz,B对E无干扰,C对A的干扰频段为2~30MHz,C对 B的干扰频段为30~88MHz,C对D的干扰频段为825~880MHz,C对E无 干扰,D对A的干扰频段为2~30MHz,D对B的干扰频段为30~88MHz,D 对C的干扰频段为30~200MHz,D对E无干扰,E对A、B、C、D均无干 扰。

S103:建立与该超短波通信系统的车载平台及天线等比例的车辆模型和天线模 型,对所有6种可能的天线布局方案进行耦合度仿真,采用基于时域有限差分 算法的仿真软件分别对各方案的配对天线进行耦合度仿真。

首先,根据车载平台与天线的实际材料设定材质属性;最大仿真频率范围按照 为需仿真天线最高频率,即D天线的880MHz的1.2倍设定,为0~1100MHz; 设定仿真区域边界条件,选择PML最佳匹配层方式,车载平台、地面为良导 体;

其次,对等比车辆模型和天线模型进行网格剖分,基础网格尺寸按照需仿真天 线的最小波长的1/10设定,即1/10的D天线波长0.341m,为34mm;

最后,耦合度结果在相应干扰频段内取平均值,筛除对系统无影响或影响基本 可忽略的工作频率范围,对各配对天线的耦合度结果在相应频段内取平均值。 得到6种天线布局方案的各配对天线的耦合度值:

方案1的耦合度S=0SABSACSADSAESBA0SBCSBDSBESCASCB0SCDSCESDASDBSDC0SDESEASEBSECSED0=0-18.7-16.9-38.80-24.20-23.1-38.70-20.4-24.40-39.20-42.9-35.5-38.60000000,

方案2的耦合度S=0SABSACSADSAESBA0SBCSBDSBESCASCB0SCDSCESDASDBSDC0SDESEASEBSECSED0=0-18.7-17.4-39.00-24.20-20.4-38.80-21.3-20.20-39.20-39.6-38.9-38.60000000,

方案3的耦合度S=0SABSACSADSAESBA0SBCSBDSBESCASCB0SCDSCESDASDBSDC0SDESEASEBSECSED0=0-16.9-18.7-38.80-18.80-23.1-38.70-24.1-24.40-39.00-42.9-39.8-35.30000000,

方案4的耦合度S=0SABSACSADSAESBA0SBCSBDSBESCASCB0SCDSCESDASDBSDC0SDESEASEBSECSED0=0-17.4-18.7-39.00-21.50-20.4-38.70-24.1-20.20-39.10-39.6-39.8-37.40000000,

方案5的耦合度S=0SABSACSADSAESBA0SBCSBDSBESCASCB0SCDSCESDASDBSDC0SDESEASEBSECSED0=0-16.9-17.4-39.20-18.80-23.5-38.80-21.4-25.10-39.00-44.0-38.9-35.30000000,

方案6的耦合度S=0SABSACSADSAESBA0SBCSBDSBESCASCB0SCDSCESDASDBSDC0SDESEASEBSECSED0=0-17.4-16.9-39.20-21.50-23.5-38.70-20.4-25.10-39.10-44.0-35.5-37.40000000.

S104:设定权重等级为4个等级,则Λ=Λ1Λ2Λ3Λ4,所述 Λ1234=1,当Λ1是高权重值,Λ1=0.6~0.8,pi=p1,Δ=4;当Λ2是较高 权重值Λ2=0.2~0.5,pi=p2,Δ=0;当Λ3是较低权重值,Λ3=0.1~0.2,pi=p3; Δ=-4;当Λ4是零权重值,Λ4=0;

S105:根据权重组合值精准到十分位,权重组合总和值为1的原则得到权重组 合方式为三种:

1)Λ11=0.6,Λ21=0.3,Λ31=0.1,Λ41=0;

2)Λ12=0.6,Λ22=0.2,Λ32=0.2,Λ42=0;

3)Λ13=0.7,Λ23=0.2,Λ33=0.1,Λ43=0;

则可知高权重的配对天线的权重和Λ1=Λ11Λ12Λ13=0.60.60.7,较高权重 的配对天线的权重和Λ2=Λ21Λ22Λ23=0.30.20.2,较低权重的配对天线的 权重和Λ3=Λ31Λ32Λ33=0.10.20.1,零权重的配对天线的权重和 Λ4=Λ41Λ42Λ43=000;其中,Λ=Λ11Λ12Λ13Λ21Λ22Λ23Λ31Λ32Λ33Λ41Λ42Λ43.

S106:根据各配对天线的符合情况,分配权重值:A对B的干扰为高权重,A 对C的干扰为较高权重,A对D的干扰为较低权重,A对E的干扰为零权重, B对A的干扰为较高权重,B对C的干扰为高权重,B对D的干扰为较低权 重,B对E的干扰为零权重,C对A的干扰为较高权重,C对B的干扰为高权 重,C对D的干扰为较高权重,C对E的干扰为零权重,D对A的干扰为较 低权重,D对B的干扰为较低权重,D对C的干扰为较低权重,D对E的干 扰为零权重,E对A、B、C、D的干扰均为零权重;

S107:根据高权重值配对天线的数量值P1=4,较高权重值配对天线的数量值 P2=3,较低权重值配对天线的数量值P3=5,权重等级数量m=3,计算高权重 配对天线权重分配值λ1=0.16,计算较高权重配对天线权重分配值λ2=0.08,计 算较低权重配对天线权重分配值λ3=0.024,零权重配对天线的权重分配值 λ4=0。

S108:按照权重等级,将每个布局方案各配对天线的耦合度S中属于高权重配 对天线的元素选出,即SBA、SCB、SBC、SDC,代数相加得到各方案的S1,其中 方案1为-110.3dB,方案2为-103.4dB,方案3为-101.6dB,方案4为-99.5dB, 方案5为-102.7dB,方案6为-107.5dB;

将每个布局方案各配对天线的耦合度S中属于较高权重配对天线的元素 选出,即SCA、SAB、SAC,代数相加得到各方案的S2,其中方案1为-56.0dB, 方案2为-57.4dB,方案3为-59.7dB,方案4为-60.2dB,方案5为-55.6dB,方 案6为-54.7dB;

将每个布局方案各配对天线的耦合度S中属于较低权重配对天线的元素 选出,即SDA、SDB、SAD、SBD、SCD,代数相加得到各方案的S3,其中方案1 为-195.1dB,方案2为-195.5dB,方案3为-199.2dB,方案4为-196.2dB,方案 5为-199.9dB,方案6为-196.5dB;

将每个布局方案各配对天线的耦合度S中属于零权重配对天线的元素选 出,代数相加得到S4,各方案均为0;

S109:计算各方案的天线耦合度综合评价值V=λ1S12S23S34S4,其中 方案1为-26.810dB,方案2为-25.828dB,方案3为-25.813dB,方案4为 -25.445dB,方案5为-25.678dB,方案6为-26.292dB,选择该值的绝对值最大 的方案,即方案1为该车载多天线系统的最终布局方案。

实施例二:以一个主要用途为卫星通信的车载系统为例,其中天线包括第 一超短波天线A、第二超短波天线B、第三超短波天线C、卫星通信天线D, 其中卫星通信天线D为主用天线,其具体实施步骤为:

S101:根据卫星通信的车载平台结构排除不可安装天线的位置,结合天线 安装所必须遵循的使用要求,得出车载平台上可用于天线安装位置,即从车辆 尾部看向车辆行进方向看过去,包括车厢顶正中部位、车厢顶右边缘前部、车 厢顶右边缘尾部、车厢顶左边缘前部位置共4处;将上述天线分别置于车载平 台车顶上,以排列组合的形式得出所有4种布局方案,如附图4a~图4d所示, 分别为方案1、方案2、方案3、方案4,其中:

方案1:将第一超短波天线A安装在车厢顶左边缘前部,第二超短波天线 B安装在车厢顶右边缘尾部,第三超短波天线C安装在车厢顶右边缘前部,卫 星通信天线D安装在车厢顶正中位置;

方案2:将第一超短波天线A安装在车厢顶右边缘尾部,第二超短波天线 B安装在车厢顶左边缘前部,第三超短波天线C安装在车厢顶右边缘前部,卫 星通信天线D安装在车厢顶正中位置;

方案3:将第一超短波天线A安装在车厢顶右边缘尾部,第二超短波天线 B安装在车厢顶右边缘前部,第三超短波天线C安装在车厢顶左边缘前部,卫 星通信天线D安装在车厢顶正中位置;

方案4:将第一超短波天线A安装在车厢顶右边缘前部,第二超短波天线 B安装在车厢顶右边缘尾部,第三超短波天线C安装在车厢顶左边缘前部,卫 星通信天线D安装在车厢顶正中位置;

其中第一超短波天线A为垂直极化,工作频段为30~88MHz;第二超短 波天线B为垂直极化,工作频段为30~88MHz;第三超短波天线C为垂直极 化,工作频段为100~400MHz;卫星通信天线D为抛物面天线,工作频段为 10950~14500MHz,其中接收频段为10950~12750MHz;

S102:分析各天线的工作频率和工作方式,将各天线两两配对,得到配对 天线的干扰频段:A对B的干扰频段为30~88MHz,A对C的干扰频段为100~ 400MHz,A对D的干扰频段为10950~12750MHz,B对A的干扰频段为30~ 88MHz,B对C的干扰频段为100~400MHz,B对D的干扰频段为10950~ 12750MHz,C对A的干扰频段为30~88MHz,C对B的干扰频段为30~ 88MHz,C对D的干扰频段为10950~12750MHz,D对A、B、C均无干扰。

S103:建立与该卫星通信系统的车载平台及天线等比例的车辆模型和天线 模型,对所有4种可能的天线布局方案进行耦合度仿真,采用基于时域有限差 分算法的仿真软件分别对各方案的配对天线进行耦合度仿真。

首先,根据车载平台与天线的实际材料设定材质属性;最大仿真频率范围按照 为需仿真天线最高频率,即D天线的14500MHz的1.2倍设定,为0~ 18000MHz;设定仿真区域边界条件,选择PML最佳匹配层方式,车载平台、 地面为良导体;

其次,对等比车辆模型和天线模型进行网格剖分,基础网格尺寸按照需仿真天 线的最小波长的1/10设定,即1/10的D天线波长0.021m,为2.1mm;

最后,耦合度结果在相应干扰频段内取平均值,筛除对系统无影响或影响基本 可忽略的工作频率范围,对各配对天线的耦合度结果在相应频段内取平均值。 得到4种天线布局方案的各配对天线的耦合度值:

方案1的耦合度S=0SABSACSADSBA0SBCSBDSCASCB0SCDSDASDBSDC0=0-23.5-21.70-23.50-22.60-21.4-24.900-89.9-88.9-87.30,

方案2的耦合度S=0SABSACSADSBA0SBCSBDSCASCB0SCDSDASDBSDC0=0-23.5-22.60-23.50-21.70-24.9-22.600-88.9-89.9-87.30,

方案3的耦合度S=0SABSACSADSBA0SBCSBDSCASCB0SCDSDASDBSDC0=0-22.8-23.20-22.80-21.70-25.2-22.500-88.9-89.7-87.40,

方案4的耦合度S=0SABSACSADSBA0SBCSBDSCASCB0SCDSDASDBSDC0=0-22.8-21.70-22.80-23.20-21.4-25.200-89.7-88.7-87.40.

S104:设定权重等级为4个等级,则Λ=Λ1Λ2Λ3Λ4,所述 Λ1234=1,当Λ1是高权重值,Λ1=0.6~0.8,pi=p1,Δ=4;当Λ2是较高 权重值Λ2=0.2~0.5,pi=p2,Δ=0;当Λ3是较低权重值,Λ3=0.1~0.2,pi=p3; Δ=-4;当Λ4是零权重值,Λ4=0;

S105:根据权重组合值精准到十分位,权重组合总和值为1的原则得到权重组 合方式为三种:

1)Λ11=0.6,Λ21=0.3,Λ31=0.1,Λ41=0;

2)Λ12=0.6,Λ22=0.2,Λ32=0.2,Λ42=0;

3)Λ13=0.7,Λ23=0.2,Λ33=0.1,Λ43=0;

则可知高权重的配对天线的权重和Λ1=Λ11Λ12Λ13=0.60.60.7,较高权重 的配对天线的权重和Λ2=Λ21Λ22Λ23=0.30.20.2,较低权重的配对天线的 权重和Λ3=Λ31Λ32Λ33=0.10.20.1,零权重的配对天线的权重和 Λ4=Λ41Λ42Λ43=000.其中,Λ=Λ11Λ12Λ13Λ21Λ22Λ23Λ31Λ32Λ33Λ41Λ42Λ43.

S106:根据各配对天线的符合情况,分配权重值:A对B的干扰为高权重,A 对C的干扰为较高权重,A对D的干扰为高权重,B对A的干扰为高权重,B 对C的干扰为较高权重,B对D的干扰为高权重,C对A的干扰为较高权重, C对B的干扰为高权重,C对D的干扰为高权重,D对A、B、C的干扰均为 零权重;

S107:根据高权重值配对天线的数量值P1=5,较高权重值配对天线的数量值 P2=4,较低权重值配对天线的数量值P3=0,权重等级数量m=3,计算高权重 配对天线权重分配值λ1=0.1436,计算较高权重配对天线权重分配值λ2=0.0705, 计算较低权重配对天线权重分配值λ3=0,零权重配对天线的权重分配值λ4=0。 S108:按照权重等级,将每个布局方案各配对天线的耦合度S中属于高权重配 对天线的元素选出,即SBA、SDA、SAB、SDB、SDC,代数相加得到各方案的S1, 其中方案1为-44.9468dB,方案2为-44.9468dB,方案3为-44.7458dB,方案4 为-44.7458dB;

将每个布局方案各配对天线的耦合度S中属于较高权重配对天线的元素 选出,即SCA、SCB、SAC、SBC,代数相加得到各方案的S2,其中方案1为-6.3873dB, 方案2为-6.4719dB,方案3为-6.5283dB,方案4为-6.4508dB;

将每个布局方案各配对天线的耦合度S中属于较低权重配对天线的元素 选出,即SAD、SBD、SCD,代数相加得到各方案的S3,其中方案1~方案4均为 0;

将每个布局方案各配对天线的耦合度S中属于零权重配对天线的元素选 出,代数相加得到S4,各方案均为0;

S109:计算各方案的天线耦合度综合评价值V=λ1S12S23S34S4,其中方案 1为-51.3341dB,方案2为-51.4187dB,方案3为-51.2741dB,方案4为 -51.1965dB,选择该值的绝对值最大的方案,即方案2为该车载多天线系统的 最终布局方案。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中 披露的新特征或任何新的组合,以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何 新的组合。

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