金属挡板对共面天线隔离效应的试验研究

j
π 2
u2
-jk(r + ZQ) ¥
+ e r e du] rQ xh
j
π 2
u2
（1）
式中：xh 为挡板高度，xp 为 P 点高度的，ZQ 为反射
点距离挡板的水平方位上的距离，Zp 为 P 点到挡
板的水平方位上的距离，r 为 P 和 Q 两点的距离，
r = （ZP - ZQ）2 + x2 ，rP =
目前可以采用的新的隔离方法有涂敷吸波材 料［2~4］，EBG 电磁材料阻隔［5~7］，属挡板阻隔 等 ［8~10］ 方 法。本文主要研究金属挡板对阵面天线的隔离情 况，金属挡板在对电磁波产生遮挡，改变传播方向 和特性的同时，也会让电磁波产生绕射效应。国内
外针对金属挡板的电磁效应已经做了一定的研究， 黄龙水［8］研究了金属平板对阵列天线端射特性的 影响，研究表明由于金属挡板的反射效应，使其在 H 面的端射小于 E 面的，并且这种特性与阵列天线 的扫描特性的相关性较小。宋东安等对自由空间 下双叶挡板［9］和菲涅尔圆盘 的 ［11］ 遮挡效应进行了 理论和试验研究。随后又在此基础上通过理论和 仿真研究［10］了阵面天线间垂直安装挡板时，在平面 波照射的挡板后方区域阴影区域场强的影响因 素。国防大学吕波［12］采用 U 形金属挡板，有效地抑 制了阵面天线间的耦合，给应用提供了指导。
3 试验及结果分析
为了验证理论分析，采用试验的方法来研究高 度对共面天线间隔离度影响，本文中隔离度通过传 输系数 S21 来衡量。在金属挡板隔离试验中，采用 两副喇叭天线模拟收发共面天线，发射方向与天线 的安装面垂直（天线安装面为金属结构），喇叭口与 天线安装面处于同一平面上。金属挡板垂直于天 线安装面，金属挡板为与接收天线上方 90cm，天线 间 间 距 为 4.5m。 试 验 测 量 收 发 天 线 间 传 输 系 数 S21，用于衡量天线间的隔离情况。试验期间整个
Vol. 38 No. 1 132
舰船电子工程 Ship Electronic Engineering
总第 283 期 201总8 年第第2813 期
金属挡板对共面天线隔离效应的试验研究∗
王松洁 冀 航
（中国舰船研究设计中心 武汉 430000）
摘 要 舰船共面天线之间会产生一定程度的耦合，理论上讲，采用金属挡板能够直接阻隔这耦合，从而达到提升天线 隔离度的目的。论文首先从理论上分析了金属挡板的作用机理，然后对通过试验研究了金属挡板不同高度的情况下，挡板 两侧共面天线间隔离度的变化规律。当挡板达到一定高度后，隔离度有明显的改善效果。
2018 年第 1 期
舰船电子工程
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取一种典型的共面天线布置方案，采用模拟试验研 究金属挡板垂直安装共面天线间时，不同高度金属 挡板对共面天线隔离效应的试验研究。
2 理论分析
为了定性分析金属挡板对共面天线的隔离效 果，可以研究均匀平面波照射后挡板后方 P 点的场 强变化来，研究挡板对天线的隔离效果，图中 Q 点 为电磁波在金属表面的反射点。
关键词 共面天线；隔离度；金属挡板；电磁波绕射 中图分类号 TN03 DOI：10. 3969/j. issn. 1672-9730. 2018. 01. 032
Experimental Study on the Isolation Effect of Metal Plate on Coplanar Antenna
从目前研究现状看，关于挡板高度共面天线间 的隔离度影响，还未通过试验进行验证。因此本选
∗ 收稿日期：2017 年 7 月 5 日，修回日期：2017 年 8 月 26 日 基金项目：海军装备预研项目（编号：1010701040401）；国防基础科研重点项目（编号：A0820132001）资助。 作者简介：王松洁，男，硕士，研究方向：舰船阵面天线隔离技术，电磁新材料等。冀航，男，高级工程师，硕士生导师， 研究方向：舰船总体电磁ip Development and Design Center，Wuhan 430000）
Abstract There is a certain degree of coupling between the coplanar antennas of the ship. Theoretically，the metal plate can directly block the coupling，so as to improve the isolation of the antenna. Firstly，the mechanism of the metal plate is analyzed theo⁃ retically，the relationship between the isolation of coplanar antennas and the height of metal plate is studied. The results show that the isolation of coplanar antennas has obvious improvement when the plate reaches a certain height.
2 λZ P
rQ =
2 λZQ
上式表明：P 点的场强由两部分组成，两部分的合
成场强值大小与相位密切相关，当 xh xp 时，上式
子两个积分的相位和幅度基本相同，因此两者的相
位差主要由绕射波和反射波的路程差决定［10］。另
外由菲涅尔积分可知，当 xh 越大，积分的值越小， 所以增加高度可以减小 P 点的场强。
测试系统的收发状态固定，保证试验结果在同一基 准电平上进行对比分析。
P
Q
图 1 平面波照射挡板示意图
如图当均匀平面波照射挡板时，挡板后方 P 点
的场强为两部分组成，一个为散射波 Ud 和反射波
Ur ：
Uå = Ud + Ur =
2U e [e e du j
π 4
0
-jkZp ¥
( ) rP xh - xp
Key Words coplanar antenna，isolation，metal plate，electromagnetic wave diffraction Class Number TN03
1 引言
目前出于舰船隐身性能的考虑，越来越多的天 线 采 用 平 面 化 的 设 计 ，以 嵌 入 船 体 开 口 的 形 式 安 装，使得天线口面与船体外壁共面。这些嵌入安装 的天线彼此共面时，为了保障相互之间的电磁兼容 性［1］，需要采用新的隔离技术能来改善天线间的隔 离度。