航空通信系統(tǒng)變得日益復雜，我們通常需要在同一架飛機上安裝多條天線，這樣可能會在天線間造成串擾，或稱同址干擾，影響飛機運行。在本教程模型中，我們利用COMSOL Multiphysics 5.1 版本模擬了飛機機身上兩個完全相同的天線之間的干擾，其中一個負責發(fā)射，另一個負責接收，以此來分析串擾的影響。

流線型的航空器

在航空業(yè)，天線發(fā)揮著非常重要的作用。飛行員需要借助天線來保證飛機始終保持著安全的校準及飛行位置，這一點在能見度較低的情況下尤其重要，比如晚上，或者惡劣天氣條件。因此，為了保證飛行安全，這些天線必須非常可靠。

機身上安裝有天線的飛機近景圖。

在單個飛機機身上安裝多個天線會帶來一些問題，比如天線串擾或稱同址干擾。顧名思義，當一條天線的電磁信號與另一條天線的信號交叉時，就會造成干擾并產(chǎn)生串擾。當發(fā)射天線向地面天線發(fā)射信號，而接收設(shè)備也正在從地面天線處接收信號時，就會產(chǎn)生干擾，影響整個飛機的運行。

通過模擬飛機機身上的天線串擾，能更好地確定發(fā)射及接收天線的安裝位置，從而保證安全及高效的通訊。為此，我們將在本篇博客中介紹隨COMSOL Multiphysics 5.1 版本一起發(fā)布的一個全新教學模型。

模擬飛機機身上的串擾

飛機模型由金屬機身和兩個天線構(gòu)成，其中一個位于機身頂部，另一個位于底部。金屬表面作為完美電導體(PEC) 模擬。飛機被一個球形的空氣域包圍，空氣域又被一個完美匹配層(PML) 包圍，用于模擬無限的自由空間。PML 層確保空氣域的邊界不發(fā)生反射。

飛機示意圖，放大了接收及發(fā)射天線的比例，以便突出顯示。

天線由介電塊中的金屬條構(gòu)成。它們實際上采用了微型化的彎折線設(shè)計，將輸入阻抗降到低于參考阻抗50Ohm。采用大型地平面中的折疊單極天線設(shè)計來匹配最初的低阻抗。

模擬天線時，我們還在彎折線和機身間的狹隙設(shè)置了一個集總端口來計算S 參數(shù)。以便表示在不同安裝配置下天線間的匹配阻抗及干擾水平。

仿真顯示出了機身的陰影區(qū)及照亮區(qū)。陰影區(qū)指飛機上會影響發(fā)射天線發(fā)射能量的結(jié)構(gòu)，比如機翼、翼翅和起落架艙門。另一方面，照亮區(qū)則不會受到任何裝置的阻擋。這意味著，接收天線更適合安裝在陰影區(qū)，因為發(fā)射天線對這些區(qū)域的干擾較少，照亮區(qū)則沒這么理想。下圖顯示了三個不同配置下發(fā)射天線的電場強度，及其對接收天線的影響。

在飛機底部的三個不同測試地點中，發(fā)射天線都會干擾接收天線。

照亮區(qū)和陰影區(qū)的范圍幫助確定了飛機機身天線的最佳安裝位置。

飛機機身上的照亮區(qū)和陰影區(qū)，可以幫助確定兩個天線間的串擾水平。

從機身尾部到頭部，在三個不同的位置對接收天線進行了測試，下方的另一組繪圖繪制了電場模的dB 值。從這些圖中不難推斷，天線安裝在機尾時的陰影區(qū)最大。對比這三個配置下計算得到的S 參數(shù)，同樣也證實了這一點。

在機身底部的三個位置測試接收天線時分別產(chǎn)生的陰影區(qū)。

通過借助COMSOL Multiphysics 5.1 版本及RF 模塊來模擬天線串擾，您可以優(yōu)化天線在飛機機身上的安裝位置，并能改進整體設(shè)計來更好地保證旅程安全。

來源：COMSOL