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民用飞机甚高频通信天线设计

郭磊;宋金泽

【摘要】作为民用飞机甚高频(VeryHighFrequency,以下简称VHF)通信系统的

重要组成部分,VHF通信天线不仅辐射和接收电磁波,还要进行能量转换.VHF通信

天线的设计直接影响通信中射频能量的分布,进而影响通信质量和飞行安全.简要介

绍了VHF通信系统,并在给出VHF通信天线设计要求的基础上,通过工程实例分析

了VHF通信天线的设计过程,最后总结了VHF通信天线设计的特点.

【期刊名称】《民用飞机设计与研究》

【年(卷),期】2019(000)001

【总页数】5页(P40-44)

【关键词】民用飞机;甚高频通信;天线

【作者】郭磊;宋金泽

【作者单位】上海飞机设计研究院,上海201210;上海飞机设计研究院,上海

201210

【正文语种】中文

【中图分类】TN828

0引言

VHF通信天线是无线电通信必不可少的组成部分，不但辐射和接收电磁波，同时

也是一个能量转换器，是电路与空间的界面设备。天线发射时将电路中携带信息的

能量转换为电磁场能量，以电磁波的形式向空间辐射；在接收时，空间中传来的携

带信息的电磁波在天线中感应出电流，电磁场能量转换为电能。一方面，VHF通

信天线安装在机身蒙皮上，天线的布置位置、电搭接是否良好、周围设备的电磁环

境等都可能影响天线的传输性能；另一方面，天线自身的物理特性(如形状、重量

等)、结构强度、固定方式等都可能影响飞机的气动、操稳性能。因此，VHF通信

天线设计必须使得天线的性能满足民用飞机这一特殊载体，同时要对机体影响有限

且可控。随着安装在飞机上的机载电子设备越来越多，机上空间有限、电磁兼容等

问题越来越突出[1]，如何设计符合VHF通信系统性能要求的天线，是天线系统研

制的难点和关键技术，也是目前亟待解决的问题。

1VHF通信系统简介

VHF通信属于视距通信，工作频率为118.000MHz～136.975MHz，有25kHz

和8.33kHz两种频率间隔，通信方式为半双工信道，通信距离通常为30km～

300km，可提供塔台、进近、航站自动情报服务、航务管理等服务。为保证VHF

通信的高度可靠，CCAR25R4[2]第25.1307(d)条要求“两套双向无线电通信系统，

每套系统的控制装置可在每个驾驶员的工作位置进行操作，其设计和安装需保证一

套系统失效时不影响另一套系统工作。允许使用公共的天线系统，只要表明使用后

仍具有足够的可靠性”。民用飞机上一般都装有2～3套VHF通信系统，系统主

要由收发机、天线及与之交联的调谐控制板和音频控制板组成。

VHF通信天线一般为垂直极化，可全向接收和发射，通过天线底座周围的紧固件

安装在机身蒙皮上，可使用加强件加固，如图1所示。天线的输入阻抗通常为50

Ω，与VHF收发机发射电路的阻抗相匹配，并通过同轴电缆与VHF收发机组件相

连，同轴电缆的电压驻波比一般不超过2∶1，且连接处有“O”形密封圈密封。

VHF通信天线外部结构由玻璃钢构成“刀”型，以减少气流阻力，内部结构有两

个嵌在底座上的辐射电磁波的铸钢导体，其余内部空间由蜂窝状填充物填充。通常

VHF通信天线的MTBF(meantimebetweenfailures，平均故障间隔时间，简称

MTBF)应大于30000h。

图1VHF通信天线外部结构

2VHF通信天线设计要求

VHF通信天线的设计，既要不降低天线正常工作的要求，又要兼顾天线自身的电

性能、气动、机械以及对其它天线的影响等各方面。VHF通信天线设计要求，简

要归纳如下：

1)天线选择原则

天线使用的材料、零部件和工艺都应满足规定。HB/Z86-85[3]规定了天线外部结

构的所有材料应经受各种液体综合浸渍而不会发生永久性电气和机械性损伤。

2)总体布置设计原则

(1)尽量减小对飞机结构及其它系统的影响；

(2)尽量不影响外部标记；

(3)尽量减小因天线安装导致的增重；

(4)不影响地勤维护、货物装卸；

(5)避免影响已完成的验证试验项目。

3)气动干扰影响

(1)应避免将天线布置于其它外部突出物后部，减少相互之间气动力影响，避免天

线受到复杂气流的干扰；

(2)GJB5035-2001[4]中3.6.3规定：设计天线的外形时，使其在飞机上安装使用

所引起的气动阻力尽可能小。

4)结构安装要求

(1)