Because of the large wavelength in very high-frequency (VHF) band, conventional design concepts for flush-mounted VHF band antenna arrays over aircraft platforms meet many challenges. This article presents an approach for the design of VHF aircraft-integrated antenna arrays with switchable beams by using the characteristic modes (CMs) of the aircraft platform. The CMs of the aircraft platform provide the modal significances, modal currents, and modal radiation fields of each mode. An in-depth investigation over the useful CMs information is performed to prove the feasibility of design VHF band antenna array using the CMs of the platform. Switchable radiation patterns with horizontal polarization are then synthesized from these CMs. The switchable beams and polarization constraint make it more challenging than CM-based fixed power pattern synthesis. The polarized switchable beam synthesis is carried out with a multiobjective evolutionary algorithm. A trade-off among the synthesized current distributions for different beam steering angles is made to determine the optimal current excitation locations for antenna array development. Meanwhile, a novel bandwidth enhanced triple-couple-line coupling element is proposed to allow aircraft platform flush-mounted designs. A scaled model of the proposed aircraft-integrated antenna array system was fabricated to experimentally verify the effectiveness of the proposed approach.

中文翻译：

---

使用特征模式的飞机集成 VHF 波段天线阵列设计

由于甚高频 (VHF) 波段中的大波长，飞机平台上嵌入式安装的 VHF 波段天线阵列的传统设计概念遇到了许多挑战。本文介绍了一种利用飞机平台的特征模式 (CM) 设计具有可切换波束的 VHF 飞机集成天线阵列的方法。飞机平台的 CM 提供每个模式的模态意义、模态电流和模态辐射场。对有用的 CM 信息进行了深入调查，以证明使用平台的 CM 设计 VHF 波段天线阵列的可行性。然后从这些 CM 合成具有水平极化的可切换辐射模式。可切换波束和偏振约束使其比基于 CM 的固定功率方向图合成更具挑战性。偏振可切换光束合成采用多目标进化算法进行。在不同波束转向角的合成电流分布之间进行权衡，以确定天线阵列开发的最佳电流激励位置。同时，提出了一种新颖的带宽增强型三耦合线耦合元件，以实现飞机平台嵌入式设计。制造了所提出的飞机集成天线阵列系统的比例模型，以通过实验验证所提出方法的有效性。在不同波束转向角的合成电流分布之间进行权衡，以确定天线阵列开发的最佳电流激励位置。同时，提出了一种新颖的带宽增强型三耦合线耦合元件，以实现飞机平台嵌入式设计。制造了所提出的飞机集成天线阵列系统的比例模型，以通过实验验证所提出方法的有效性。在不同波束转向角的合成电流分布之间进行权衡，以确定天线阵列开发的最佳电流激励位置。同时，提出了一种新颖的带宽增强型三耦合线耦合元件，以实现飞机平台嵌入式设计。制造了所提出的飞机集成天线阵列系统的比例模型，以通过实验验证所提出方法的有效性。