航天器高壓太陽電池陣列ESD 檢測用柔性天線傳感器

張國治，汪令儀，張翰霆，馮 娜，王 海，張曉星*

（1.湖北工業(yè)大學(xué) 新能源及電網(wǎng)裝備安全檢測湖北省工程研究中心，武漢 430068；2.北京東方計(jì)量測試研究所，北京 100094）

0 引言

隨著航天技術(shù)的快速發(fā)展，高壓太陽電池陣列作為航天器的主電源，其對運(yùn)行安全性的要求越來越高[1-2]，100 V 及以上的高壓電池陣列已經(jīng)普遍應(yīng)用于地球同步軌道（GEO）航天器。運(yùn)行于GEO 等離子體、高能電子環(huán)境的航天器，其高壓太陽電池陣列易產(chǎn)生靜電放電（ESD）[3-4]。ESD 形成過程伴隨有高電壓、強(qiáng)電場以及瞬時(shí)大電流，其電流上升時(shí)間可短于1 ns，且電流上升過程中伴隨有強(qiáng)電磁輻射，形成帶寬達(dá)幾MHz 至幾GHz 的電磁脈沖（EMP），這種ESD EMP 會誘發(fā)太陽電池陣列二次放電，造成太陽電池陣列功率損失甚至永久性短路。同時(shí)，ESD 過程還會在短時(shí)間內(nèi)釋放大量的熱能，導(dǎo)致太陽電池表面玻璃蓋片的透明度下降進(jìn)而降低太陽電池的轉(zhuǎn)換效率，甚至可能燒斷互連片造成太陽電池陣開路并致使回路損毀[5-6]。除此之外，EMP 還可以通過線路、孔縫等路徑耦合進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部的敏感設(shè)備，可對航天器的電子設(shè)備、軟件控制系統(tǒng)和電源系統(tǒng)等重要部組件造成嚴(yán)重干擾或損傷，降低電子設(shè)備工作的可靠性[7-8]。據(jù)美國航空航天局統(tǒng)計(jì)，導(dǎo)致GEO 航天器在發(fā)射和運(yùn)行過程中出現(xiàn)多起軟、硬件故障的主要誘因是ESD，ESD EMP 目前已成為航天器面臨的主要電磁威脅[9]。因此，針對航天器高壓太陽電池陣列ESD 過程中輻射的EMP 特性進(jìn)行研究，對于了解航天器ESD 特征以及對其進(jìn)行抑制具有重大意義。

目前常見的用于航天器ESD電磁輻射探測的天線有單、偶極子天線[10-12]、Wi-Fi 天線[13]、TEM 喇叭天線、對數(shù)周期天線[14]和長線天線[15-16]等，它們可以穩(wěn)定接收ESD 電磁輻射信號，并且測量范圍廣，失真較小；但在應(yīng)用過程中也存在缺點(diǎn)，如：現(xiàn)有的天線大多使用剛性結(jié)構(gòu)，且縱向尺寸過大，安裝時(shí)無法很好地與航天器的金屬外殼共形，需要對航天器本身進(jìn)行較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)改造才能穩(wěn)妥安裝；天線監(jiān)測的頻段與航天器ESD EMP 信號的主要頻段范圍不一致；天線檢測的靈敏度較低。

為克服上述ESD 電磁輻射探測天線存在的缺點(diǎn)，本文進(jìn)行了航天器高壓太陽電池陣列ESD 檢測用柔性天線傳感器的研究。采用矩形貼片天線等效技術(shù)、梯形地平面技術(shù)和CPW 饋線指數(shù)漸近線化技術(shù)，利用ANSYSS HFSS 軟件構(gòu)建柔性ESD電磁輻射檢測天線三維電磁仿真模型，仿真獲取天線在不同彎曲程度下的電壓駐波比（VSWR）和增益特性參數(shù)并進(jìn)行優(yōu)化；根據(jù)仿真優(yōu)化結(jié)果研制柔性天線傳感器樣品，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行VSWR 測試，并通過搭建的ESD 模擬試驗(yàn)平臺對該柔性天線傳感器的ESD EMP 檢測性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。

1 ESD 電磁輻射檢測用柔性天線工作原理

天線部分由敷于介質(zhì)板上的銅質(zhì)橢圓平面單極子天線、梯形地平面和CPW 饋線組成。

1.1 橢圓平面單極子天線

橢圓平面單極子天線由微帶天線演變而來，具有結(jié)構(gòu)簡單、超寬帶以及饋電網(wǎng)絡(luò)可與天線本體結(jié)構(gòu)集成等優(yōu)點(diǎn)[17]，被廣泛應(yīng)用于軍事和航空航天等領(lǐng)域。

橢圓平面單極子天線的橢圓輻射貼片的半長軸a和半短軸b由天線所感知的電磁波最大波長決定，其具體尺寸可根據(jù)矩形貼片天線的等效圓柱體振子的底面半徑r和高度h計(jì)算得到[18]。具體計(jì)算方法如下：

分別用圓柱體振子的柱體表面積S柱和高度h等效橢圓輻射貼片的面積S面和橢圓長軸2a，即

其中：h與天線所感知頻段內(nèi)電磁波最大波長λ的對應(yīng)關(guān)系為

通過式(1)～式(3)可知，圓柱體振子感知的電磁波最大波長對應(yīng)的最低工作頻率f和橢圓輻射貼片半長軸a、半短軸b之間的關(guān)系為

其中：橢圓軸a和b的單位為cm，頻率f的單位為GHz。

當(dāng)橢圓輻射貼片軸比（a/b）為1 時(shí)，可將該橢圓輻射貼片視作特殊的圓形輻射貼片，則最低工作頻率和橢圓輻射貼片尺寸的關(guān)系為

1.2 梯形地平面

梯形地平面采用盤錐天線平面化的思想[19]，取盤錐天線二維平面結(jié)構(gòu)作為天線的地平面，使地平面繼承盤錐天線超寬帶、垂直線極化以及在水平面內(nèi)全向輻射等優(yōu)點(diǎn)[20]。并且盤錐天線的工作頻帶在UHF 頻段內(nèi)駐波比小于2 的寬度為8 倍頻帶寬（倍頻帶寬BW=fH/fL），可有效貼合PD UHF 信號300 MHz～3 GHz 寬頻帶范圍。

盤錐天線的方向特性Ψ(γ,θ)的計(jì)算公式為

其中：Tv(θ)表示v階第一類和第二類勒讓德函數(shù)的一個(gè)線性組合；Zv(k0γ)表示廣義v階球貝塞爾函數(shù)；k0表示自由空間波數(shù)，。

結(jié)合球貝塞爾函數(shù)和勒讓德函數(shù)，將錐體外部內(nèi)域和外域的函數(shù)分別取為：

其中：

式(8)～式(11)中：Pn(cosθ)表示勒讓德方程的線性解；jv(k0γ)表示v階第一類球貝塞爾函數(shù)在γ方向上的一個(gè)駐波；hn(k0γ)表示n階第二類球漢克爾函數(shù)沿γ方向上的外向行波。其中，n為非零常數(shù)，v為待定常數(shù)，Bn、Cv、Dv為待定的展開系數(shù)。帶入邊界條件，可解得盤錐天線的方向圖函數(shù)為

通過式(12)可計(jì)算出天線接收電磁波集中的方向。

盤錐天線結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖1 所示，金屬圓盤與錐體的同軸饋線相連，圓盤直徑為D，錐體上、下端面的直徑分別為Dmin和Dmax，錐體的錐角為θ0，母線長為L。

圖1 盤錐天線結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Schematic of discone antenna

由于盤錐天線相當(dāng)于由一個(gè)半張角為90°和一個(gè)半張角為θ0的錐體組成的雙錐天線，所以其特性阻抗相當(dāng)于雙錐天線的1/2，即

本文采取將盤錐天線的錐體部分平面化后作為接地面，以提高整體天線的阻抗帶寬。與盤錐天線相連的饋線匹配阻抗是50 Ω，可按照匹配阻抗進(jìn)行天線的尺寸設(shè)計(jì)：天線的錐體錐角不能過小，否則會導(dǎo)致天線的匹配阻抗隨錐體母線L的改變而劇烈變化，因此錐角θ0的范圍應(yīng)在30°～60°之間；錐體母線L不能過短，以避免出現(xiàn)由于天線的輻射電阻變小而導(dǎo)致電抗分量變大，從而使得同軸饋線的匹配阻抗變差的問題，因此錐體母線L應(yīng)略大于天線最低工作頻率對應(yīng)波長λmax的1/4，即

其中k的取值范圍為1.3～1.5。

1.3 CPW 饋線

CPW 饋線作為一種微波平面?zhèn)鬏斁€，具有輻射損耗低、工作頻帶寬和結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，常被應(yīng)用在傳輸線和微波毫米波集成元件等方面。由于CPW 饋線獨(dú)特的平面結(jié)構(gòu)，還可以將其應(yīng)用在天線饋電方面，把空間中的電磁波能量轉(zhuǎn)換成電磁信號[21]。

CPW 饋線組成如圖2 所示，在介質(zhì)板表面敷上中間導(dǎo)帶和兩邊的接地面，導(dǎo)帶寬度為w，導(dǎo)帶與接地面之間的距離為d1，介質(zhì)板厚度為h1。

圖2 CPW 饋線組成示意Fig.2 Schematic of CPW feeder

CPW 饋線特性阻抗Z01的計(jì)算公式為

式中：K′(k)表示第一類完全性橢圓余弦函數(shù)，K′(k)=K(k′)，；K(k)表示第一類完全性橢圓函數(shù)；εre表示CPW 饋線的有效介電常數(shù)。

其中：εr表示介質(zhì)板的相對介電常數(shù)。

當(dāng)0≤k≤0.7 時(shí)，

當(dāng)0.7≤k≤1 時(shí)，

經(jīng)過上述計(jì)算可得，介質(zhì)板厚度對CPW 饋線的特性阻抗影響較大。使用CPW 饋線技術(shù)既能達(dá)到增大天線帶寬的目的，也可避免由于特性阻抗的劇烈波動而對天線進(jìn)行復(fù)雜的結(jié)構(gòu)改造。

2 ESD 電磁輻射檢測用柔性天線工作原理

本文設(shè)計(jì)的ESD 電磁輻射檢測用柔性天線的工作頻段為300 MHz～3 GHz，幾乎可覆蓋整個(gè)ESD 頻段。通過工作頻段的最低工作頻率來設(shè)計(jì)天線，并取1 GHz 作為天線的中心頻率。由第1 章的計(jì)算公式可得：天線優(yōu)化前的橢圓輻射貼片的半長軸a=90 mm、半短軸b=30 mm；梯形地平面的錐角θ0=30°、腰L=175 mm、上底Dmin=3 mm、下底Dmax=180 mm、高H=150 mm；CPW 饋線導(dǎo)帶寬w=2.5 mm，導(dǎo)帶與接地面之間距離d1=0.1 mm、導(dǎo)帶高H1=152 mm；天線介質(zhì)板的厚度h1=0.28 mm。此時(shí)天線橫向長A=180 mm、縱向長B=210 mm，尺寸較大，需進(jìn)一步縮小優(yōu)化。本文采用指數(shù)漸近線阻抗變換器技術(shù)對CPW 饋線部分指數(shù)漸近線化處理[22]來實(shí)現(xiàn)天線的超寬帶，同時(shí)通過ANSYSS HFSS軟件對所設(shè)計(jì)的天線進(jìn)行仿真優(yōu)化，尋找最優(yōu)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)傳感器的小型化。

2.1 CPW 饋線漸近線化處理

在微帶天線設(shè)計(jì)中，常通過使用微帶阻抗變換器來達(dá)到降低駐波比、提高傳輸效率的目的。本文通過CPW 饋線指數(shù)漸近線化處理，使得CPW 饋線導(dǎo)帶部分從下至上、由大到小分為無數(shù)節(jié)階梯，并使每節(jié)階梯的長度無限縮短。這時(shí)CPW 饋線的寬度和特性阻抗連續(xù)變化，使得每節(jié)階梯產(chǎn)生的反射相互抵消，最終實(shí)現(xiàn)天線在超寬頻帶內(nèi)的阻抗匹配。CPW 饋線的微帶特性阻抗Zc沿阻抗變換器長度方向按指數(shù)規(guī)律變化的計(jì)算式為

式中：Z02為漸進(jìn)線中心位置的微帶特性阻抗；α為特性阻抗的變換常數(shù)；z表示特性阻抗。

通過Txline 軟件計(jì)算CPW 饋線上底寬w1和下底寬w2兩端匹配的微帶特性阻抗Z1和Z2（Z1＞Z2），進(jìn)而計(jì)算得到導(dǎo)帶的長度l，

式中：

Г1為指數(shù)漸近線化阻抗變換器的電壓反射系數(shù)，

通過以上計(jì)算得到l=110 mm，因此可將地平面尺寸縮小，即將梯形地平面的高度H也近似取為110 mm 來匹配CPW 部分，相應(yīng)的天線橫向長A=180 mm、縱向長B=170 mm。

2.2 天線仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)

CPW 饋線經(jīng)過指數(shù)漸近線化處理后衍生出2 個(gè)新變量——饋線導(dǎo)帶上底寬w1和下底寬w2，此時(shí)天線尺寸仍然較大，須通過仿真優(yōu)化在原來饋線寬w=2.5 mm 的基礎(chǔ)上尋找最優(yōu)參數(shù)。影響單極子天線帶寬的主要因素是單極子天線貼片的面積大小，分析天線結(jié)構(gòu)可知，決定單極子天線面積的主要參數(shù)是A和B，其他參數(shù)（a、b、H、H1、Dmin、Dmax、w1、w2、d1）只需隨著A和B的變化進(jìn)行相應(yīng)的變化。如果通過傳統(tǒng)的參數(shù)掃描方法對全部11 個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，計(jì)算量將非常龐大。為保證工作的可實(shí)施性，本文先對參數(shù)A和B進(jìn)行仿真尋找其最優(yōu)值，并得出a、b、H等參數(shù)的大概范圍，再對這些參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，最終確定11 個(gè)參數(shù)的最優(yōu)值。

先由電磁波在自由空間中對應(yīng)的1/4 波長確定參數(shù)

其中：f1表示天線預(yù)設(shè)的工作頻率；繼而可確定參數(shù)A和B的優(yōu)化域——A（120～170 mm），B（120～180 mm）。

根據(jù)設(shè)定的優(yōu)化域，利用ANSYSS HFSS 軟件，首先對參數(shù)A進(jìn)行仿真優(yōu)化，得到的仿真結(jié)果如圖3 所示。從圖中可以看出：隨著A的減小，低頻段的中心頻率逐漸向右移動靠近目標(biāo)中心頻率，且?guī)捴饾u增大；當(dāng)A減小到140 mm 之后，帶寬出現(xiàn)劣化變窄，因此確定優(yōu)化取值為A=140 mm。

圖3 參數(shù)A 優(yōu)化仿真回波損耗曲線Fig.3 Simulated return loss curve after the optimization of parameter A

確定參數(shù)A的優(yōu)化值后，繼續(xù)進(jìn)行參數(shù)B的仿真優(yōu)化，得到的仿真結(jié)果如圖4 所示。從圖中可以看出：隨著B的減小，中心頻率的波動逐漸減少并向右移動靠近目標(biāo)中心頻率，且?guī)捯搽S著增大；當(dāng)B減小到150 mm 之后，帶寬出現(xiàn)劣化變窄，因此確定優(yōu)化取值為B=150 mm。

確定參數(shù)A和B的優(yōu)化值后，以所得到的回波損耗中心頻率與目標(biāo)中心頻率重合、帶寬逼近極限寬為目標(biāo)，對其他參數(shù)通過仿真優(yōu)化進(jìn)行微調(diào)，獲得的最優(yōu)回波損耗如圖5 所示。據(jù)此確定的天線最終結(jié)構(gòu)如圖6 所示，其中梯形地平面的錐角θ0取32°。

圖5 最優(yōu)回波損耗圖Fig.5 Optimal return loss diagram

圖6 ESD EMP 檢測用天線結(jié)構(gòu)示意Fig.6 Structure diagram of ESD EMP detection antenna

2.3 柔性基底

目前常見的柔性基底材料主要有聚酰亞胺（polyimide, PI）[23]、聚二甲硅氧烷（polydimethylsiloxane, PDMS）[24]、聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene, PTFE）[25]等，表1 給出了這3 種材料的性能參數(shù)。本文采用的PI 具有高介電常數(shù)以及低介電損耗等優(yōu)點(diǎn)，可以保證天線信號傳輸?shù)母咝?；另外其良好的絕緣性、延展性和柔性可以保證傳感器在航天器內(nèi)設(shè)置的靈活、穩(wěn)定。但由于空間ESD檢測用天線長期暴露在等離子體、高能電子等惡劣環(huán)境下，會導(dǎo)致PI 天線出現(xiàn)被腐蝕、絕緣破壞等問題，所以需要研究針對PI 材料的改性方法來提高其空間環(huán)境適應(yīng)能力[3,26]。

表1 柔性材料電性能Table 1 Electrical properties of flexible materials

將天線印制在長方形PI 介質(zhì)板上，介質(zhì)板尺寸為150 mm×140 mm×0.28 mm。采用射頻連接器SMA-KE 接口連接SMA CPW 饋線進(jìn)行饋電，天線實(shí)物如圖7 所示。

圖7 ESD 檢測柔性天線Fig.7 Flexible antenna for ESD detection

3 天線性能測試

3.1 VSWR

VSWR 表示波腹電壓和波節(jié)電壓的比值，通常用VSWR 低于某一規(guī)定值時(shí)的頻帶寬度定義天線的阻抗帶寬。這樣做既可以反映天線阻抗的頻率特性，也可以反映天線與饋線之間的匹配效果，一般把VSWR＜2 的頻帶作為ESD 檢測用傳感器的有效頻帶。VSWR 計(jì)算式為

其中Г為天線的反射系數(shù)。

航天器的金屬外殼多為弧狀結(jié)構(gòu)，根據(jù)電壓等級和制造工藝的不同，其外殼彎曲半徑一般在150～500 mm 之間。本文通過ANSYS HFSS 軟件建立ESD 電磁輻射檢測用柔性天線三維電磁仿真模型，在300 MHz～2 GHz 頻段內(nèi)對柔性天線在不彎曲以及彎曲半徑分別為100、300、500 mm 時(shí)進(jìn)行掃頻分析，仿真所得VSWR 曲線見圖8。仿真結(jié)果顯示：柔性天線未發(fā)生形變時(shí)，在340 MHz～2 GHz 頻段內(nèi)VSWR＜2。不同程度彎曲形變后，天線VSWR 會有微小的波動，但波動幅度很小——彎曲半徑為100、300 mm 時(shí)，天線在340 MHz～2 GHz 頻段內(nèi)VSWR＜2；彎曲半徑為500 mm 時(shí)，天線在500～750 MHz 頻段內(nèi)VSWR＜2.5，在750 MHz～2 GHz 頻段內(nèi)VSWR＜2。

圖8 ESD 檢測柔性天線VSWR 仿真曲線Fig.8 VSWR simulation curve of ESD detection for flexible antenna

利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對天線實(shí)物的VSWR 進(jìn)行實(shí)測，測試結(jié)果見圖9?？梢钥吹剑炀€在不彎曲以及彎曲半徑分別為100、300、500 mm 時(shí)，除在300～650 MHz 頻段內(nèi)VSWR＜3，在650 MHz～3 GHz 頻段內(nèi)VSWR 均＜2，說明天線彎曲形變后VSWR 基本不變。

圖9 實(shí)測的天線VSWR 曲線Fig.9 Measured VSWR curves of the antenna

對比天線VSWR 的仿真和實(shí)測結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)測VSWR 在低頻段和仿真結(jié)果存在一定的出入，這是由于天線制作和焊接工藝精度的影響以及測試環(huán)境無法避免地存在一定金屬導(dǎo)體的干擾，導(dǎo)致實(shí)測VSWR 低頻段帶寬變窄，在高頻段出現(xiàn)振蕩，但整體效果符合天線設(shè)計(jì)要求。

3.2 輻射方向圖

輻射方向圖表示在天線的遠(yuǎn)場范圍內(nèi)，輻射場的相對場強(qiáng)隨方向的變化，用以反映天線的增益效果。在0.5、1.0、1.5 和2.0 GHz 共4 個(gè)頻點(diǎn)下，本文設(shè)計(jì)的柔性天線（彎曲半徑為100、300、500 mm 以及不彎曲時(shí)）的H 面（yOz面）和E 面（xOy面）的輻射方向圖見圖10 和圖11。

圖10 不同頻點(diǎn)下的柔性天線H 面輻射方向圖Fig.10 H-plane radiation patterns of the flexible antenna at different frequencies

圖11 不同頻點(diǎn)下的柔性天線E 面輻射方向圖Fig.11 E-plane radiation patterns of the flexible antenna at different frequencies

由圖10 和圖11 可以看到：H 面輻射方向圖在4 個(gè)頻點(diǎn)下均呈倒“8”字型；E 面輻射方向圖在0.5、1.0 和1.5 GHz 頻點(diǎn)下呈倒“8”字型。這表明，除個(gè)別頻點(diǎn)外，柔性天線均可較好地接收ESD EMP信號，且H 面的信號接收效果更好。同時(shí)可以看出：在相同彎曲半徑下，柔性天線H 面的接收信號效果隨著頻率的升高而增強(qiáng)；在相同頻率下，柔性天線H 面輻射方向特性受天線彎曲形變的影響較小。這是由于柔性天線主體是單極子天線，而本文設(shè)計(jì)的單極子天線主要沿H 面呈對稱結(jié)構(gòu)，故其主要接收信號的方向在H 面，這就導(dǎo)致天線E 面增益劣化。由于天線安裝以后本身就是其H 面朝向ESD 電磁輻射信號發(fā)射方向，因此E 面增益劣化并不影響天線本身的感知性能。針對ESD 產(chǎn)生的EMP 信號檢測更加關(guān)注天線本身的靈敏度，因此本文僅實(shí)測了天線VSWR[27-28]。

4 柔性天線性能檢測及驗(yàn)證

4.1 ESD EMP 檢測試驗(yàn)平臺

為驗(yàn)證本文所設(shè)計(jì)的柔性天線檢測EMP 信號的性能，搭建了ESD EMP 檢測試驗(yàn)平臺，如圖12所示。通過靜電屏蔽箱屏蔽外界大部分靜電干擾，并在箱中設(shè)置靜電脈沖點(diǎn)火器模擬靜電放電源。將研制的ESD 檢測用柔性天線放置在屏蔽箱中進(jìn)行ESD EMP 信號感知性能檢測，信號采集設(shè)備使用高性能數(shù)字示波器。

圖12 ESD EMP 檢測試驗(yàn)平臺Fig.12 ESD EMP test platform

脈沖點(diǎn)火器發(fā)生ESD 時(shí)，產(chǎn)生的瞬態(tài)電流脈沖為幾百 ns，峰值幅度為4.94 V，同時(shí)伴有光、熱現(xiàn)象。放電過程是脈沖點(diǎn)火器充電靜電能的釋放過程，放電電壓的波形特征類似于衰減振蕩，呈現(xiàn)為幅度逐漸衰減的振鈴波，如圖13 所示。

圖13 脈沖點(diǎn)火器發(fā)生的ESD EMP 信號Fig.13 ESD EMP signal generated by the pulse igniter

使用MatLab 軟件工具編寫程序?qū)臻gESD 300 ns 內(nèi)5000 個(gè)點(diǎn)的時(shí)域數(shù)據(jù)（示波器采樣率6.25 GS·s-1）進(jìn)行快速傅里葉變換，計(jì)算得到該次ESD 電壓的頻域特征如圖14 所示。

圖14 ESD EMP 信號頻域特征Fig.14 Frequency domain characteristics of ESD EMP signals

由圖14 中可知，ESD EMP 信號頻段主要位于57.5～452.2 MHz 范圍，并于83.7 MHz 達(dá)到峰值，處于柔性天線的有效檢測頻段內(nèi)，且天線檢測效果良好，具有較高的靈敏度。

5 結(jié)束語

本文開展航天器高壓太陽電池陣列ESD 檢測用柔性天線傳感器的研制，引入PI 材料作為天線柔性基底，并通過對天線檢測ESD 信號的性能進(jìn)行有限元仿真和分析儀實(shí)測進(jìn)行驗(yàn)證，得出結(jié)論如下：

1）在300 MHz～2 GHz 頻段內(nèi)，采用矩形貼片天線等效、梯形地平面和CPW 饋線指數(shù)漸近線化3 種技術(shù)來降低天線VSWR 并擴(kuò)大帶寬。仿真結(jié)果顯示：彎曲半徑分別為100、300、500 mm 以及不彎曲條件下，天線均能保持在300～650 MHz 頻段內(nèi)VSWR＜3；在650 MHz～2 GHz 頻段內(nèi)VSWR＜2，并具有良好的全向輻射特性。

2）根據(jù)仿真優(yōu)化結(jié)果制作天線實(shí)物。通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行駐波比測試，結(jié)果表明該天線能夠穩(wěn)定地檢測ESD 過程輻射的EMP 信號，具有監(jiān)測航天器ESD 的潛力。

3）搭建ESD 模擬試驗(yàn)平臺對柔性天線的EMP信號檢測性能進(jìn)行測試，結(jié)果表明柔性天線在彎曲后可以有效檢測到ESD EMP 信號，且具有較高的靈敏度。

受實(shí)驗(yàn)條件的限制，本文未涉及長期暴露在GEO 惡劣環(huán)境下的空間ESD 檢測用天線本身易被腐蝕、絕緣破壞等問題，后續(xù)會進(jìn)行相關(guān)研究。