Самолетная антенна



Самолетная антенна
Самолетная антенна
Самолетная антенна
Самолетная антенна
Самолетная антенна
Самолетная антенна
Самолетная антенна
Самолетная антенна
Самолетная антенна
Самолетная антенна
Самолетная антенна
Самолетная антенна
Самолетная антенна
Самолетная антенна
Самолетная антенна

 


Владельцы патента RU 2486644:

Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт космического приборостроения" (ОАО "НИИ КП") (RU)

Изобретение относится к радиотехнике, может быть использовано в качестве многодиапазонной приемной или передающей антенны в системах связи. Технический результат - обеспечение работы антенны в трех частотных диапазонах, упрощение настройки и повышение молниезащищенности. Для этого самолетная антенна, включающая корпус с фланцем, имеющий вспененный диэлектрический наполнитель, расположенные в нем два антенных излучателя, подключенных к высокочастотному разъему через разделитель каналов, и систему молниезащиты, снабжена основанием, диэлектрической платой и дополнительным антенным излучателем, плата выполнена в виде листа с нанесенной на одну из его сторон топологией трех печатных антенных излучателей на частотные диапазоны F1, F2, F3, излучатель на верхний частотный диапазон F1 выполнен четвертьволновым и соединен непосредственно с высокочастотным разъемом, излучатели на нижние частотные диапазоны F2, F3 выполнены укороченными, а их входы снабжены согласующими Г-звеньями, состоящими из индуктивных элементов, разделитель каналов имеет полосно-пропускающие фильтры, выполненные в виде последовательных колебательных контуров Lf2-Cf2, Lf3-Cf3, система молниезащиты выполнена в виде молниеприемников, расположеных горизонтально по обеим сторонам гребня корпуса, дорожек молниеотводов, идущих вниз от молниеприемников по боковым поверхностям корпуса, и сплошных участков металлизации во фланце корпуса, дорожки молниеотводов отделены от молниеприемников и сплошного участка металлизации зазорами и выполнены в виде отрезков проводников, расположенных друг от друга. 6 з.п. ф-лы, 17 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве многодиапазонной приемной или передающей антенны в системах связи, в частности в качестве передающей антенны системы КОСПАС/SARSAT.

Актуальной задачей является обеспечение работы антенны в нескольких частотных диапазонах одновременно, для антенны КОСПАС/SARSAT это частоты F1=406 МГц, F2=243 МГц и F3=121,5 МГц.

Для самолетных антенн также существенным является требование по их молниестойкости [Резников Г.Б. Антенны летательных аппаратов. - М: Радио и связь, 1967. 416 с.]. При этом антенна должна не только не разрушаться, что само по себе вообще не допустимо с точки зрения безопасности полета, но и сохранять работоспособность после удара молнии.

Известна трехчастотная антенна, представляющая стальную трубу четвертьволновой длины, которая служит также несущей мачтой для двух четвертьволновых излучателей более низкого диапазона частот. На входе антенны все три излучателя спаяны друг с другом и к ним подключена центральная жила коаксиального кабеля, экран которого соединен с возможно большим количеством радиальных противовесов. Основной штырь в виде стальной трубы при этом оказывается несколько укороченным против нормы, что обусловлено наличием двух параллельно включенных излучателей. Для приблизительного согласования с 50-омным кабелем противовесы должны быть наклонены вниз под углом 135 градусов [К.Ротхамель. Антенны. T.1, изд. 11-е, исправленное. - М.: Додека, 2005. - с.388].

Недостатком этой антенны является громоздкость конструкции, недостаточно хорошее согласование во всех частотных диапазонах и отсутствие средств молниезащиты.

Известна также трехчастотная антенна, включающая один штырь и четыре радиальных противовеса той же длины. На входе штыря последовательно включены параллельные резонансные контуры L1-C1 и L22, с помощью которых поддерживается резонанс вертикальной секции и противовесов в нескольких диапазонах. Параллельно контурам подключен закороченный отрезок коаксиального кабеля, причем экран подключен к входу антенны, а центральная жила через конденсаторы С3 и C4 подключена по кратчайшему пути к двум точкам на штыре. Антенна обладает острой настройкой [К.Ротхамель. Антенны. T.1, изд. 11-е, исправленное. - М.: Додека, 2005. - с.389].

Недостатком этой антенны является ее большая высота, поскольку она имеет один штырь с длиной, рассчитанной на работу в самом длинноволновом диапазоне, сложность настройки и отсутствие средств молниезащиты.

Наиболее близкой к заявляемой является самолетная антенна, включающая корпус, установленный на основании и имеющий вспененный диэлектрический наполнитель, расположенные в нем два антенных излучателя, подключенных к высокочастотному разъему через разделитель каналов, и систему молниезащиты [патент РФ №2063654, H01Q 5/00, опубл. 10.07.1996].

Антенна содержит два полых металлических (верхний и нижний) излучателя, разделенных изолятором. Нижний излучатель имеет фланец, служащий для крепления антенны к корпусу самолета.

Разделитель каналов выполнен в виде резонансного контура, состоящего из индуктивности, конденсатора постоянной емкости и подстроечного конденсатора.

Система молниезащиты выполнена следующим образом. Своей верхней точкой верхний излучатель соединен (пайкой или сваркой) посредством проводника (молниеотводящая шина) с корпусом самолета. Верхний излучатель проводником присоединен к высоковольтному конденсатору, который встроен внутри этого излучателя, и изготовлен из двухстороннего фольгированного диэлектрика, при этом одна обкладка конденсатора соединена (пайкой) с проводником, подключенным к центральной жиле разъема, а другая соединена с шиной, припаянной к внутренней поверхности этого излучателя. Внутренние полости верхнего вибратора и нижнего вибратора-основания, соединенных внутри проводником молниеотводящей шины, образуют коаксиальный резонатор с зазором в средней части, сочетание входного сопротивления которого с сопротивлением вибраторов определяет диапазонные свойства антенны.

Недостатком такой антенны является возможность работы только в одном, пусть и широком, диапазоне частот. Молниеотвод осуществляется через тело антенны, что может привести к ее разрушению.

Техническим результатом изобретения является обеспечение работы антенны в трех частотных диапазонах, упрощение настройки и повышение ее молниезащищенности.

Указанный результат достигается тем, что самолетная антенна, включающая корпус с фланцем, имеющий вспененный диэлектрический наполнитель, расположенные в нем два антенных излучателя, подключенных к высокочастотному разъему через разделитель каналов, и систему молниезащиты, снабжена основанием, диэлектрической платой и дополнительным антенным излучателем, плата выполнена в виде листа с нанесенной на одну из его сторон топологией трех печатных вышеназванных антенных излучателей на частотные диапазоны F1, F2, F3, причем F1>F2>F3, излучатель на верхний частотный диапазон F1 выполнен четвертьволновым и соединен непосредственно с высокочастотным разъемом, излучатели на нижние частотные диапазоны F2, F3 выполнены укороченными, а их входы снабжены согласующими Г-звеньями, состоящими из индуктивных элементов, разделитель каналов имеет полосно-пропускающие фильтры, выполненные в виде последовательных колебательных контуров Lf2-Cf2, Lf3-Cf3, система молниезащиты содержит расположенные по обеим сторонам гребня корпуса молниеприемники, выполненные в виде отрезков металлизированных лент и закрепленные вдоль гребня корпуса, металлизированные дорожки молниеотводов, идущие вниз от молниеприемников по боковым поверхностям корпуса, и сплошные участки металлизации, расположенные на фланце корпуса, дорожки молниеотводов отделены от молниеприемников и сплошного участка металлизации зазорами шириной не более 0,25 мм и выполнены в виде отрезков проводников, не превышающих 5 мм, расположенных друг от друга с зазором не более 0,25 мм.

Целесообразно основание выполнить в виде эллипсовидного металлического элемента с пазом для установки антенной платы, а корпус - из стекловолокна методом холодной формовки обтекаемой формы.

Для сохранения молниезащитных свойств корпуса и отвода статического электричества антенна покрыта краской, в которую добавлена бронзовая пудра в соотношении 1:10.

На фиг.1 представлена схема трехчастотной самолетной антенны.

На фиг.2 - схема включения излучателей антенны.

На фиг.3 - система молниезащиты антенны.

На фиг.4 - фотография трехчастотной самолетной антенны.

На фиг.5 - топология печатной платы трехчастотной антенны.

На фиг.6 - фотография макета трехчастотной вибраторной антенны с канальными фильтрами и согласующими Г-звеньями.

На фиг.7 - зависимость КСВ антенны от частоты.

На фиг.8 - ДН антенны на частоте 406 МГц.

На фиг.9 - ДН антенны на частоте 243 МГц.

На фиг 10 - ДН антенны на частоте 121,5 МГц.

На фиг 11 - Составляющая тока разряда А.

На фиг 12 - Составляющие тока разряда В и С.

На фиг 13 - Составляющая тока разряда D

На фиг 14 - Вид антенны после проведения испытания на молниестойкость по зоне 1А: а) вид справа, б) вид слева.

На фиг 15 - Вид антенны после проведения испытания на молниестойкость по зоне 1В: а) вид справа, б) вид слева.

Антенна состоит из: основания 1, антенной платы 2, корпуса 3, диэлектрического наполнителя 4, высокочастотного разъема 5 (фиг.1).

Основание 1 представляет собой эллипсовидный металлический элемент с пазом для установки антенной платы 2, отверстиями для установки высокочастотного разъема и отверстиями для крепления антенны к корпусу самолета.

Антенная плата 2 представляет собой диэлектрический лист с нанесенной на одну из ее сторон топологией трех печатных антенных излучателей 6, 7, 8 на частотные диапазоны F1, F2, F3, причем F1>F2>F3, и разделителя каналов. Излучатель 6 на верхний частотный диапазон F1 выполнен четвертьволновым. Излучатели 7, 8 на нижние частотные диапазоны F2, F3 выполнены укороченными, а на входе для компенсации укорочения включены согласующие Г-звенья, состоящие из индуктивных элементов [Iyer V., Makarov S.N., Harty D.D., Nekoogar F., Ludwig R. A Lumped Circuit for Wideband Impedance Matching of a Non-Resonant, Short Dipole or Monopole Antenna // IEEE Trans. Antennas Propag., vol.58. No.1, January, 2010, pp.18-26]. Антенная плата 2 вставляется нижней частью в паз основания (не показан) и закрепляется в нем. В плате 2 имеются сквозные отверстия 9 вне топологии антенных излучателей 6, 7, 8 для взаимопроникновения пенного наполнителя при заливке внутренней полости антенны.

Три излучателя 6, 7, 8 подключены к одному входу с помощью трехчастотного разделителя каналов, или триплексера (фиг.2). Излучатели 7, 8 на нижние частотные диапазоны F2, F3 выполнены с согласующими Г-звеньями (трансформаторами импедансов) 10, 11, состоящими из индуктивных элементов Ls1-Lp2, Ls3-Lp3. Частотный разделитель каналов реализован на полосно-пропускающих фильтрах 12, 13, которые выполнены в виде последовательных колебательных контуров Lf2-Cf2, Lf3-Cf3, причем колебательный контур на частоту F1 отсутствует и излучатель 6 на эту частоту подключен к входу антенны напрямую.

Корпус 3 выполнен из стекловолокна методом холодной формовки и имеет обтекаемую форму в виде крыла с гребнем на периферии.

Сверху на корпус 3 нанесена оригинальная система молниезащиты, состоящая из молниеприемников 14, расположенных горизонтально по обе стороны гребня корпуса 1, дорожек молниеотводов 15, идущих вниз от молниеприемников 14 по обеим сторонам корпуса и сплошного участка металлизации 16 в основании корпуса (фиг.3). Для функционирования системы молниезащиты между молниеприемниками 14 и дорожками молниеотводов 15, как и между дорожками молниеотводов 15 и сплошным участком металлизации 16, должны быть зазоры шириной не более 0,25 мм, а сами дорожки 15 должны иметь разрывы той же ширины.

Для сохранения молниезащитных свойств антенны и отвода статического электричества с корпуса в краску, которой покрыт корпус 3 антенны, должна быть добавлена бронзовая пудра в соотношении 1:10.

При разряде молнии в антенну в вышеупомянутых зазорах возникают воздушные разряды, которые смыкаются между собой, образуя сплошные нити тока вдоль корпуса 1 антенны. Затем ток разряда уходит через крепежные винты на корпус самолета. Для образования нити тока сплошные отрезки проводников дорожек молниеотводов 15 не должны превышать 5 мм. В результате разряд молнии не проникает внутрь антенны, а идет по воздуху вдоль внешней образующей корпуса 1, в результате чего корпус при ударе молнии не разрушается и антенна сохраняет свою работоспособность. Более того, антенна может выдержать три удара молнии, следующих друг за другом, что подтверждено экспериментально.

Диэлектрический наполнитель 4 служит для герметизации внутренности антенны и представляет собой пенополиуретановое заполнение.

Антенна данного типа отрабатывалась экспериментально для самолетных радиомаяков системы КОСПАС/SARSAT для частот F1=406 МГц, F2=243 МГц и F3=121,5 МГц.

Вертикальные участки излучателей 6, 7, 8 максимально разнесены в пространстве для минимизации их взаимной связи. С этой целью излучатели 6, 7 выполнены с изломом. Длины излучателей на соответствующие частотные диапазоны составили: излучатель 6 на частоту F1 - 0,235λg, излучатель 7 на частоту F2 - 0,23λg, излучатель 8 на частоту F3 - 0,12λg, где λg=λ/√εr, εr - относительная диэлектрическая проницаемость материала диэлектрического наполнителя 4 антенны. Номиналы элементов, формирующих Г-секции трансформаторов: Ls3=220 нГн, Lp3=24 нГн, Ls2=3,3 нГн, Lp2=10 нГн. Номиналы элементов последовательных колебательных контуров: Lf3=220 нГн, Cf3=7,5 пФ, Lf2=100 нГн, Cf2=4 пф.

На фиг.7 четко видны три резонанса с центральными рабочими частотами F1=406 МГц, F2=243 МГц и F3=121,5 МГц. Ширины полос пропускания по уровню КСВ<2 составили: Δf1=104 МГц, Δf2=11,2 МГц, Δf3=2,3 МГц.

Из фиг.8 видно, что диаграмма направленности на частоте 406 МГц имеет торообразную форму с шириной ДН 42 градуса (по уровню - 3 дБ) и максимумом коэффициента усиления при θ=50 градусов, равным 2,5 дБ.

Из фиг.9 видно, что диаграмма направленности на частоте 243 МГц имеет торообразную форму с шириной ДН 55 градусов и максимумом коэффициента усиления при θ=40 градусов, равным - 2,5 дБ.

Из фиг.10 видно, что диаграмма направленности на частоте 121,5 МГц имеет торообразную форму с шириной ДН 60 градусов и максимумом коэффициента усиления при θ=40 градусов, равным - 8,75 дБ.

Испытаниям на молниестойкость подверглись три образца самолетной антенны. Осциллограммы импульсов испытательного тока, соответствующих различным зонам установки антенны на корпус самолета, представлены на фиг.11-13. Эти импульсы характеризуются следующими параметрами: составляющая А (импульс тока первого обратного разряда, фиг.11) - амплитуда Ip1=200±10% кА с интегралом действия ∫i2dt=2·106±20% кА2·с и временем воздействия tp1=500 мкс; составляющая В (промежуточный ток, фиг.12) - средняя амплитуда IpT=2±10% кА длительностью tT=5 мс, переносимый заряд QB=10±10% Кл; составляющая С (постоянный ток, фиг.12) - амплитуда IpC=200-800 А длительностью tC=0,25 мс - 1 с, переносимый заряд QB=200±20% Кл; составляющая D (ток повторного разряда, фиг.13) - амплитуда Ip2=100±10% кА с интегралом действия 0,25·106±20% кА2·с и временем воздействия tp2=500 мкс.

На фиг.14 представлены фотографии антенны после проведения испытания на молниестойкость по зоне 1А, соответствующей установке антенны в средней части фюзеляжа самолета (составляющая тока разряда А, фиг.11). Из фиг.14 видно, что в результате воздействий двумя разрядами тока разрушения корпуса антенны не происходит. При этом срабатывают три дорожки молниеотводов из пяти на обеих сторонах корпуса.

На фиг.15 представлены фотографии антенны после проведения испытания на молниестойкость по зоне 1В, соответствующей установке антенны в хвостовой части фюзеляжа самолета (составляющие тока разряда А, В, C и D. фиг.11-13). Из фиг.14 видно, что в результате воздействия полного тока разряда видимых повреждений корпуса антенны не происходит. При этом срабатывают все дорожки молниеотводов, кроме одной, на обеих сторонах корпуса.

После проведения испытаний на молниестойкость все три антенны сохранили работоспособность.

В результате испытаний были выявлены оптимальные размеры отрезков проводников дорожек молниеотводов не более 5 мм, а также зазоров между ними и зазоров между дорожками молниеотводов, молниеприемниками и сплошными участками металлизации не более 0,25 мм.

Размеры антенны составили: 240 мм × 240 мм × 60 мм. Масса антенны - 460 г.

1. Самолетная антенна, включающая корпус с фланцем, имеющий вспененный диэлектрический наполнитель и выполненный в виде крыла, расположенные в нем два антенных излучателя, подключенных к высокочастотному разъему через разделитель каналов, и систему молниезащиты, отличающаяся тем, что антенна снабжена основанием, диэлектрической платой и дополнительным антенным излучателем, плата выполнена в виде листа с нанесенной на одну из его сторон топологией трех печатных вышеназванных антенных излучателей на частотные диапазоны F1, F2, F3, причем F1>F2>F3, излучатель на верхний частотный диапазон F1 выполнен четвертьволновым и соединен непосредственно с высокочастотным разъемом, излучатели на нижние частотные диапазоны F2, F3 выполнены укороченными, а их входы снабжены согласующими Г-звеньями, состоящими из индуктивных элементов, разделитель каналов имеет полосно-пропускающие фильтры, выполненные в виде последовательных колебательных контуров Lf2-Cf2, Lf3-Cf3, система молниезащиты содержит расположенные по обеим сторонам гребня корпуса молниеприемники, выполненные в виде отрезков металлизированных лент и закрепленные вдоль гребня корпуса, металлизированные дорожки молниеотводов, идущие вниз от молниеприемников по боковым поверхностям корпуса, и сплошные участки металлизации, расположеные на фланце корпуса.

2. Самолетная антенна по п.1, отличающаяся тем, что дорожки молниеотводов отделены от молниеприемников и сплошного участка металлизации зазорами шириной не более 0,25 мм и выполнены в виде отрезков проводников, не превышающих 5 мм, расположенных друг от друга с зазором не более 0,25 мм.

3. Самолетная антенна по п.1, отличающаяся тем, что основание выполнено в виде эллипсовидного металлического элемента с пазом для установки антенной платы.

4. Самолетная антенна по п.1, отличающаяся тем, что корпус выполнен из стекловолокна методом холодной формовки и имеет обтекаемую форму.

5. Самолетная антенна по п.1, отличающаяся тем, что антенна покрыта краской, в которую добавлена бронзовая пудра в соотношении 1:10.

6. Самолетная антенна по п.1, отличающаяся тем, что корпус антенны заполнен полностью наполнителем, при этом в плате выполнены сквозные отверстия вне топологии антенных излучателей.

7. Самолетная антенна по п.1, отличающаяся тем, что наполнитель выполнен из пенополиуретана.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к активным антенным модулям. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве сверхширокополосной антенны с несколькими видами поляризации: вертикальной, горизонтальной и круговой (эллиптической) правого и левого вращения.

Изобретение относится к конструкции микрополосковой антенны, предназначенной для использования в рассеивающем электромагнитное излучение устройстве, которое уменьшает воздействия нежелательного электромагнитного излучения.

Антенна // 2264007

Изобретение относится к области радиоэлектротехники и может быть использовано при конструировании широкополосных антенн, где известны поперечные и продольные излучатели.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве широкодиапазонной всенаправленной антенны в горизонтальной плоскости, где известны биконические рупоры и дискоконусные антенны.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в широкополосных антеннах, где известны поперечные и продольные излучатели. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в широкополосных антеннах, где применяются поперечные и продольные излучатели. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в радиоэлектронных передающих и приемных устройствах различного назначения. Технический результат - упрощение конструкции электронной решетки. Сверхширокополосная сканирующая ФАР, состоящая из набора излучающих элементов, в которой раскрыв сформирован многоуровневыми рупорными излучателями, каждый из которых имеет линейные размеры больше длины волны и управляемую диаграмму направленности, регулируемую посредством управляющего элемента. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к радиотехнике, и может быть использовано при изготовлении антенных систем с повышенной полосой пропускания посредством использования поперечных и продольных излучателей. Технический результат - расширение полосы пропускания и обеспечение линейности фазочастотной характеристики в полосе частот и управляемости диаграммой направленности при отношении граничных частот диапазона более 1:30. Для этого способ изготовления сверхширокополосной антенной системы с управляемой диаграммой направленности включает формирование излучающего раскрыва антенной системы посредством субрупора «m» порядка, обеспечивающего требуемую полосу пропускания, где m=0, 1, 2, … n, и включение в одно из плеч сумматора правое/левое субрупора порядка «m» управляющего элемента, типа фазовращатель или регулируемая линия задержки, обеспечивающего управление лучом антенной системы. 5 ил.

Изобретение относится к антенному устройству. Технический результат изобретения заключается в обеспечении приема сигналов двух диапазонов частот. Антенное устройство включает в себя антенный элемент и блок подложки, причем антенный элемент включает в себя основание антенны, излучающий электрод, первый и второй элементы подачи питания и заземляющий электрод. Блок подложки включает в себя блок С1 распределительной схемы и блок С2 фазосдвигающей схемы, при этом блок С1 распределительной схемы включает в себя соединительный элемент 321, элементы 322А, 322В трактов, имеющие длину тракта 1/4λ, и резист 323, а блок С2 фазосдвигающей схемы включает в себя элемент 324А тракта к первому элементу подачи питания и элемент 324В тракта ко второму элементу подачи питания, который длиннее, чем элемент 324А тракта, на 1/4 λ. Блок С2 фазосдвигающей схемы и блок С1 распределительной схемы выполнены на одной и той же поверхности блока подложки. Блок С2 фазосдвигающей схемы находится внутри элементов 322А и 322В трактов блока С1 распределительной схемы. 1 з.п. ф-лы, 14 ил.

Настоящее изобретение относится к антенне для радарного детектора, содержащей: блок питания; первую и вторую ветви, отходящие от указанного блока питания; патч-антенну первого частотного диапазона, подсоединенную к указанной первой ветви и имеющую характеристику первого частотного диапазона; патч-антенну второго частотного диапазона, подсоединенную к указанной второй ветви и имеющую характеристику второго частотного диапазона; антенный шлейф второго частотного диапазона, расположенный между указанным блоком питания и указанной патч-антенной первого частотного диапазона на указанной первой ветви; и антенный шлейф первого частотного диапазона, расположенный между указанным блоком питания и указанной патч-антенной второго частотного диапазона. Технический результат заключается в уменьшении размеров и расширении полосы пропускания при высоком коэффициенте усиления. При этом в предлагаемой антенне для радарного детектора с одним блоком питания может сочетаться множество антенн, имеющих различные частотные характеристики, без ущерба для характеристик указанного множества антенн. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к сверхширокополосным (СШП) направленным антеннам с круговой поляризацией поля. Технический результат заключается в создании СШП антенны, в которой однонаправленное излучение формируется естественным образом в широкой или сверхширокой полосе частот, в общем случае, не требуя использования поглотителя с обратной стороны излучающего элемента. Для этого СШП антенна содержит диэлектрическую подложку (103), по меньшей мере одну питающую линию (101, 102), выполненную на диэлектрической подложке (103), спиральный излучающий элемент (107), выполненный на подложке (103) и связанный с питающей линией (101, 102), по меньшей мере одну дополнительную диэлектрическую подложку (108, 109), расположенную параллельно над упомянутой диэлектрической подложкой (103), причем на дополнительной диэлектрической подложке (108, 109) выполнен плоский печатный резонатор (110, 111) осесимметричной формы, расположенный соосно со спиральным излучающим элементом (107). 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх