CN102047499B - 用于飞行器的天线 - Google Patents

Abstract

本发明尤其在于一种用于飞行器的无线通信设备，包括至少一个天线(335)，例如宽带天线，和适于承载所述至少一个天线的多层透明载体(300)，优选是所述飞行器的侧面玻璃窗、正面玻璃窗或舷窗。所述载体的一层(320)的至少一部分对于所述至少一个天线发射或接收的电磁波是至少部分反射的，所述载体的该层的所述至少一部分至少部分地位于所述至少一个天线的对面。根据一种最佳实施方式，所述载体的该层的所述至少一部分是除霜或除雾加热膜。

Description

用于飞行器的天线

技术领域

本发明涉及用于数据通信的天线，并且尤其涉及用于飞行器的天线。

背景技术

许多交通工具需要在停驻时与固定基础设施交换数据，尤其为了维护操作或为了向乘客提供到开放网络的高速率连接。

作为例解，为了飞行器的开发，越来越多的信息需要在地面航空公司和各飞行器之间被交换，尤其是当后者是中途停靠空港航桥或处于机库维护阶段时。

首先存在被称为有线的解决方案，根据它需要在交通工具和固定基础设施之间进行物理连接。例如，使用铜线缆的以太网Ethernet类型连接允许一个每秒100兆字节数量级的速率。然而，虽然这样的解决方案提供非常高的数据传输速率，它需要存在一个运营商来执行这样一种连接。

此外，存在着使用无线技术的系统，尤其是允许非常高的传输速率的激光传输技术，但它表现出校准困难，发射器和接收器应根据一种非常精确的配置被定位。这些解决方案同样对灰尘或至少可能部分阻塞激光发射器和/或接收器的其他污垢非常敏感。

其他无线数据传输解决方案同样是基于无线网络技术而开发出来，例如WiFi(英语Wireless Fidelity(无线保真)的缩写，WiFi是一个商标)解决方案，或蜂窝电话技术，它们尤其允许飞行器中的设备与布置在机场中的基站交换数据。这种弱功率通信模式使用一个或几个安装在飞行器外部的弱功率天线。

因此，在飞行器开发周期中，越来越多的天线应被安装。

然而，根据地面天线的安装随着基础设施的不同而变化，可能存在地面上或飞行器如机翼上的基础设施元件，遮蔽了这些天线间的直接无线电轨迹并且造成通信性能的下降。

此外，所期望的是飞行器和地面之间的通信不干扰飞行器内部通信的正常进行，尤其是维护人员和/或乘客移动设备的WiFi和WiMax通信，反之亦然。

因此存在一种对于改善停驻的交通工具和固定基础设施之间连接质量，尤其是数据传输速率的需要。

发明内容

本发明因此旨在一种用于飞行器的无线通信设备，包括至少一天线和一个适于承载所述至少一个天线的透明多层载体，所述载体的一层的至少一部分对所述至少一个天线发射或接收的电磁波是至少部分反射，所述载体的该层的所述至少一部分至少部分地位于所述至少一个天线的对面。

根据本发明的该设备因此允许改善天线的固有性能并实现一个准定向天线。这样一种设备同样允许减少可能由其他仪器上的设备造成的干扰并且优化该天线相对于地面安装的天线的辐射角度。而且，根据本发明的该设备对飞行器的空气动力阻力没有影响。

根据一种特定实施方式，所述透明载体是所述飞行器的侧面玻璃窗、正面玻璃窗或舷窗。根据本发明的该设备因此可被轻易地集成在一架飞行器上。

以有利的方式，所述载体的该层的所述至少一部分是除霜或除雾加热膜。根据本发明的该设备因此可使用现有的反射层。

根据一种特定实施方式，所述至少一个天线集成在所述载体的两个层之间。根据本发明的所述设备因此是隐蔽的并且可抵抗外部破坏。

可替代地，所述至少一个天线被固定在所述载体的其中一个外表面上。因此可能的是用现有玻璃窗实施本发明。

还是根据一种特定实施方式，所述至少一个天线被放置在所述载体层的该层的所述部分和所述设备的外表面之间。根据本发明的所述设备因此允许飞行器和它外部的系统之间的数据交换。

可替代地，所述至少一个天线被放置在所述载体层的该层的所述部分和所述设备的内表面之间。根据本发明的该设备因此允许位于飞行器内部的多个仪器之间的数据交换。

还是根据一种特定实施方式，所述至少一个天线，称为第一天线，位于所述载体的该层的所述至少一部分和所述设备的一个外表面之间，所述设备包括至少一个第二天线，所述至少一个第二天线位于所述载体的该层的所述至少一部分和所述设备的与所述一个外表面相反的另一个外表面之间。根据本发明的该设备因此允许飞行器和其外部的系统之间以及位于飞行器内部的多个仪器之间的数据交换。

本发明还旨在包括至少一个前述设备的飞行器。

根据一种特定实施方式，该飞行器包括至少另一个如前所述的设备，所述至少两个设备构成所述飞行器的两个相对侧面玻璃窗的至少一部分，用于增加天线的总辐射角度，并且能够利用随着接入点的位置而不同的效果，使得能够利用两个设备中的任一个接收到的最好的信号。

附图说明

本发明的其他优点、目的和特征在随后的细节描述中以非限制性例子参照所附图显现出来，附图中：

—图1示意出停驻在航桥附近的一架飞行器的空中视图；

—图2示出用作飞行器正面玻璃窗的玻璃窗的剖面图；

—图3示出根据本发明的一种无线通信设备的第一种实施方式，根据它，天线被插入玻璃窗中，插在玻璃窗外表面和一层加热膜之间；

—图4示出根据本发明的一种通信设备的第二种实施方式，根据它，天线被插入玻璃窗中，插在它的内表面和一层加热膜之间；

—图5示出可被用于实施本发明的等角螺旋天线的一个例子；

—图6示出根据本发明的一种通信设备的第三种实施方式，根据它，天线被粘贴或固定在玻璃窗上，在玻璃窗内侧或外侧一部分上；并且

—图7示出安装在包括一层反射层的飞行器驾驶舱玻璃窗中或上面的天线辐射角度。

具体实施方式

本发明尤其，在一架飞行器中，在于将一个传统天线，例如一个WiFi类型的宽带天线，与集成入天线载体的一层反射层相组合，以构成一个可改善天线特性的无线通信设备。根据一种特定的实施方式，传统天线被安装在一块包括一层反射层，例如一层与天线相互作用并用作反射器的加热层，的玻璃窗里面或上面。传统天线可被粘贴在飞行器的窗玻璃上或在玻璃窗制造时集成在玻璃窗中。

天线辐射元件被放置在玻璃窗的反射层前以优化辐射。反射层和辐射元件的位置因此允许实现一个准定向天线并且改善天线的固有性能。

同样可能的是将这个天线隐藏在玻璃窗的丝印部分中。

该玻璃窗最好包括连接地和天线的连接器，因此允许将确定电阻的电缆连接到飞行器的通信系统上。同样可能的是使用一个其地参考未被确定的连接电缆，例如一根高电阻电缆。

因此，用于根据本发明的飞行器的天线允许在飞行器和地面或飞行器内部的基础设施之间进行无线通信。

作为反射器的加热层的使用允许在天线被放置在玻璃窗相对于加热层的外侧时引导向外部的通信。该天线则允许与地面，例如与一个地面接入点或无线客户端网络的通信。

作为反射器的加热层的使用允许在天线被放置在玻璃窗相对于加热层的内侧时引导向内部的通信。该天线则允许与飞行器内部，例如与飞行器内部的无线网络的通信。

在此两种情况下，反射器允许减弱朝某一个方向的信号并且，同时，起用于改善天线在反方向的增益的反射器的作用。

同样可能的是安装两个天线，分别安置在该加热层的两侧，以允许两个同时通信，一个朝向飞行器外部并且另一个朝向于内部。

最佳方式是，该天线被用作发射和接收，覆盖分配给无线技术的频率带宽。

要注意的是，WiFi类型的通信技术向地面提供广泛的覆盖面。因此可能的是，在准定向天线的帮助下容易地连接到相应的一类网络上。

集成到驾驶舱玻璃窗或座舱舷窗内的小体积天线最终能够被用于执行与地面接入点的连接。玻璃窗内部导体材料的存在允许这些天线准定向到设备外部，同时具有极弱的干扰机载设备的可能性。

同样可能的是使用这些天线，根据玻璃窗的构成，用于用无线技术覆盖飞机内部。这些天线同样可能被安置在驾驶舱的舷窗或玻璃中。

因此，根据本发明的通信设备允许补充或完善现有的WiFi类型的天线。

当飞行器在地面上，在通信天线的周围，接入点的定位事先并不知道。因此可能的是，特别是，使用根据本发明的通信设备以便当地面基站位于飞行器前面其无法覆盖的区域内时完善现有天线。

图1以示意描绘了停驻在航桥附近的一架飞行器的空中视图，如所示，飞行器100停驻在地面基础设施，这里是航桥105附近，以便飞行器100的舱门与航桥105的端头相对。

飞行器100包括一个，例如在维护系统上，能够与地面信息系统110交换数据的机载信息系统(未示出)。

飞行器100包括一个WiFi或WiMax类型的天线115，这里被集成在驾驶舱玻璃窗中。天线115经由适配的通信接口被连接到飞行器100的信息系统上。

包括天线120的接入端被定位在地面，例如飞行器100的前面。

关联到天线120的无线电模块(未示出)由连接135，这里是一条有线连接，被连接到机场130的网络125上。网络125穿过防火墙150(英语被称为firewall)经由因特网类型的网络145例如被连接到航空公司的局域网140。

类似的方式是，当飞行器在维护机库内时，连接到公司局域网络的天线可以被放置在移动或非移动、可拆卸或不可拆卸的维护机库的结构元件上，以便被定位在包括天线115的飞行器100的附近。

图2表示用作飞行器正面玻璃窗的玻璃窗200的一个剖面图。

如图所示，玻璃窗包括多个玻璃层，通常是3层，这里被编号为205-1、205-2和205-3。玻璃层205-3专用于被放置为朝向飞行器的外部，通常具有3毫米厚度。玻璃层205-1专用于被放置为朝向飞行器的内部，以及玻璃层205-2，在内部，通常具有8毫米厚度。

玻璃层由例如由聚氨酯(PU)或聚乙烯醇缩丁醛(PVB)制成的中间层210和215分隔开。中间层210被放置在玻璃层205-1和205-2之间，可具有1毫米的厚度。中间层215被放置在玻璃层205-2和205-3之间，通常具有大约8毫米的厚度。

反射层，这里是部分的，用包含例如搀杂锡的氧化锢也被称为ITO的加热膜220实现。加热膜220被定位在中间层215和玻璃层205-3之间。

此外，玻璃窗边缘由包括元件225和230且通常由聚硫橡胶(PR)和硅酮构成的型材构成，被用于固定玻璃窗。

加热膜可以，例如，根据专利FR2695117所述的方法获得。

用于构成侧玻璃窗的玻璃窗(机舱或驾驶舱侧面玻璃窗)与玻璃窗200相似。然而所用的玻璃层，特别是玻璃层205-1和205-2，具有不同的厚度，例如分别6和5毫米。此外，加热层220通常位于玻璃层205-2和中间层215之间而不在中间层215和玻璃层205-3之间。

加热膜被用于前部玻璃窗的除霜以及侧面玻璃窗的除雾。

天线可在玻璃窗制造时利用它的多层结构构成被直接安置在玻璃窗中。

然而，应该注意的是，由于构成前部玻璃窗的各层的叠放以及加热膜位置的原因，在加热膜和这些玻璃窗外表面之间插入天线是困难的。

然而，天线在加热膜和这些玻璃窗的内表面之间的插入允许驾驶舱内根据例如WLAN(无线局域网)类型或WPAN(无线个人局域网)类型的网络架构的无线通信。

在侧面玻璃窗中，玻璃窗外部和加热部之间的距离足够允许天线在玻璃层和聚氨酯中间层之间的安装。这个天线利用加热部分作为反射器，在限制位于驾驶舱内的仪器的干扰的同时改善天线的增益和指向性。

天线在每一个侧面玻璃窗中的装入使得能够利用随着接入点的位置而不同的效果，使得能够利用由其中一个天线接收到的最好的信号。

此外，反射层在玻璃窗中的存在允许减弱朝向任意一个方向的辐射。因此可能的是仅覆盖驾驶舱或向设备外部辐射而不干扰驾驶舱的壳体。这种减弱根据所用频率带宽不同而或多或少有效。

图3示出根据本发明的无线通信设备的第一种实施方式，根据它，天线被插入玻璃窗中，插在玻璃窗外表面和加热膜之间。

如图2上所示的玻璃窗，玻璃窗300包括由中间层310和315分隔开的3层玻璃层305-1至305-3。

加热膜320在这里被安插在玻璃层305-2和中间层320(侧面玻璃)之间。

玻璃窗300的边缘此外由一个包括元件325和330并用于它的固定的型材构成。

天线335被插在中间层315和玻璃层305-3之间。天线335因此被定位在加热膜和玻璃窗300外表面之间。天线335在这里被连接到连接器340上，该连接器340允许将天线335连接到飞行器的接地345以及经由连接350连接到通信系统(未示出)上。

插入的天线可以是垂直、水平或环形极化的窄带宽或宽带天线。这个天线可以，尤其是，是一条如图5所示的等角螺旋天线。

用于除雾的加热膜担当反射器。天线的增益因此被增加且驾驶舱内部遭受的干扰被减少。

在另一变型中，或在补充方式下，天线335可被安插在中间层310和玻璃层305-1之间以允许向飞行器内部进行无线通信。

图4描绘了根据本发明的通信设备的第二种实施方式，根据它，天线被安插在玻璃窗中，插在其内表面和加热膜之间。

如图2上所示的玻璃窗所示，玻璃窗400包括了由中间层410和415分隔开的405-1至405-3三层玻璃层。

加热膜420在这里被安插在中间层415和玻璃层405-3(前部玻璃窗)之间。

玻璃窗400的边缘此外由一个包括元件425和430的型材构成，以将其固定。

天线435被安插在玻璃层405-1和中间层410之间。天线435因此被定位在加热膜和玻璃窗400内表面之间。与涉及图3中所示的天线335相同，天线435在这里被连接到一个允许将其连接到飞行器一条地线445以及经由连接450连接到一个通信系统(未示出)的连接器440。

再一次，插入的天线可以是垂直、水平或环形极化的窄带或宽带天线。这个天线可以，尤其是，如图5所示的等角螺旋天线。

用于除霜的加热膜担当反射器。天线的增益因此增加并且驾驶舱内部遭受的干扰减少。

图5表示可用于实施本发明的等角螺旋天线的一个例子。这里涉及在整个带宽上具有9dB增益和59ohms电阻的准定向天线，它的外半径是2.25cm并且其臂长度是6cm。该天线允许用减少了的体积和安装覆盖一个大频率范围。此天线所辐射的最大能量是微弱的。

图6表示根据本发明的通信设备的第三种实施方式，根据它，天线被粘贴或固定在玻璃窗上，在该玻璃窗的外部。担当反射器的加热过滤器的存在允许天线向飞行器的外部辐射。

该天线最好被粘在玻璃窗的丝印区域上。

图6表示前部玻璃窗600，从驾驶舱一侧所见的视图。该玻璃窗在这里包括丝印区域605，在它上面粘贴或固定有宽带螺旋天线610。该天线可被粘贴或固定在飞行器的内部和/或外部。

在有利的方式下，天线610在玻璃窗被安装在飞行器上之前被粘贴或固定在玻璃窗上以简化天线与相应通信系统的连接。该连接可由一层包括导体轨的单膜实现。可替代的，可以使用其他标准连接方式。

同样，天线可被粘贴或固定在侧面玻璃窗或舷窗上，在其外表面和/或内表面。

图7描述了放置在包括一层反射层的飞行器驾驶舱玻璃窗中或上面的天线的通信作用范围。飞行器700在这里包括3个补充天线，2个天线被集成在两个相对的侧面玻璃窗里而一个天线被粘贴在前部玻璃窗的表面上。这些天线被安装在玻璃窗的外表面和加热膜之间。部分705、710和715分别表示放置在前部玻璃窗上的天线以及集成在侧面玻璃窗中的天线的辐射角度。应被注意的是，这些天线被安装在飞行器四周，飞行器造成的无线电暗区是有限的。

这些天线允许飞行器在飞机侧翼上与定位在地面的无线通信装置进行通信。这些天线可以是因此满足当前甚至将来对其他频率带宽的需求的宽带天线。

传统天线与安装有天线的玻璃窗的反射层的结合提供许多优点，包括对数据接收的优化、天线方向性的改善、宽带宽天线的实现、在同一玻璃窗上集成各种类型天线的可能性、接地的减少以及天线体积的减少、向飞行器内部或外部辐射的选择和空气动力阻力的消除。

自然地，为了满足特定的需求，在本发明领域的专业人士将能够对上述描述进行修改。

Claims (8)

1.一种用于飞行器的无线通信设备，包括：

至少一个天线(335、435)；和

适于承载所述至少一个天线的多层透明载体(300、400)，

所述设备的特征在于所述多层透明载体的一层(320、420)的至少一部分对所述至少一个天线发射或接收的电磁波是至少部分反射的，所述多层透明载体的该层的所述至少一部分至少部分地位于所述至少一个天线的对面，

所述至少一个天线被插在所述多层透明载体的两个层之间；以及

所述至少一个天线连接到所述多层透明载体外部的接地端子。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多层透明载体是所述飞行器的侧面玻璃窗、正面玻璃窗或舷窗。

3.根据上述权利要求1所述的设备，其中，所述多层透明载体的该层的所述至少一部分是除霜或除雾加热膜。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个天线被放置在所述多层透明载体的该层的所述至少一部分和所述设备的外表面之间。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个天线被放置在所述多层透明载体的该层的所述至少一部分和所述设备的内表面之间。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个天线，称为第一天线，位于所述多层透明载体的该层的所述至少一部分和所述设备的一个外表面之间，所述设备包括至少一个第二天线，所述至少一个第二天线位于所述多层透明载体的该层的所述至少一部分和所述设备的与所述一个外表面相反的另一个外表面之间。

7.一种飞行器，包括至少一个根据权利要求1所述的设备。

8.根据权利要求7所述的飞行器，包括至少另一个根据权利要求1所述的设备，这至少两个设备构成所述飞行器的两个彼此相对的侧面玻璃窗的至少一部分。