CN105745784B - 具有减少的无线电信号衰减的局部区域的天线罩 - Google Patents

Abstract

一种具有减少的无线电信号衰减的局部区域的天线罩和飞行器，所述天线罩包括具有第一部分和第二部分的主体。所述第一部分比所述第二部分机械强度大，并且所述第二部分与所述第一部分相比具有减少的无线电信号衰减特性。

Description

具有减少的无线电信号衰减的局部区域的天线罩

相关申请

本申请要求2013年11月11日申请的美国临时专利申请No.61/902,549和2014年3月13日申请的美国正式专利申请No.14/209,713的优先权利益，其全部通过引用特此合并于此。

技术领域

本发明主要涉及天线罩，并且更特别地涉及包括具有分离的机械特性和无线电信号衰减特性的局部区域的飞行器天线罩。

背景技术

天线罩是保护雷达或无线电天线的结构性的防风雨壳体。天线罩保护天线表面以免受到天气影响和/或隐藏天线电子设备以免被看到。天线罩还保护人员以免被天线的移动部件伤害。天线罩还提高在天线罩附近的飞行器的空气动力学外形。

天线罩基于预期用途可具有不同的形状，诸如球形、网格球顶式(geodesic)、平面等。天线罩通常由玻璃纤维、涂覆PTFE的织物(PTFE coated fabrics)、塑料、或者其它轻量但结构上强的材料制造。

固定翼飞行器通常使用天线罩保护设置在飞行器主体上的雷达或无线电天线。例如，许多飞行器包括采用在飞行器主体的前端上的头锥(nose cone)形式的天线罩，以保护前寻雷达天线，诸如气象雷达天线。当天线罩在保护无线电通信天线(例如，卫星通信天线)时，天线罩也可在飞行器主体的顶部、底部、或尾部上被发现；或者当保护用于地面通信的无线电天线时，在飞行器的底部上被发现。在这些情况下，天线罩可看上去像飞行器主体上的气泡或小圆顶。

通常，天线罩必须足够大，以允许雷达或无线电天线部件的自由移动。例如，大多数气象雷达天线装有万向接头以用于围绕多个轴线的移动。结果，气象雷达天线实际上能够指向任何方向以关注飞行器附近的气象。因此，天线罩必须在所有方向上具有均一的信号发射和接收特性，以便雷达天线可被适当地校准。另外，可取的是，生产具有结构特性的天线罩，该结构特性允许其即使在飞行期间被外界物体(诸如鸟)碰撞时也能保持其形状(以便不改变机身的空气动力学特性)。因为天线罩必须具有与飞行器天线罩的结构强度结合的均一的信号发射和接收特性，所以信号发射和接收特性经常被折中以确保满足强度要求。

例如，U.S.2009/096687公开了一种高性能导弹天线罩，其包括夹层结构的中心部分和邻近该中心部分的一个或多个外壳。天线罩由挤出的氮化硅形成，以经受高速导弹和航天器中遇到的极端温度。

U.S.7,151,504公开了一种多层天线罩，其具有窗口部分和附接部分。该多层交叠以形成凸缘附接部分。

附图说明

本发明的进一步特征和优点能够从权利要求、以下说明书、和所附示意图得到，附图中：

图1是具有根据本公开的教义构造的天线罩的飞行器的侧视图；

图2是图1的天线罩的顶视平面图；

图3是图1的天线罩的侧视图；

图4是图1的天线罩的一个实施例的侧视截面图；

图5是图1的天线罩的另一实施例的侧视截面图；

图6是根据本公开的教义构造的天线罩和安装组件的另一实施例的顶视剖面图；

图7是图6的天线罩和安装组件的侧视图；

图8是图6的天线罩和安装组件的尾部的近景侧视图；

图9是图6的天线罩和安装组件的前部的近景侧视图；

图10是图6的天线罩和安装组件沿线10-10截取的前截面图；

图11是图10的天线罩和安装组件的右侧前剖面图；

图12是图6的天线罩和安装组件沿线12-12截取的前截面图；

图13是图6的天线罩和安装组件沿线13-13截取的前截面图；

图14是图6的天线罩和安装组件沿线14-14截取的前截面图；

图15是图6的天线罩的顶视纵向截面图；

图16是具有安置在安装区域的天线的图6的安装组件的适配板的顶视图；

图17是根据本公开的教义构造的天线罩和安装组件的另一实施例的顶视透视截面图；

图18是图17的天线罩的局部底视透视截面图；

图19是图17的天线罩的侧视截面图；

图20是图17的天线罩的前部的近景侧视截面图；和

图21是图17的天线罩的尾部的近景侧视截面图。

具体实施方式

现在转向附图，图1例示飞行器10，其具有机身或主体14，包括前端12、后端或尾端20、和一对机翼16。飞行器10还包括在机身的上部或背部24上的第一天线罩22、在机身的下部或腹部28上的第二天线罩26、和位于机身14的前端12处的第三天线罩30。

每个天线罩22、26和30可容纳执行不同功能的天线。在一个示例中，第一天线罩22可容纳通信天线，其向通信卫星发射无线电信号并从通信卫星接收无线电信号。类似地，在一个示例中，第二天线罩26可容纳通信天线，其向地面无线电设备发射无线电信号并从地面无线电设备接收无线电信号。另一方面，在一个示例中，第三天线罩30可容纳雷达天线，其发射雷达能量并接收发射的雷达能量的反射部分以定位飞行器10前的气象构造。这些天线罩22、26、30中的每个可具有不同的结构特性和发射/接收特性。无论如何，每个天线罩22、26和30在被核准在飞行器上使用之前必须遵守当地法规，诸如FAR 25.571部，其自本申请的申请日时起通过引用特此合并于此。

通常，容纳雷达天线的第三天线罩30构造上均一，以允许雷达天线(其很可能装有万向接头)在第三天线罩30上的任意点通过第三天线罩30以均一的衰减发射和接收雷达信号。换言之，第三天线罩30必须在雷达能量将被发射或接收通过的所有位置具有均一的特性。因为第三天线罩必须遵守管理飞行器破坏的当地法规，所以第三天线罩30的发射特性可能被这些破坏法规规定的机械强度要求降低。换言之，机械强度要求和无线电信号衰减特性在天线罩设计中通常彼此矛盾。

下面，归于第一天线罩22和第二天线罩26的特征可被可互换地用于任一天线罩。例如，归于第一天线罩22的特征可被等价地归于第二天线罩26，反之亦然。此外，第一天线罩22和第二天线罩26的特征可相互组合。

与第三天线罩30相比，根据本公开的教义构造的第一天线罩22和第二天线罩26可具有分离的机械特性和无线电波衰减特性。换言之，第一天线罩22和第二天线罩26可具有机械强度特征和/或无线电波衰减特征彼此不同的局部区域。例如，第一天线罩22可具有足够强以满足当地破坏法规的第一部分，同时具有比第一部分具有更好的无线电波衰减特征的第二部分。换言之，第一天线罩22可在不在结构上变得折中的情况下具有结构上能够经受外界物体碰撞破坏(诸如飞鸟撞击)的第一部分(即，更强的部分)，和结构上弱于第一部分(因为其位于不可能被外界物体撞击的区域或者位于需要较小的物理强度的位置)，但是具有比第一部分更好的无线电信号衰减特性的第二部分。

现在转向图2-4，第一天线罩22可包括附接至飞行器10的机身14的外壳40。外壳40可形成被定尺寸和成形为容纳天线44的壳体42(图4)。外壳40可具有不均匀的结构。换言之，外壳40可具有一个位置与另一位置不同的物理特征。

在一个实施例中，天线44可为机械操纵的相控阵天线。相控阵天线大体上包括局部发射区域和局部接收区域，其被电子或机械操作以在期望的方向上合成无线电能量的电磁波束。结果，相控阵天线可被定位为非常接近飞行器10的机身14，并且外壳40可被定位为非常接近天线44(因为天线在操作期间不显著地移动)。因此，外壳40的外形可被最小化。

外壳40可具有第一部分50，其至少部分地朝向飞行器10的前端12；第二部分52，其朝向第一部分50的尾部；和第三部分54，其朝向第二部分52的尾部。第一部分50可为结构上最强的部分。第一部分50可能够在不折中的情况下在飞行器10飞行中经受外界物体破坏。例如，第一部分50可在不折中飞行器10的能力的情况下足够强以在海平面处以飞行器最大设计巡航速度(Vc)或者在8000英尺高度处以0.85Vc经受来自四磅的鸟的碰撞，以成功地完成飞行。

由于增加的强度，第一部分50具有大于第二部分52和第三部分54的无线电信号衰减。因为第二部分52相对于飞行方向成角度(例如，第二部分52相对于飞行器的实际飞行路径比第一部分50以更尖锐的角度定向)，所以第二部分52将不需要与第一部分50相同的结构强度。因此，第二部分52可被设计为以结构强度或刚度为代价来减小无线电信号衰减。例如，通过第二部分52发射的发射信号T与通过第一部分50发射的相同的发射信号T相比可被更少地衰减，因为第二部分52由比第一部分50的材料(或结构)允许更好的无线电信号发射的材料(或结构)制造。结果，天线44可比由传统的均一构造的天线罩容纳的天线需要更小的用于执行其通信功能的功率。虽然总体的衰减减少可取决于设计约束，但是在一些情况下，信号在通过第二部分52发射时比通过第一部分50发射时可经历2dB或更多的衰减减少。

类似地，第三部分54(因为其在天线罩的后侧)将不需要与第一部分50相同的结构强度，因为第三部分54被前方结构的遮蔽保护而避免碰撞。因此，第三部分54可被设计为减少无线电信号衰减，与第二部分52类似。例如，通过第三部分54接收的接收信号R与通过第一部分50接收的相同的接收信号R相比可被更少地衰减。与第二部分52类似，在一些情况下，当与通过第一部分50接收的相同的信号相比时，通过第三部分54接收的信号可经历2dB或更多的衰减减少。第二部分52和第三部分54可被设计为减少发射信号或接收信号的衰减。可选择地，第二部分52和第三部分54可被设计为减少发射信号和接收信号两者的衰减。

天线罩22的第二实施例在图5中例示。在图5的实施例中，第二部分52和第三部分54被设计为减少不同频带的无线电信号的衰减。第一天线44a可发射和接收第一频带(例如，Ka带)中的无线电信号，并且第二天线44b可发射和接收第二频带(例如，Ku带)中的无线电信号。第一发射信号TKa或第一接收信号RKa与通过第一部分50或通过第三部分54发射或接收相比在通过第二部分52发射或接收时可被更少地衰减。尽管整体的衰减减少取决于设计约束，但是在一些情况下，当与通过第一部分50发射或接收的相同的信号相比时，通过第二部分52发射或接收的Ka信号或Ku信号可经历2dB或更多的衰减减少。类似地，第二发射信号TKu或第二接收信号RKu与在通过第一部分50或通过第二部分52发射时相比在通过第三部分54发射或接收时可被更少地衰减。

现在转向图6-21，天线罩122(和安装组件)的另一实施例被例示。在图6-21的实施例中，对应于图1-5中所例示的实施例的特征的结构特征被标号为比图1-5中的那些确切地大100或200。例如，图6-16的天线罩以参考标记122标识，图17-21中的天线罩以参考标记222标识，而图1-5中的天线罩以参考标记22标识。

现在参照图6-16，天线罩122可包括前端161和尾端163。天线罩122可通过安装组件160被附接至飞行器。安装组件160可包括机身安装部分165和天线安装部分162。天线安装部分162可包括用于将天线(未示出)固定至安装组件160的一个或多个天线安装垫164。在一些实施例中，安装组件160可包括单个天线安装位置。但是，如图6中所例示的，其它实施例可包括多个安装位置，诸如第一安装位置166和第二安装位置168。第一安装位置166和第二安装位置168可适于安装相似的或不相似的无线电天线。

天线罩122可包括从安装组件在远离飞行器机身14的方向上延伸的主体部分170，和挡板部分172。挡板部分172将主体部分170空气动力学地连接至飞行器机身。在一个实施例中，挡板部分可由三十二分之三英寸厚的铝片形成。在其它实施例中，挡板部分172可由0.125英寸厚的6061-T6铝片形成。

主体部分170可包括接近天线罩122的前部161的结构强的第一部分150、在前部161的尾部的减少衰减的或第二部分152、在第二部分152的尾部的另一减少衰减的或第三部分154、和在第三部分154的尾部的另一结构强的第一部分150。结构强的第一部分150可在挡板部分172上方形成主体部分170的周缘。第二部分152和第三部分154可由第一部分150分隔，或者第二部分152和第三部分154可在没有任何中间结构的情况下相互接合。在另外的实施例中，第二部分152和第三部分154可被结合以形成单个减少衰减部分。

如图7中所例示的，第一天线144a可被布置在第一安装位置166，第二天线144b可被布置在第二安装位置168。第一天线144a和第二天线144b可分别与第二部分152和第三部分154的内表面间隔开。第二部分152可被优化为减少发射至第一天线144a/从第一天线144a发射的无线电信号，并且第三部分154可被优化为减少发射至第二天线144b/从第二天线144b发射的无线电信号。在一个实施例中，第一部分152和第二部分154可由四分之三英寸厚的蜂窝板形成，而第一部分150可由四分之一英寸厚的层压板形成。

图12-14例示分别沿图6中的线12-12、13-13和14-14截取的天线罩122和安装组件160的横向截面图。安装组件160包括适配板176，其形成机身安装部分165和天线安装部分162。适配板176可使用一个或多个安装支架178被固定于飞行器机身。

图15例示沿纵向截面截取的天线罩122的第一部分150、第二部分152和第三部分154。第一部分150可以由四分之一英寸厚的层压板(plating)形成，其为相对强的，至少足够强以满足FAR25.571部的要求(即，第一部分150必须能够在飞机沿飞机的飞行路径相对于鸟的速度在海平面处等于Vc或者在8000英尺高度处等于0.85Vc时经受与4磅的鸟的碰撞)。第二部分52可由通过低介电填充物分隔的高介电层片的嵌板夹层形成，当与第一部分150相比时其具有减少的无线电波衰减。

图16例示安装组件160，具有安装在第一安装位置166的第一天线144a和安装在第二安装位置168的第二天线144b。

图17-21例示天线罩222的另一实施例。天线罩222包括结构强的第一部分250a、250b、形成接收窗口的减少的无线电波衰减的第二部分252、和形成发射窗口的减少的无线电波衰减的第三部分254。天线罩222还包括将天线罩222空气动力学地连接至飞行器机身的挡板272，和将第一部分250a、250b与挡板部分272连接的边缘带280。第二部分252和第三部分254可通过横桥282彼此连接。

在一个实施例中，第一部分250a、第一部分250b、第二部分252和第三部分254可由A夹层结构、C夹层结构、层压结构或半波结构形成。类似地，边缘带280和横桥282也可由A夹层结构、C夹层结构、层压结构或半波结构形成。

在一个实施例中，如图18中所例示，横桥282可包括从天线罩222的内表面向内延伸的多个支撑柱284。支撑柱284可由0.25英寸外径的6061-T6铝或者其它合适的材料形成。支撑柱284保持天线罩222的内表面与第一天线和第二天线之间适当的距离，使得天线在碰撞过程中不被破坏。

天线罩还可包括从第一部分250a的内表面延伸的舱壁板286。在不干扰发射到天线/从天线接收的瞄准线的情况下，舱壁板286结构上加强第一部分152。在一个实施例中，舱壁板可由0.25英寸厚的6061-T651铝或者其它合适的材料形成。

在其它实施例中，天线罩在不具有机械强度大的部分的情况下可包括具有减少的无线电信号衰减(用于发射带和接收带或者用于不同频率)的第一部分和第二部分。

公开的天线罩解决了将机械强度要求与无线电信号发送和接收衰减要求分离的问题。公开的天线罩还解决了将跨越不同的无线电信号频率的无线电信号衰减最小化的问题。结果，公开的天线罩比已知的同类天线罩重量更轻、性能更好。

本公开不限于飞行器天线罩。本公开实际上可应用于具有减少的无线电信号衰减的局部区域的任意天线罩。例如，公开的天线罩可用在任意种类的车辆(例如，汽车、火车、船、潜艇等)或者固定的雷达设备上。在说明书、附图和权利要求中公开的本发明的特征可单独地或者以多种组合用于实现本发明的不同实施例。

Claims (14)

1.一种用于飞行器的天线罩，该天线罩包括：

外壳，该外壳在安装在飞行器上时形成壳体的外表面，所述壳体被定尺寸和成形为容纳以第一无线电频率发射和接收的第一无线电天线和以第二无线电频率发射和接收的第二无线电天线，

其中所述外壳包括第一部分，其具有与所述外壳的其余部分的机械特性不同的机械特性；和形成用于所述第一无线电天线的发射/接收窗口的第二部分，该第二部分具有与所述第一部分相比所述第一无线电频率的减少的无线电信号衰减特性，并且所述外壳包括形成用于所述第二无线电天线的发射/接收窗口的第三部分，该第三部分具有与所述第一部分和所述第二部分相比所述第二无线电频率的减少的无线电信号衰减特性，所述第一无线电频率和所述第二无线电频率为不同的无线电频率。

2.如权利要求1所述的天线罩，其中所述第一部分由A夹层结构、C夹层结构、层压结构和半波结构之一形成。

3.如权利要求1所述的天线罩，其中所述第二部分由A夹层结构、C夹层结构、层压结构和半波结构之一形成。

4.如权利要求1所述的天线罩，其中所述第三部分由A夹层结构、C夹层结构、层压结构和半波结构之一形成。

5.如权利要求4所述的天线罩，其中所述第二部分和所述第三部分通过横桥接合。

6.如权利要求5所述的天线罩，其中所述横桥由A夹层结构、C夹层结构、层压结构和半波结构之一形成。

7.如权利要求5所述的天线罩，进一步包括从所述横桥延伸的多个支撑柱；并且其中至少一个支撑柱由0.25英寸外径的6061-T6铝形成。

8.如权利要求1所述的天线罩，进一步包括从所述第一部分延伸的挡板部分，并且其中所述挡板部分由0.125英寸厚的6061-T6铝形成。

9.如权利要求8所述的天线罩，其中所述挡板部分通过边缘带接合到所述第一部分，所述边缘带由A夹层结构、C夹层结构、层压结构和半波结构之一形成。

10.一种飞行器，包括具有减少的无线电信号衰减的局部区域的天线罩，所述飞行器包括：

具有第一端和第二端的机身；

附接至所述机身的一对机翼；和

附接至所述机身的天线罩，该天线罩包括：

外壳，该外壳在附接至所述机身时形成壳体的外表面，所述壳体被定尺寸和成形为容纳以第一无线电频率发射和接收的第一无线电天线和以第二无线电频率发射和接收的第二无线电天线，

其中所述外壳包括第一部分，其具有与所述外壳的其余部分的机械特性不同的机械特性；和形成用于所述第一无线电天线的发射/接收窗口的第二部分，该第二部分具有与所述第一部分相比所述第一无线电频率的减少的无线电信号衰减特性，并且所述外壳包括形成用于所述第二无线电天线的发射/接收窗口的第三部分，所述第二部分具有与所述第一部分相比所述第二无线电频率的减少的无线电信号衰减特性，所述第一无线电频率和所述第二无线电频率为不同的无线电频率。

11.如权利要求10所述的飞行器，其中所述第一部分比所述第二部分机械强度大。

12.如权利要求11所述的飞行器，其中所述第一部分能够在海平面处以所述飞行器的最大速度Vc或者在8000英尺高度处以所述飞行器的最大速度Vc的0.85倍经受来自四磅的鸟的碰撞。

13.如权利要求10所述的飞行器，其中所述第二部分具有跨越发射带的较少的无线电信号衰减，而且所述第三部分具有跨越接收带的较少的无线电信号衰减。

14.如权利要求13所述的飞行器，其中与当通过所述第一部分发射时相比，当通过所述第二部分发射时，无线电发射信号具有2dB或更多的衰减减少。