CN110190379A - 一种机载高频天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机载高频天线，所述机载高频天线包括围绕复合材料垂尾上的U型缝隙的边缘设置的金属层，U型缝隙和金属层位于前缘翼梁上。本发明的机载高频天线无需对飞机机体结构与材料进行大幅改动即可解决复合材料垂尾无法形成射频电流回路，成品天线不适用于飞机的问题；此外，该形式的天线也不会明显增加垂尾总重量。

Description

一种机载高频天线
技术领域
本发明涉及一种飞机天线，特别是涉及一种机载高频天线，其适用于复合材料垂尾，供飞机高频通信系统使用。
背景技术
机载高频天线作为一种机载天线在许多方面不同于其它场合应用的天线，它必须能够经受得住静态与动态机械力的作用，天线自身的尺寸形状以及飞机的尺寸和形状也对该天线的主要性能有明显而直接的影响。由于天线尺寸一般与波长成正比，而高频的波长在10米到100米之间，故机载高频天线的尺寸也是数米，无法使用一般的成品天线，需根据飞机自身情况具体设计。
传统的机载高频并馈天线是在飞机的金属蒙皮上(通常是垂尾)开槽，在槽缝的底端接馈源，构成一个并馈天线。然而，随着技术的发展，由于复合材料在重量、强度和抗疲劳性能上有诸多优点，现行研制的新型飞机在机体材料上使用了大量先进的复合材料。而复合材料在导电性能上与金属材料有极大差异，使得传统金属的高频天线设计方法已不再适用于复合材料飞机。倘若将基于复合材料垂尾前缘开缝处的部段直接更换为金属材料的话，不仅会增加许多的重量，该部段也失去了复合材料强度和抗疲劳性能上的诸多优点。因此，如何在不破坏原有垂尾气动外形与复合材料的前提下形成射频电流回路成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明针对以上现有技术中存在的问题，提供一种机载高频天线。
根据本发明的一个实施方式，一种机载高频天线，机载高频天线包括围绕复合材料垂尾的U型缝隙的边缘设置的金属层。其中，U型缝隙是垂尾的前缘翼梁的外表面上的一个U字形部分且其纵向中心线大致位于垂尾的纵向中心面上。金属层上与U型缝隙的最低处对应的位置为馈电点。金属层经由馈电点与飞机本体内的耦合器、收发机连接，而且金属层通过导电紧固件固定于前缘翼梁。
根据本发明的一个实施方式，U型缝隙和金属层位于同一块蒙皮上。
根据本发明的一个实施方式，金属层的厚度大于等于0.5mm。
根据本发明的一个实施方式，导电紧固件为铝制螺钉或采用涂铝工艺的金属螺钉。
根据本发明的一个实施方式，前缘翼梁具有光滑表面，且U型缝隙处仅由非导电材料构成。
根据本发明的一个实施方式，机载高频天线的电长度为λ/50-λ/3.2，其中，λ为高频系统的波长。
根据本发明的一个实施方式，金属层通过搭接片搭接至飞机的结构地。
根据本发明的一个实施方式，结构地是飞机机身本体的金属结构部分或者前缘翼梁。
根据本发明的一个实施方式，所述金属层以所述纵向中心面为中心左右对称设置。
根据本发明的一个实施方式，在所述纵向中心面上，从所述飞机机体的机头朝垂尾的方向看，所述U型缝隙的顶部宽度为0.12-0.18m，底部宽度为0.25-0.35m，高度为2.4-2.6m。
根据本发明的一个实施方式，沿垂直于所述纵向中心面的方向看，所述金属层的长度为2.8-3.2m，宽度为0.23-0.27m，且所述金属层的外缘距离所述U形边缘的距离为0.04-0.06m。
根据本发明的机载高频天线无需对飞机机体结构与材料进行大幅改动即可解决复合材料垂尾无法形成射频电流回路，成品天线不适用于飞机的问题；此外，该形式的天线也不会明显增加垂尾总重量。
附图说明
为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。
图1是根据本发明的一个优选实施方式的机载高频天线的工作原理图；
图2示出了图1的机载高频天线的左视图；
图3是图2的局部放大图。
图4示出了图1的机载高频天线的金属层的尺寸。
具体实施方式
接下来将参照附图详细描述本发明的适用于复合材料垂尾的机载高频天线。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围。
在本发明涉及的垂尾1中，垂尾1是由诸如玻璃纤维的复合材料构成。更为具体地，由玻璃纤维等复合材料制成的蒙皮拼接成形，并由内部支撑结构支撑以形成垂尾1。垂尾1具有符合飞行要求的气动表面。
图1是根据本发明的一个优选实施方式的机载高频天线的工作原理图；图2示出了图1的机载高频天线的左视图；图3是图2的局部放大图。如图1-3所示，本申请的机载高频天线包括围绕垂尾1的U型缝隙3的边缘设置的金属层4。其中，U型缝隙3是垂尾1的前缘翼梁2的外表面上的一个U字形部分，且其纵向中心线A-A大致位于复合材料垂尾1的纵向中心面上。参见附图2-3，其中图3是图2的C部分的放大图，机载高频天线的金属层4通过粘贴或涂覆的形式覆盖在垂尾1的前缘翼梁2上。其中，金属层4上与U型缝隙3的最低处对应的位置为馈电点5。馈电点5连接馈源，金属层4可借由搭接片最终搭接到飞机的结构地，从而构成高频天线。金属层4经由馈电点5与飞机本体内的耦合器7、收发机8连接，而且金属层4通过导电紧固件固定于前缘翼梁2。
电流从高频发射设备经由高频馈线6传递到蒙皮表面的金属层4，最后经由其末端的结构地从而构成射频电流回路，向外辐射信号。其中，高频发射设备可以由位于飞机内部的耦合器7、收发机8组成。结构地为飞机的基本结构，其表示飞机金属结构构成的零电势整体。飞机的结构地可选取飞机机身本体的金属结构部分或者前缘翼梁2。在图1的示例中，金属层4经由馈电点5，通过馈线6与耦合器7、收发机8连接从而形成射频电流回路。
在本申请中，通过构造U型的缝隙3，缝隙3可以在垂尾1两侧(对应于附图2中A-A线左右两侧)产生激励，因而可以在飞机机体表面，尤其是垂尾1表面产生感应电流，进而在垂尾1的两侧方向上均辐射信号，增大了天线的辐射范围。相较于将复合材料垂尾前缘开缝处的部段直接更换为金属材料的技术方案，由于金属层的重量远远小于上述方案的金属材料部段的重量，因而可以不会明显增加垂尾的整体质量。
由于在蒙皮的边缘处会设有紧固蒙皮的紧固件，导致蒙皮在该位置的表面形状异于其他位置。在将U型缝隙3、金属层4设置成跨越不同蒙皮时，U型缝隙3和金属层4也不可避免地与经过上述蒙皮的异形表面，由此会降低天线的辐射能力。因此，可在一优选实施例中将U型缝隙3和金属层4设置在同一块蒙皮上，由此可以保证天线取得最优异的辐射能力。
类似地，还可以通过将前缘翼梁2设成具有光滑表面的形式，具体地，避免在前缘翼梁2设置其他从蒙皮外表面突出的部件，尤其是从蒙皮外表面突出的导电部件(如金属部件)，以此保证机载高频天线具有良好的辐射性能。需要说明的是，将U型缝隙3和金属层4设置在同一蒙皮和将前缘翼梁2设成具有光滑表面的方案并不必然地只能择一地实施，二者可在同一技术方案中实现。
优选地，可将金属层4的厚度设置成大于等于0.5mm，以此保证金属层4能够承载大的发射功率，又不会导致垂尾1的整体重量明显增加。
由于缝隙3激励的电流是直接作用在金属表面的，金属层4和结构地的接触是否良好会直接关系到天线的辐射效率。因此，在一优选实施例中，可进一步将导电紧固件可设为铝制螺钉或采用涂铝工艺的金属螺钉。而采用铝制螺钉的另一优势是，铝制螺钉具有较好的刚性，且较为轻质，在满足导电性能的同时还能保证对天线的紧固强度要求，不明显增加垂尾1整体质量。
根据本发明的一个实施方式，机载高频天线的电长度为λ/50-λ/3.2，其中，λ为高频系统的波长，其表示高频系统的波在一个振动周期内传播的距离。在此情况下，机载高频天线形成为电小天线(在频率高端近似为四分之一波长天线)，并且是低剖面天线。由此可以保证天线具有较小风阻，易于与垂尾1共形。
作为一种优选的实施方式，可将金属层4设置为以垂尾的纵向中心面B为中心左右对称设置，由此，机载天线可以在垂尾的左右两侧取得相同的辐射能力。
如图3所示，在纵向中心面上，从飞机机体的机头朝垂尾的方向看，U型缝隙的顶部宽度L1为0.12-0.18m，底部宽度L2为0.25-0.35m，高度L3为2.4-2.6m。如图4所示，沿垂直于纵向中心面的方向看，金属层的长度L4为2.8-3.2m，宽度L5为0.23-0.27m，且金属层的外缘距离U形边缘的距离L6为0.04-0.06m。更优选地，L1-L6可分别取值为0.15m、0.3m、2.5m、3m、0.25m、0.05m。
本发明的机载高频天线本质上为一种裂缝天线，其在原有垂尾1上增加部分金属层4，无需对飞机机体结构与材料进行大幅改动，即可解决复合材料垂尾1无法形成射频电流回路，成品天线不适用于飞机的问题；此外，该形式的天线也明显增加垂尾1总重量。由于结构简单，本发明的机载高频天线可方便地安装于各种复合材料垂尾1。
本发明的保护范围仅由权利要求限定。得益于本发明的教导，本领域技术人员容易认识到可将本发明所公开结构的替代结构作为可行的替代实施方式，并且可将本发明所公开的实施方式进行组合以产生新的实施方式，它们同样落入所附权利要求书的范围内。

Claims (11)

1.一种机载高频天线，其特征在于，
所述机载高频天线包括围绕复合材料垂尾(1)的U型缝隙(3)的边缘设置的金属层(4)，其中，所述U型缝隙(3)是所述垂尾(1)的前缘翼梁(2)的外表面上的一个U字形部分且其纵向中心线大致位于所述垂尾(1)的纵向中心面上，所述金属层(4)上与所述U型缝隙(3)的最低处对应的位置为馈电点(5)，所述金属层(4)经由馈电点(5)与飞机本体内的耦合器(7)、收发机(8)连接，而且所述金属层(4)通过导电紧固件固定于所述前缘翼梁(2)。
2.根据权利要求1所述的机载高频天线，其特征在于，所述U型缝隙(3)和所述金属层(4)位于同一块蒙皮上。
3.根据权利要求1所述的机载高频天线，其特征在于，金属层(4)的厚度大于等于0.5mm。
4.根据权利要求1所述的机载高频天线，其特征在于，所述导电紧固件为铝制螺钉或采用涂铝工艺的金属螺钉。
5.根据权利要求1或2所述的机载高频天线，其特征在于，所述前缘翼梁(2)具有光滑表面，且所述U型缝隙(3)处仅由非导电材料构成。
6.根据权利要求1或2所述的机载高频天线，其特征在于，所述机载高频天线的电长度为λ/50-λ/3.2，其中，λ为高频系统的波长。
7.根据权利要求1所述的机载高频天线，其中，所述金属层(4)通过搭接片搭接至飞机的结构地。
8.根据权利要求7所述的机载高频天线，其特征在于，所述结构地是飞机机身本体的金属结构部分或者所述前缘翼梁(2)。
9.根据权利要求1所述的机载高频天线，其特征在于，所述金属层(4)以所述纵向中心面为中心左右对称设置。
10.根据权利要求1或9所述的机载高频天线，其特征在于，在所述纵向中心面上，从所述飞机机体的机头朝垂尾的方向看，所述U型缝隙的顶部宽度为0.12-0.18m，底部宽度为0.25-0.35m，高度为2.4-2.6m。
11.根据权利要求10所述的机载高频天线，其特征在于，沿垂直于所述纵向中心面的方向看，所述金属层的长度为2.8-3.2m，宽度为0.23-0.27m，且所述金属层的外缘距离所述U形边缘的距离为0.04-0.06m。
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