CN113871857B - 机载高频裂隙天线和包括该机载高频裂隙天线的飞机 - Google Patents

Abstract

一种机载高频裂隙天线具有至少一个L形缝隙，该L形缝隙包括长边和短边。其中，在L形缝隙的长边和短边之间相连接的部位处开设有缺口部，从而增加L形缝隙的边缘长度。这一结构的机载高频裂隙天线可提高天线的辐射效率。还涉及一种包括该机载高频裂隙天线的飞机。

Description

机载高频裂隙天线和包括该机载高频裂隙天线的飞机

技术领域

本发明属于电子技术领域，特别地，本发明涉及一种可适用于民用飞机的高频裂隙天线。

背景技术

在诸如民用飞机之类的飞机上，安装有高频天线，用于飞机与飞机之间以及飞机与地面基站之间的远距离通信。飞机通信用的工作频率通常在2～30MHz的范围内。天线的设置除了非要满足通信要求之外，还要与飞机的尺寸形状等相适应。

现有的机载隐蔽式天线主要有缺口天线、回线天线、套筒天线、裂隙天线等。其中，缺口天线是在通常由金属制成的机身上切开一个缺口，并对该缺口馈以高频能量以激励整个机体而形成天线。在缺口天线的情形中，对缺口的设置位置有较多限制，例如需要在机身的非受力位置上设置缺口等，而且，缺口天线不能用于复合材料机身的飞机。

裂隙天线是在导体面上开缝而形成的天线，通常安装在飞机的垂尾前缘，当飞机垂尾蒙皮为金属材料时，在裂隙天线的缝隙中填充介质材料，馈线跨接在缝隙的两长边上，使高频电流沿着两长边流动而构成回路，进而激励电磁能量辐射。裂隙天线具有低剖面、易于集成化等特性，能够齐平安装在飞机机体上，实现平滑、零阻力，保持飞机的外形，从而避免对飞机机体造成额外的气动阻力和机械载荷。

裂隙天线由于安装在垂尾的前缘，因此易受风雨、沙尘等腐蚀的影响，而且，在侧风较强或飞机横向飞行姿态改变较剧烈时会受垂尾变形的影响。

图1示出了一种已有的裂隙天线的展开的平面图，该裂隙天线1上开设有两个L形缝隙，即第一L形缝隙2和第二L形缝隙3，这两个L形缝隙配合在一起，形成U形缝隙。在安装时，将该裂隙天线1对折并贴附到飞机的垂尾5前缘，如图2所示的。这样，第一和第二L形缝隙2、3互相之间的连接部4在垂尾的前缘形成缺口，而连接在L形缝隙的各自的长边2-1、3-1上的馈线(未示出)形成沿着长边的回路。

对于此种裂隙天线来说，在低频段，由于频率较低，电磁波的波长也较长。而与该较长的波长相比较而言，通常安装在垂尾的高频天线的尺寸要小得多，因而天线的辐射效率较低，在低频段范围中尤其如此。进而，在低频段(例如2MHz的频率下)范围中，天线的辐射能力变差。虽然增加天线尺寸能够提升辐射性能，但由于垂尾的尺寸限制，尺寸增加的余地有限。

因此，对于现有的飞机天线，仍存在进一步改进的需求，以提高天线的辐射效率，特别是天线在低频段的辐射效率。

发明内容

本发明是为了解决以上所述现有技术所存在的问题而做出的。本发明的目的是提供一种具有改进结构的用于飞机的裂隙天线，其可有效地降低天线谐振频率，增加低频段输入阻抗实部，从而可有效地提高该裂隙天线在低频段的辐射效率。

本发明的机载高频裂隙天线具有至少一个L形缝隙，L形缝隙包括长边和短边。其中，在L形缝隙的长边和短边之间相连接的部位处开设有缺口部，从而增加所述L形缝隙的边缘长度。进一步地，该缺口部具有相对于机载高频裂隙天线的中心轴线倾斜的缺口部边长，以实现边缘长度的增加。。

在如上所述的机载高频裂隙天线的结构中，通过缺口部的设置，可增加L形缝隙的边缘的长度，从而可有效地降低天线的谐振频率，从而可增加天线在低频段的输入阻抗实部，进而提高天线的辐射效率，还可降低飞机尾翼后向辐射场零深。

较佳地，缺口部边长的长度在机载高频裂隙天线所适用的最小波长的1％～5％的范围中。该长度范围可有效地平衡机载高频裂隙天线所安装位置的尺寸限制和提高辐射效率这两个在天线设计时的考虑因素。

较佳地，L形缝隙仅包括一个缺口部。

较佳地，L形缝隙的短边的短边底边与中心轴线形成底边夹角，底边夹角的范围是大于30°和小于等于90°。

较佳地，L形缝隙包括多个直角部位，其中，多个直角部位中的至少一个经过倒角或倒圆处理。通过对直角部位进行倒角或倒圆，可减少在该直角部位处的电荷集中，进一步改善该高频裂隙天线的辐射方向图，减少增益波动而这可增加天线的后向增益。

较佳地，包括两个L形缝隙，这两个L形缝隙关于中心轴线相对于彼此呈对称形状，且这两个L形缝隙的短边互相连接。由此，在展开的机载高频裂隙天线上可呈现出大致U形的缝隙图案。

还涉及一种飞机，该飞机包括如上所述的机载高频裂隙天线。

较佳地，在该飞机上，机载高频裂隙天线安装在飞机的垂尾前缘上。

附图说明

附图中示出了本发明的非限制性的较佳实施结构，结合附图，可使本发明的特征和优点更加明显。其中：

图1示出了现有技术的机载高频裂隙天线的平面图。

图2示意性地示出了安装了图1所示的机载高频裂隙天线的飞机垂尾的视图。

图3示出了本发明的机载高频裂隙天线的平面图。

(符号说明)

1 高频裂隙天线(现有技术)

2 第一L形缝隙(现有技术)

3 第二L形缝隙(现有技术)

2-1 第一L形缝隙的长边(现有技术)

3-1 第二L形缝隙的长边(现有技术)

4 连接部(现有技术)

5 垂尾(现有技术)

10 高频裂隙天线

20 L形缝隙

21 L形缝隙的长边

22 L形缝隙的短边

23 缺口部

24 缺口部边长

25 短边底边

30 直角部位

C 中心轴线

A 底边夹角

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当了解，附图中所示的仅仅是本发明的较佳实施例，其并不构成对本发明的范围的限制。本领域的技术人员可以在附图所示的实施例的基础上对本发明进行各种显而易见的修改、变型、等效替换，这些都落在本发明的保护范围之内。

受到具体的工艺条件的影响，例如受到飞机垂尾尺寸的限制。因此，在设计设置在飞机的垂尾前缘上的高频裂隙天线10时，通常有以下的步骤：

首先，根据飞机垂尾的结构和尺寸设计高频裂隙天线10的外形的最大尺寸；

然后，在确定了尺寸的高频裂隙天线10上设计优选为L形缝隙的宽度；

接着，结合高频裂隙天线10的整体尺寸，并考虑其它因素，例如飞机的防鸟撞要求等，确定L形缝隙的整体最大尺寸；

最后，对L形缝隙的具体形状进行进一步优化，该优化过程可结合例如计算机仿真计算等方式来进行。

在本申请中，通过对高频裂隙天线10的结构的优化设计，发现了有利于提高天线的辐射效率的改进结构，尤其涉及高频裂隙天线10的L形缝隙20形状的改进。

图3示出了经改进的本申请的高频裂隙天线10的展开平面图。该高频裂隙天线10通常由薄金属板制成，且较佳地为矩形的形状。矩形薄金属板形式的高频裂隙天线10具有中心轴线C，在中心轴线C的两侧较佳地呈对称地设置有两个L形缝隙20。L形缝隙20包括长边21和短边22，如图3中所示的，长边21即L形的大致沿着高频裂隙天线10的纵向(或者说沿着中形轴线C的方向)延伸的那条边，而短边则是L形的与该纵向大致正交的那条边。两个L形缝隙20的两个短边22互相连接在一起，从而在展开的高频裂隙天线10上呈大致U形的形状，如图所示。而如上所述的，在将高频裂隙天线10安装到飞机的例如垂尾(未示出)上时，该高频裂隙天线10大致被对折，其中心轴线C两侧的部分分别贴附到飞机垂尾的两侧上，从而当从垂尾的任意一侧看到的将是大致L形的缝隙。

当然，以上所述的相对于中心轴线C对称设置的两个L形缝隙20是较佳的结构，只包括一个L形缝隙20的高频裂隙天线10也在本发明的范围之中。

在本申请的高频裂隙天线10中，在L形缝隙20的长边21和短边22之间相连接的部位处额外地开设缺口部23，该缺口部23在长边21和短边22相接的位置处增加了L形缝隙20的边缘长度。在图中所示的具体结构中，该缺口部23具有位于L形缝隙20外侧的缺口部边长24。此处，所谓的“外侧”和与之相对的“内侧”是以高频裂隙天线10的中心轴线C为参考基准，靠近该中心轴线的为内侧，远离该中心轴线的为外侧。并且，该缺口部边长24相对于中心轴线C倾斜、进而也相对于L形缝隙20的长边21倾斜，以实现对L形缝隙20的边缘长度的增加。

对于带有L形缝隙的高频天线，本申请的发明人注意到，在该高频天线上的高频电流主要集中在L形缝隙20的边缘上。而在以上所述的L形缝隙的结构中，通过在L形缝隙20上设置缺口部23，能够增加该L形缝隙20边缘的长度，进而能够增加高频电流的路径长度，这相当于增加了天线的尺寸。因此，高频裂隙天线10的辐射性能能够通过设置以上所述的缺口部23而得到提升。另外，缺口部23的缺口部边长24相对于中心轴线C倾斜，可至少部分地增加L形缝隙20的缝隙宽度，有助于提高高频裂隙天线10的辐射效率。

对于每一个L形缝隙20来说，在其长边21和短边22相交的部位处仅设置一个所述的缺口部23。

较佳地，该缺口部23的缺口部边长24的长度被设置成天线的最小波长的1％～5％的范围。将缺口部边长24的长度设置在该长度范围中，可在高频裂隙天线10的尺寸限制和辐射性能的提升之间获得较好的平衡。

进一步较佳地，在本申请中，L形缝隙20的短边22的短边底边25被设置成与高频裂隙天线10的中心轴线C形成底边夹角A。较佳地，该底边夹角A的范围是大于30°，并且最大可达90°，即大于30°且小于等于90°。

本申请的发明人注意到，在包括L形缝隙的高频裂隙天线中，在L形缝隙的直角部位(例如L形的长边21和短边22相连接的部位处)会发生电荷集中，而电荷集中会对天线的辐射方向图等性能参数产生影响。在本申请中，如上所述的，在长边21和短边22相连接的部位处开设缺口部23，可增加L形缝隙的边缘的长度，从而可有效地降低天线的谐振频率，从而可增加该高频裂隙天线10在低频段的输入阻抗实部，进而提高天线的辐射效率，还可降低飞机尾翼后向辐射场零深。进一步地。如图3所示的，在本申请的L形缝隙20上仍包括多个直角部位30。作为较佳的结构，这些直角部位30中的至少一个被进行倒角或倒圆的处理。通过对这些直角部位30的至少一个进行倒角或倒圆处理，可以减少甚至消除在该直角部位30处的电荷集中，从而进一步地有助于改进天线的整体性能，例如有效地改善该高频裂隙天线10的辐射方向图，由此减少增益波动。

通过上述结构的高频裂隙天线10，特别是通过在高频裂隙天线10的L形缝隙20上设置所述的缺口部23，

以上对本申请的高频裂隙天线10、特别是其上的改进的L形缝隙20结构来进行了描述。通过缺口部23的设置，增加L形缝隙20的边缘长度。在一个具体的示例中，L形缝隙20的边缘长度可增加约11.25％，这对应于天线的整体电尺寸增加了5.6％。因此，本申请的改进的高频裂隙天线10可有效地降低天线的谐振频率，从而可增加天线在低频段的输入阻抗实部，进而提高天线的辐射效率，还可降低飞机尾翼后向辐射场零深。

该高频裂隙天线10主要是被安装在飞机上，优选地是在飞机的垂尾上。但该高频裂隙天线10也可安装在飞机的其它合适的位置上，进而也可应用在其它的应用场合，这同样在本发明的范围之中。

Claims (9)

1.一种机载高频裂隙天线，所述机载高频裂隙天线安装在民用飞机上，所述机载高频裂隙天线具有至少一个L形缝隙，所述L形缝隙包括长边和短边，其特征在于，在所述L形缝隙的所述长边和所述短边之间相连接的部位处开设有缺口部，从而增加所述L形缝隙的边缘长度，由此降低所述机载高频裂隙天线的谐振频率。

2.如权利要求1所述机载高频裂隙天线，其特征在于，所述缺口部具有位于所述L形缝隙的外侧的相对于所述机载高频裂隙天线的中心纵轴线倾斜的缺口部边长。

3.如权利要求1所述的机载高频裂隙天线，其特征在于，所述缺口部边长的长度在所述机载高频裂隙天线所适用的最小波长的1％～5％的范围中。

4.如权利要求1所述的机载高频裂隙天线，其特征在于，所述L形缝隙仅包括一个所述缺口部。

5.如权利要求2所述的机载高频裂隙天线，其特征在于，所述L形缝隙的所述短边的短边底边与所述中心纵轴线形成底边夹角，所述底边夹角的范围是大于30°和小于等于90°。

6.如权利要求1所述的机载高频裂隙天线，其特征在于，所述L形缝隙包括多个直角部位，其中，所述多个直角部位中的至少一个经过倒角或倒圆处理。

7.如权利要求2所述的机载高频裂隙天线，其特征在于，包括两个所述L形缝隙，这两个所述L形缝隙关于所述中心纵轴线相对于彼此呈对称形状，且这两个所述L形缝隙的所述短边互相连接。

8.一种飞机，其特征在于，所述飞机包括如权利要求1～7中任一项所述的机载高频裂隙天线。

9.如权利要求8所述飞机，其特征在于，所述机载高频裂隙天线安装在所述飞机的垂尾前缘上。