DE2521309C3

DE2521309C3 - High frequency antenna system for helicopters

Info

Publication number: DE2521309C3
Application number: DE19752521309
Authority: DE
Inventors: Richard Vincent Chelmsford Essex Thorndick (Grossbritannien)
Original assignee: Elliott Brothers London Ltd
Current assignee: Allard Way Holdings Ltd
Priority date: 1974-05-14
Filing date: 1975-05-13
Publication date: 1979-05-03
Also published as: FR2311421A1; DE2521309B2; IT1036120B; DE2521309A1; FR2311421B1; GB1447004A

Description

6565

Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenz-Antennensystem für Hubschrauber in Form einer auf der Außenseite des Hubschrauberrumpfes angeordneten Leiterschleife.The invention relates to a high-frequency antenna system for helicopters in the form of a Conductor loop arranged on the outside of the helicopter fuselage.

Bei einem bekannten Antennensystem dieser Art (Tele-Tech und Electronic Industries, August 1956, Seiten 84, 85,114, 116,117, 121) sind am Hubschrauber auf beiden Seiten der Finne hinter der Pilotenkanze¹ und unterhalb des Heckauslegers abgeglichene Halbschleifen montiert, um den Einfluß der bei bestimmten Drehzahlen des Rotors durch die Rotorblätter ausgeübten Frequenzmodulation eines empfangenen Winkelpeilsignals möglichst klein zu halten.In a known antenna system of this type (Tele-Tech and Electronic Industries, August 1956, pages 84, 85,114, 116,117, 121) ^{balanced half loops are mounted on the helicopter on both sides of the fin behind the pilot cockpit 1} and below the tail boom to prevent the influence of the at certain speeds of the rotor by the rotor blades applied frequency modulation of a received angle bearing signal to keep as small as possible.

Diese Halbschleifen werden von Drahtantennen gebildet Sie leiden somit unter den gleichen Nachteilen wie andere bekannte Drahtantennen, bei denen beispielsweise ein Draht zur Vergrößerung seiner Länge zickzackförmig längs des Flugzeugrumpfes verlegt und an seinem einen Ende gespeist ist, während sein anderes Ende zur Verbesserung der Kopplung über einen Teil des Frequenzbereiches mit dem Rumpf elektrisch leitend verbunden ist Der Draht liefert wenn sein Ende offen ist, eine E-Feld-Erregung und, wenn er an dem vom Speisepunkt entferntliegenden Ende mit dem Flugzeugrumpf elektrisch leitend verbunden ist, eine H-Feld-Erregung.These half-loops are formed by wire antennas. They therefore suffer from the same disadvantages like other known wire antennas, in which, for example, a wire to enlarge its Length zigzag laid along the fuselage and fed at one end, while its other end to improve coupling over part of the frequency range with the fuselage is electrically connected. The wire delivers an E-field excitation when its end is open and, when it is electrically connected to the fuselage at the end remote from the feed point, an H-field excitation.

Solche Drahtantennen leiden neben einer geringen effektiven Höhe und einer relativ geringen Wirksamkeit vor allem unter mechanischen Problemen. So schwingen sie sehr leicht in Resonanz mit den Rotoren, was zu einer Modulation des übertragenen Signals führt. Darüberhinaus können sie aufgrund der besonderen Einsatzbedingungen von Hubschraubern sehr leicht beschädigt werden.Such wire antennas suffer in addition to a low effective height and a relatively low efficiency especially under mechanical problems. So swing they very easily resonate with the rotors, which leads to a modulation of the transmitted signal. In addition, they can be very easily due to the special operating conditions of helicopters to be damaged.

Weiterhin ist es bekannt (Proceedings of the IEEE, Juli 1952, Teil 3, Nr. 60, Seiten 197 bis 210) bei Flugzeugen sogenannte Kerbantennen vorzusehen. Hierbei werden dadurch halbe, gegebenenfalls gefaltete Dipole mit Gegengewicht gebildet, daß man bestimmte Teile des als überwiegend metallisch vorausgesetzten Flugzeuges, deren geometrische Abmessung in etwa gleich einem Viertel der maximalen Arbeitswellenlänge ist, vom übrigen Flugzeug durch eine sogenannte Isolationskerbe elektrisch weitgehend isoliert. Allerdings können solche Isolationskerben nur an mechanisch relativ schwach belasteten Flugzeugteilen vorgesehen werden, da sie die Stabilität des Flugzeugkörpers im betreffenden Bereich erheblich vermindern.It is also known (Proceedings of the IEEE, July 1952, Part 3, No. 60, pages 197 to 210) To provide so-called notch antennas for aircraft. This results in half, possibly folded Dipoles are formed with a counterweight that certain parts of what are assumed to be predominantly metallic Aircraft, the geometric dimension of which is approximately equal to a quarter of the maximum working wavelength is largely electrically isolated from the rest of the aircraft by a so-called isolation notch. However such insulation notches can only be provided on aircraft parts that are mechanically relatively lightly stressed as they significantly reduce the stability of the aircraft body in the relevant area.

Für Hubschrauber ist aus diesem Grund die Verwendung von Kerbantennen praktisch ausgeschlossen, da es bei ihnen im allgemeinen keine hinreichend große, gering belastete und dadurch mit vernünftigem Versteifungsaufwand isolierbare Teile gibt. Durch die vom Heckrotor ausgeübten Kräfte wird nämlich beispielsweise der Heckausleger eines Hubschraubers weit mehr belastet als das Seitenleitwerk eines Starrflügel-Flugzeuges, so daß eine Isolationskerbe eine so extreme Versteifung des Bereiches erfordern würde, in welchem der Faltdipol elektrisch mit seinem Gegengewicht verbunden ist, daß das sowieso relativ geringe Zuladegewicht für Nutzlasten in untragbarer Weise verringert würde.For this reason, the use of notch antennas is practically impossible for helicopters. since they generally do not have a sufficiently large, slightly burdened and therefore reasonable There are stiffening parts that can be isolated. Because of the forces exerted by the tail rotor For example, the tail boom of a helicopter is much more stressed than the rudder unit of a helicopter Fixed-wing aircraft, so that an isolation notch would require such extreme stiffening of the area, in which the folded dipole is electrically connected to its counterweight, that is relative anyway low payload weight would be intolerably reduced.

Soweit bei solchen bekannten Kerbantennen an der Außenseite von Flugzeugen angeordnete »Leiterschleifen« zum Einsatz kommen, bestehen diese «Schleifen« aus einem in der Nähe der Antennen-Abstimmeinheit aus dem Flugzeugkörper ins Freie austretenden und von diesem Austrittspunkt zum Speisepunkt des Antennendipols gespannten Zuführungsdraht sowie den vom Speisepunkt zum Austrittspunkt zurückführenden Tei-As far as "conductor loops" arranged on the outside of aircraft in such known notch antennas are used, these "loops" consist of one near the antenna tuning unit exiting from the aircraft body into the open air and from this exit point to the feed point of the antenna dipole tensioned feed wire as well as the part leading back from the feed point to the exit point

len des Flugzeugkörpers. Diese »Schleife« bildet aber nicht die Hochfrequenzantenne sondern hat mit ihr nur das zwischen dem Speisepunkt und dem als Masse dienenden Flugzeugkörper-Hauptteil liegende Stück des Dipols gemeinsam. Insbesondere der frei gespannte Zuführungsdraht gehört nicht zur Antenne, weist aber dasselbe Beschädigungsrisiko wie echte Drahtantennen auf. Es wird daher gemäß dem Stand der Technik (Proceedings of the IEEE, Juli 1952, Teil 111, Nr. 60, Seiten 197 bis 210) angestrebt, einen solchen Zuführungsdraht innerhalb des Flugzeugkörpers an den Speisepunkt der Dipolantenne heranzuführen, wozu aber eine die Stabilität beeinträchtigende Einbettung in einen großen dielektrischen Bereich des Flugzeugkörpers erforderlich ist, so daß diese gemäß dem Stand der Technik für Starrflügelflugzeuge verwendeten Maßnahmen auf Hubschrauber nicht übertragbar sind.len of the aircraft body. But this "loop" forms not the high-frequency antenna but with it only has that between the feed point and the ground serving aircraft body main part lying piece of the dipole in common. In particular the freely stretched one Feeder wire is not part of the antenna, but has the same risk of damage as real wire antennas on. It is therefore according to the prior art (Proceedings of the IEEE, July 1952, Part 111, No. 60, Pages 197 to 210) aimed at such a feed wire within the aircraft body to the feed point of the dipole antenna, including but embedding in a large dielectric area of the aircraft body, which impairs the stability is required so that these measures used in accordance with the prior art for fixed-wing aircraft are not transferable to helicopters.

Demgegenüber liegt der Erfindung dir Aufgabe zugrunde, ein Hochfrequenz-Antennensystem der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, daß bei minimalen Beschädigungsrisiko ohne Stabilitätsverringerungen irgenwelcher Flugzeugteile in einen Hubschrauber eingebaut werden kann.In contrast, the invention is based on the object of providing a high-frequency antenna system of the initially mentioned to create described type that with minimal risk of damage without any reduction in stability Aircraft parts can be built into a helicopter.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe in der Weise gelöst, daß die Leiterschleife dadurch gebildet ist, daß in einem Bereich, in dem eine konstruktiv ohnehin vorhandene abrupte Änderung des Querschnittes des Hubschraubers vorhanden ist, ein diesen Bereich brückenförmig überspannender, an seinem einen Ende gespeister und an seinem anderen Ende elektrisch mit dem Hubschrauberrumpf verbundener, starrer, gekrümmter Leiterbügel vorgesehen ist.According to the invention, this object is achieved in such a way that the conductor loop is formed by that in an area in which an abrupt change in the cross-section of the Helicopter is present, a bridge-shaped spanning this area, at one end fed and at its other end electrically connected to the helicopter fuselage, more rigid, more curved Ladder bracket is provided.

Dieser Leiterbügel fügt sich mit den ihm gegenüberliegenden, leitenden Teilen des Hubschraubers zu einer geometrisch geschlossenen, elektrisch nur am Speisepunkt offenen Antennenschleife zusammen. Die gekrümmte Form des Bügels bewirkt gemeinsam mit der abrupten Querschnittsänderung des Hubschrauberrumpfes, daß die Schleife bei minimaler Umfangslänge eine möglichst große Fläche umschließt. Eine möglichst große umschlossene Fläche ist wegen der hiermit verbundenen großen Effektivität der Antenne wünschenswert, während eine möglichst kleine Umfangslänge zur Erzielung einer möglichst kleinen Impedanz angestrebt wird. Hierbei ist die Starrheit des Leiterbügels von besonderer Bedeutung, weil sie eine gekrümmte, formstabile Ausführung des Leiterbügels ermöglicht und somit sicherstellt, daß die von der Antennenschleife umschlossene Fläche möglichst nahe an die ideale Kreisform herankommt.This ladder bracket joins the conductive parts of the helicopter opposite it to form one geometrically closed antenna loop that is only electrically open at the feed point. The curved one The shape of the bracket, together with the abrupt change in cross-section of the helicopter fuselage, that the loop encloses as large an area as possible with the minimum circumferential length. One if possible large enclosed area is desirable because of the associated great effectiveness of the antenna, while the smallest possible circumferential length to achieve the smallest possible impedance is strived for. Here, the rigidity of the ladder bracket is of particular importance because it has a curved, allows dimensionally stable execution of the ladder bracket and thus ensures that the antenna loop enclosed area comes as close as possible to the ideal circular shape.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Antennensystems liegt darin, daß der starre Leiterbügel im Vergleich zu sonstigen, nicht in der Außenhaut des Flugzeugkörpers verlaufenden Antennen, d. h. insbesondere im Vergleich zu Drahtantennen eine wesentlich geringere Neigung zeigt, mit den Rotorblättern in Resonanz zu schwingen und so unerwünschte Modulationserscheinungen des übertragenen Hochfrequenzsignals zu verursachen.A particular advantage of the high-frequency antenna system according to the invention is that the rigid ladder bracket compared to others that do not run in the outer skin of the aircraft body Antennas, d. H. especially compared to wire antennas shows a much lower tendency with the Rotor blades vibrate in resonance and thus undesirable modulation phenomena of the transmitted Causing high frequency signal.

Zwar sind bei den in den Proceedings of the IEEE, Juli 1952, Teil III, Nr. 60, Seiten 197 bis 210 beschriebenen Kerbantennen die Zuführungsdrähte zu den Dipolantennen teilweise ebenfalls über abrupte Änderungen des Querschnitts des Flugzeugkörpers hinweg ausgespannt, doch handelt es sich, wie oben bereits ausgeführt, bei diesen Zurührüiigsurähten nicht um Antennenteile. Insbesondere ist das wesentliche Merkmal der Erfindung, einen gekrümmten Leiterbügei mit den an eine abrupte Querschnittsänderung eines Hubschrauberrumpfes angrenzenden Flugzeugteilen zu einer mechanisch geschlossenen und nur am Speisungsende elektrisch offenen Schleifantenne zusammenzufügen, aus dieser Druckschrift nicht entnehmbar.It is true that in the Proceedings of the IEEE, July 1952, Part III, No. 60, pages 197 to 210 described the feed wires to the dipole antennas partially also stretched over abrupt changes in the cross-section of the aircraft body, however, as already stated above, these accessory seams are not antenna parts. In particular, the essential feature of the invention is a curved conductor bow with the to one abrupt change in cross-section of a helicopter fuselage adjacent aircraft parts to a mechanical one to assemble closed loop antennae that are only electrically open at the end of the supply, cannot be taken from this publication.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen niedergelegtAdvantageous further developments of the subject matter of the invention are laid down in the subclaims

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigtThe invention is described below, for example, with reference to the drawing; in this shows

Fig. 1, 2 und 3 Hochfrequenz-Antennensysteme, die an drei verschiedenen üblichen Hubschraubertypen angebracht sind,Figs. 1, 2 and 3 high frequency antenna systems, the are attached to three different common types of helicopters,

F i g. 4 eine allgemeine Ansicht, die mehr im Detail ein Hochfrequenz-Antennensystem gemäß der Erfindung darstellt, undF i g. Figure 4 is a general view showing in more detail a radio frequency antenna system according to the invention represents, and

Fig.5 ein Schnittdiagramm, das die Vorrichtungen zur Speisung dieses Hochfrequenz-Antennensystems zeigtFig.5 is a sectional diagram showing the devices for feeding this high-frequency antenna system shows

Gemäß den Fig. 1 bis 4 besteht ein Hochfrequenz-Antennensystem aus einem Leiterbügel 1, der über einer Querschnittsveränderung 2 eines Hubschrauberrumpfes angebracht ist. Im dargestellten Fall wird die Querschnittsveränderung an der Verbindungsstelle zwischen Heckauslegerteil und Hauptteil des Hubschrauberrumpfes benutzt. Idealerweise sollte die Querschnittsänderung einen rechten Winkel ergeben, doch ist dieser Wert nicht kritisch. Querschnittsänderungen mit einem größeren oder kleineren als einem rechten Winkel können zu zufriedenstellenden Ergebnissen führen, wie dies auch bei der dargestellten Anordnung der Fall ist.According to FIGS. 1 to 4, there is a high frequency antenna system from a ladder bracket 1, which over a cross-section change 2 of a helicopter fuselage is appropriate. In the case shown, the change in cross-section at the junction between the tail boom part and the main part of the helicopter fuselage used. Ideally, the change in cross-section should result in a right angle, but it is Value not critical. Changes in cross-section with a larger or smaller than a right angle can lead to satisfactory results, as is also the case with the arrangement shown.

Der Leiterbügel 1 ist starr und wird von einem Hohlkörperteil aus Aluminium gebildet. Das eine Ende 3 des Leiterbügels ist mechanisch und elektrisch mit dem Heckauslegerteil des Hubschraubers verbunden. Das andere Ende 4 des Leiterbügels ist vom Haupiteil des Rumpfes isoliert und zur Speisung mit einer Antennen-Abstimmeinheit 6 verbunden, die im Inneren des Hubschrauberrumpfes liegt und durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist.The ladder bracket 1 is rigid and is formed by a hollow body part made of aluminum. One end 3 of the ladder bracket is mechanically and electrically connected to the tail boom part of the helicopter. That the other end 4 of the ladder bracket is isolated from the main part of the fuselage and for feeding with an antenna tuning unit 6 connected, which lies inside the helicopter fuselage and is indicated by a dashed line Line is shown.

Die Querschnittsabmessungen an dem Ende 3 des Leiterbügels 1, das mit dem Heckauslegerteil verbunden ist, sind möglichst stark vergrößert, um eine wirksame Kopplung zwischen diesem Ende 3 des Leiterbügels 1 und dem Heckauslegerteil zu erzielen. Das andere Ende 4 des Leiterbügels 1 hat dadurch, daß dieser sich verjüngt, verringerte Querschnittsabmessungen, um die Verlustkapazität zu verkleinern. Die Querschnittsabmessungen des Leiterbügels können empirisch ermittelt werden, um eine optimale Kopplungs-Wirksamkeit zu erzielen; in vielen Fällen ist es aber möglich, einen gewissen Grad an Kopplungs-Wirksamkeit zu opfern, um zu einer günstigeren Stromlinienform zu kommen.The cross-sectional dimensions at the end 3 of the ladder bracket 1, which is connected to the tail boom part is, are enlarged as much as possible in order to achieve an effective coupling between this end 3 of the conductor bracket 1 and the tail boom part. The other end 4 of the ladder bracket 1 has the fact that this is tapered, reduced cross-sectional dimensions in order to reduce the loss capacity. The cross-sectional dimensions of the ladder bracket can be determined empirically in order to achieve optimal coupling effectiveness achieve; in many cases, however, it is possible to sacrifice a certain degree of coupling effectiveness, to get a more favorable streamline shape.

Die Länge des Leiterbügels 1 ist nicht kritisch. In den abgebildeten Beispielen ist sie ungefähr gleich 1,20 m. In der Praxis ist die so gebildete Antennenschleife genügend klein, um außerhalb der Resonanz zu arbeiten. Beispielweise liegt die Resonanzfrequenz der Schleife oberhalb von 30 MHz, wenn das Arbeitsfrequenzband von 2 MHz bis 30 MHz reicht.The length of the ladder bracket 1 is not critical. In the examples shown, it is approximately 1.20 m. In In practice, the antenna loop formed in this way is sufficiently small to work outside of resonance. For example, the resonance frequency of the loop is above 30 MHz when the working frequency band ranges from 2 MHz to 30 MHz.

Um die Kopplung zwischen dem Ende 3 des Leiterbügels 1 und dem Heckausleger zu verbessern, ist ein Plattenelement 7 vorgesehen, das mechanisch und elektrisch sowohl mit dem Heckausleger als auch mit einem Teilstück des Leiterbügels 1 verbunden ist, das an das Ende 3 angrenzt.In order to improve the coupling between the end 3 of the ladder bracket 1 and the tail boom a plate element 7 is provided, which mechanically and electrically both with the tail boom and with a portion of the ladder bracket 1 is connected, which is adjacent to the end 3.

Entsprechend den F i g. 4 und 5 kann das Ende 4 durch eine gepreßte Isolatorbuchse 8 hindtirchtreten. Das verjüngte Ende 4 des Leiierbiigels hai ein kufies Siück SAccording to the F i g. 4 and 5, the end 4 can pass through a pressed insulator bush 8. That rejuvenated end 4 of the lyre bar hai a kufies Siück S

mit konstanten Querschnittsabmessungen, das so angeordnet ist, daß es in der gepreßten Isolatorbuchse 8 gleiten kann, !im Biegebewegungen des Hubschrauberkörpers Rechnung zu tragen. Die Verbindung des Endes 4 des Leiterbügels 1 mit der Antennen-Abstimmeinheit 6 wird durch ein Kabel 10 hergestellt.with constant cross-sectional dimensions, which is arranged so that it is in the pressed insulator sleeve 8 can slide! in bending movements of the helicopter body To take into account. The connection of the end 4 of the ladder bracket 1 with the antenna tuning unit 6 is made by a cable 10.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. High frequency antenna system for helicopters in the form of a on the outside of the Helicopter fuselage arranged conductor loop, characterized in that the conductor loop is formed in that in an area in which a structurally already existing abrupt There is a change in the cross-section of the helicopter fuselage, this area is bridge-shaped spanning, fed at one end (4) and electrically connected to the other end (3) Helicopter fuselage connected, rigid, curved ladder bracket (1) is provided

2. High-frequency antenna system according to spoke 1, characterized in that the outer walls of the two body parts adjoining the change in cross section form an angle with one another of 90 °.

3. High-frequency antenna system according to spoke 1 or 2, characterized in that the Ladder bracket (1) the connection area between the tail boom section and the main fuselage section of the helicopter overstretched

4. High-frequency antenna system according to one of the preceding claims, characterized in that that the ladder bracket (1) is streamlined

5. High-frequency antenna system according to one of the preceding claims, characterized in that that a conductive plate element (7) is connected to a part of the ladder bracket (1) which is attached to the electrically connected to the helicopter fuselage end (3) adjoins, this plate element (7) extends along and in electrical communication with the helicopter fuselage.

6. High frequency antenna system according to one of the preceding claims, characterized in that that the end (4) of the ladder bracket (1), which is used for supply, through an insulating Socket (8) extends in the helicopter fuselage and is connected to an antenna tuning unit (6).

7. High-frequency antenna system according to claim 6, characterized in that the connection to the antenna tuning unit (6) through a cable (10).

8. High-frequency antenna system according to claim 6 or 7, characterized in that the Part of the ladder bracket (1) which passes through the insulating socket (8) is arranged so that it is in this bushing (8) slides to accommodate bending movements of the helicopter fuselage.

9. High-frequency antenna system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the Cross-sectional dimensions of the ladder bracket (1) grow towards the end (3) that is connected to the Helicopter fuselage is connected, while the ladder bracket (1) extends in the direction of the end (4) rejuvenates at which it is fed.

10. High-frequency antenna system according to one of claims 1 to 9, characterized in that the length of the ladder bracket (1) is so short that the antenna works below resonance.