DE3738706A1

DE3738706A1 - Antenna arrangement for aircraft

Info

Publication number: DE3738706A1
Application number: DE19873738706
Authority: DE
Inventors: Gerhard Prof Dr Moenich
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1987-11-14
Filing date: 1987-11-14
Publication date: 1989-05-24
Anticipated expiration: 2007-11-15
Also published as: DE3738706C2

Abstract

A magnetic dipole which is arranged between and underneath the tail surfaces and consists of a plurality of frame antennas which are interconnected in-phase and have a common frame plane at right angles to the aircraft longitudinal axis is proposed for the region of the aircraft tail for an antenna arrangement on aircraft. For the region of the aircraft nose, an arrangement is proposed which consists of a ring antenna with a plurality of supply points (which are coupled-out in-phase) or of a plurality of frame antennas which are arranged in annular form and are combined in-phase. Each of these produces a virtually undisturbed antenna polar diagram which covers virtually the entire environment with the exception of the region on the aircraft longitudinal axis. The combination of in each case one antenna of the proposed type in the fuselage tail and in the fuselage nose with a direction-finding receiver using phase-difference evaluation to form an interferometer direction-finding system is particularly advantageous.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung für Flug zeuge.The invention relates to an antenna arrangement for flight witness.

Antennen für Flugzeuge unterliegen starken Einschränkungen der Bauart und Anordnung, da das Strömungsprofil des Flug zeugs durch die Antennen nicht nennenswert beeinträchtigt werden darf. Eine nur einen kleinen Winkelbereich in Flug richtung abdeckende Bordradarantenne kann beispielsweise in kompakter Bauweise hinter einem dielektrischen Radom in der Flugzeugnase untergebracht werden. Für Antennen mit anderer Blickrichtung und größerem Erfassungswinkel, insbesondere für Peilantennen ergeben sich bei strömungsgünstiger An ordnung der Antennen häufig erhebliche Störungen durch den metallischen Flugzeugkörper, die bei Peilanordnungen zu erheblichen Peilfehlern führen.Aircraft antennas are severely restricted the type and arrangement, since the flow profile of the flight not significantly affected by the antennas may be. Just a small angular range in flight Direction covering on-board radar antenna can for example in compact design behind a dielectric radome in the Airplane nose are housed. For antennas with others Viewing direction and larger detection angle, in particular for DF antennas with aerodynamically favorable An order of the antennas often considerable interference from the metallic aircraft body used in direction finders cause significant DF errors.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Antennenanordnung für Flugzeuge anzugeben, welche ein weitgehend ungestörtes Diagramm aufweist.It is therefore an object of the invention to provide an antenna arrangement to indicate for aircraft which is a largely undisturbed Has diagram.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung.The invention is described in claim 1. The Subclaims contain advantageous designs and Developments of the invention.

Magnetische Elementardipol-Antennen sind rahmenartige Antennen mit gegenüber der Betriebswellenlänge kleinen Abmessungen.Magnetic elementary dipole antennas are frame-like Antennas with small compared to the operating wavelength Dimensions.

Die erfindungsgemäßen Antennenanordnungen weisen jeweils ein Antennendiagramm mit einer Nullstelle in Richtung des Flugzeugrumpfs auf, so daß dieser keinen störenden Einfluß auf das Diagramm ausübt, während der gesamte übrige Winkel bereich von den Antennen erfaßt wird. Besonders vorteilhaft ist, eine Antennenanordnung am Rumpfheck und eine an der Flugzeugnase mit einem Empfänger zu einem Interferometer- Peilsystem zu kombinieren. Hierdurch können ungestörte Diagramme und hohe Peilgenauigkeit durch größtmögliche Basis auf besonders vorteilhafte Weise vereint werden.The antenna arrangements according to the invention each have an antenna diagram with a zero in the direction of Aircraft fuselage on, so that this has no disturbing influence exerts on the diagram while the entire remaining angle area is detected by the antennas. Particularly advantageous is an antenna arrangement on the fuselage tail and one on the Airplane nose with a receiver to an interferometer Combine DF system. This allows undisturbed Diagrams and high DF accuracy through the greatest possible Basis be united in a particularly advantageous manner.

Die Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch an Beispielen weiter veranschaulicht. The invention is hereinafter with reference to the Illustrations further illustrated with examples.

Dabei zeigtIt shows

Fig. 1 eine erste Ausführungsform in Heckansicht (A), Seitenansicht (B) und Draufsicht (C) mit Dar stellung der Antennendiagramme, Fig. 1 a first embodiment in the rear view (A), side elevation (B) and plan view (C) with Dar position of the antenna patterns,

Fig. 2 eine Ausführungsform für eine Antenne am Rumpfbug in Frontansicht (A), Seitenansicht (B) und Drauf sicht (C) mit Antennendiagrammen, Fig. 2 shows an embodiment for an antenna on the fuselage nose in front view (A), side elevation (B) and plan view (C) with antenna patterns,

Fig. 3 eine strömungsgünstige Anordnung, Fig. 3 is a flow-favorable arrangement,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Antennenanordnung mit Flachantennen am Rumpfbug, Fig. 4 shows a cross section through an antenna arrangement with a flat antennas at the fuselage nose,

Fig. 5 eine Antennenanordnung mit Flachantennen im Rumpfheck, Fig. 5 shows an antenna arrangement with a flat antennas in the rear fuselage,

Fig. 6 eine Interferometeranordnung. Fig. 6 is an interferometer.

Bei der in Fig. 1 aus verschiedenen Blickrichtungen skiz zierten Antennenanordnung sind im Bereich des Seiten- und Höhenleitwerks im Rumpfheck eines Flugzeugs sowohl im unterhalb des Höhenleitwerks HL liegenden Halbraum als auch in den 90°-Sektoren zwischen dem Seitenleitwerk SL und den beiden Flossen des Höhenleitwerks HL Rahmenantennen A 1, A 2 und A 3 angeordnet. Die Rahmenebene ist für alle drei An tennen gleich und verläuft senkrecht zur Flugzeuglängs achse. Im skizzierten Beispiel bilden die drei Antennen zusammen eine ringförmige Anordnung aus metallischen Rohren, in denen die Speiseleitungen geführt sind. Gleich mäßig auf dem Umfang verteilt sind die Rohre an den Speise stellen Sp unterbrochen. Die Ausführung als geschirmte Rahmen ist ebenso wie andere mögliche Ausführungen von Rahmenantennen an sich bekannt. Die einzelnen Rahmenan tennen bzw. die einzelnen ausgekoppelten Rahmenspannungen werden gleichphasig zusammengefaßt. Die kreisförmige Ausge staltung ist vorteilhaft, aber nicht funktionsnotwendig. Wesentlich ist die Symmetrie der Anordnung zur Ebene des Seitenleitwerks. Mit der skizzierten Antenne ergibt sich ein auch sonst von Rahmen bekanntes Richtdiagramm, das in der Rahmenebene richtungsunabhängig ist und senkrecht zur Rahmenebene eine Nullstelle aufweist. In Fig. 1 ist der Verlauf des Diagramms jeweils durch Pfeile und unter brochene Linien angedeutet. Das Antennendiagramm ist trotz der unmittelbaren Umgebung der Leitwerke und des Rumpfs nahezu ungestört. Der Einfluß des Rumpfs wird durch die Nullstelle des Diagramms ausgeblendet. Für die Auswirkung der Leitwerke ist die Betrachtung des Sendefalls anschau lich. Da die Flossen von Höhen- und Seitenleitwerk in Ebenen liegen, auf denen bei gleichphasiger Erregung aller Einzelantennen der elektrische Feldvektor senkrecht steht, fließen auf beiden Seiten gleiche Ströme, in entgegenge setzte Richtungen die das Strahlungsdiagramm nicht beein flussen. Wegen der Reziprozität von Sende- und Empfangsfall resultiert daraus, daß auch für den Empfangsfall von einem ungestörten Diagramm ausgegangen werden kann. Mit der be schriebenen Anordnung ist damit trotz der unmittelbaren Nähe von Rumpf und Leitwerken ein nahezu ungestörtes Dia gramm erreichbar, das bis auf Bug- und Heckrichtung die Umgebung vollständig abdeckt. In the sketched in Fig. 1 from different perspectives antenna arrangement are in the area of the vertical tail and tail in the fuselage tail of an aircraft both in the half-space below the horizontal tail HL and in the 90 ° sectors between the vertical tail SL and the two fins of the horizontal tail HL loop antennas A 1 , A 2 and A 3 arranged. The frame level is the same for all three antennas and is perpendicular to the longitudinal axis of the aircraft. In the example outlined, the three antennas together form a ring-shaped arrangement of metallic tubes in which the feed lines are routed. Evenly distributed on the circumference, the pipes are interrupted at the food places Sp . The design as a shielded frame is known as well as other possible designs of frame antennas. The individual Rahmenan or the individual coupled frame voltages are combined in phase. The circular configuration is advantageous, but not necessary for the function. The symmetry of the arrangement to the plane of the vertical tail is essential. The antenna outlined results in a directional diagram, which is also known from frames, and which is direction-independent in the frame plane and has a zero point perpendicular to the frame plane. In Fig. 1 the course of the diagram is indicated by arrows and broken lines. The antenna pattern is almost undisturbed despite the immediate vicinity of the tail and fuselage. The influence of the fuselage is hidden by the zero of the diagram. Consideration of the transmission case is illustrative of the effects of the tail units. Since the fins of the vertical and vertical stabilizers lie in planes on which the electrical field vector is vertical when all individual antennas are excited in phase, the same currents flow on both sides, in opposite directions, which do not influence the radiation diagram. Because of the reciprocity of the send and receive case, this means that an undisturbed diagram can also be assumed for the receive case. With the arrangement described, an almost undisturbed diagram can be reached despite the immediate vicinity of the fuselage and tail unit, which completely covers the surroundings except for the bow and stern direction.

Entsprechende Überlegungen gelten für eine alternative Ausführungsform einer im Bereich der Leitwerke anzuordnen den Antenne, bei welcher im Rumpfbereich unter dem Höhen leitwerk und in den Ecken zwischen den Flossen von Seiten und Höhenleitwerk Schlitzantennen angeordnet sind, deren Schlitze im wesentlichen parallel zur Flugzeuglängsachse verlaufen und die gleichphasig zusammengefaßt sind. Diese Form ist bevorzugt für höhere Frequenzen vorgesehen.Corresponding considerations apply to an alternative Embodiment to be arranged in the area of the tail unit the antenna, in which in the fuselage area below the heights tail and in the corners between the fins from sides and tailplane slot antennas are arranged, the Slots essentially parallel to the aircraft's longitudinal axis run and are combined in phase. These Form is preferably provided for higher frequencies.

In Fig. 2 ist eine am Rumpfbug eines Flugzeugs angeordnete Antenne skizziert, die aus einer mit im Vergleich zum Rumpfumfang geringem Abstand um den Rumpf geführten Ring antenne R mit mehreren Speisestellen Sp besteht. Sie kann auch in einer ringförmigen Vertiefung der metallischen Rumpfhülle montiert sein, um eine glatte Oberfläche zu erhalten (Fig. 3). Die Ebene der Ringantenne verläuft senkrecht zur Flugzeuglängsachse. Die Ringantenne ist über Montagemittel M, durch die auch die Speiseleitungen nach innen geführt werden können, am Rumpf befestigt. Die mehreren Speisestellen sind wieder gleichphasig ausgekoppelt. Anstelle einer Ringantenne können auch mehrere in einer gemeinsamen Ebene liegende Rahmenantennen am Umfang des Rumpfs verteilt sein. Das Antennendiagramm dieser Anordnung zeigt wiederum die Form eines Dipoldiagramms mit einer in Richtung der Flugzeug längsachse L zeigenden Nullstelle und Richtungsunabhängig keit in der Antennenebene. Auch dieses Diagramm ist nahezu ungestört durch die Metallflächen des Flugzeugs selbst, da das Flugzeug im wesentlichen im Bereich der Diagrammnull stelle liegt und am Ort der Ringantenne praktisch Rotati onssymmetrie vorliegt. In Fig. 2 an antenna arranged on the fuselage bow of an aircraft is outlined, which consists of a ring antenna R with a plurality of feeding points Sp which is guided around the fuselage with a small distance from the fuselage circumference. It can also be mounted in an annular recess in the metallic fuselage shell in order to obtain a smooth surface ( FIG. 3). The plane of the ring antenna runs perpendicular to the longitudinal axis of the aircraft. The ring antenna is attached to the fuselage using assembly M , through which the feed lines can also be routed inwards. The several dining places are coupled out in phase again. Instead of a ring antenna, a plurality of loop antennas lying in a common plane can also be distributed around the circumference of the fuselage. The antenna diagram of this arrangement in turn shows the form of a dipole diagram with a zero point pointing in the direction of the aircraft's longitudinal axis L and direction-independence in the antenna plane. This diagram is also almost undisturbed by the metal surfaces of the aircraft itself, since the aircraft is essentially in the area of the diagram zero and there is practically rotational symmetry at the location of the ring antenna.

Bei Vorhandensein eines dielektrischem Radoms N an der Flugzeugspitze zur Abdeckung eines in Flugrichtung blickenden Radars in der Flugzeugnase kann vorteilhafter weise die Ringantenne auch in das Radom integriert sein, sofern sich das Radar und die Ringantenne nicht stören.In the presence of a dielectric radome N at the aircraft tip to cover a radar looking in the direction of flight in the aircraft nose, the ring antenna can advantageously also be integrated into the radome, provided that the radar and the ring antenna do not interfere.

Hierdurch kann wiederum das Überstehen von Antennenteilen über die Rumpfoberfläche vermieden werden.This, in turn, allows antenna parts to protrude over the fuselage surface can be avoided.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht Flachan tennen als magnetische Dipolantennen vor. Jede Flachantenne besteht aus zwei metallischen Teilflächen, die durch eine im Vergleich zu den Querabmessungen der Teilflächen dünne dielektrische Zwischenschicht von einer gemeinsamen metal lischen Grundfläche getrennt sind. Die Teilflächen sind gegeneinander isoliert und weisen an den einander zuge wandten Berandungen je einen Speiseanschluß auf. Zumindest entlang eines Teils der den Speiseanschlüssen abgewandten Berandungen sind die Teilflächen leitend mit der Grund fläche, die vorteilhafterweise durch die metallische Ober fläche des Flugzeugs gebildet ist, verbunden. Die beiden Teilflächen sind vorzugsweise symmetrisch zu einer Mittel ebene geformt. Da die Teilflächen der Flachantennen weder in einer gemeinsamen Ebene liegen noch in sich eben sein müssen können Sie auf besonders vorteilhafte Weise an die Flugzeuggeometrie angepaßt werden. Aus der geringen Dicke der dielektrischen Zwischenschicht resultiert eine be sonders geringe Bauhöhe und gleichzeitig eine hohe mech anische Stabilität. Flachan sees a preferred embodiment of the invention are known as magnetic dipole antennas. Any flat antenna consists of two metallic partial surfaces, which are separated by a compared to the transverse dimensions of the partial surfaces thin dielectric interlayer from a common metal base area are separated. The partial areas are isolated from each other and pointing towards each other edges used one supply connection each. At least along part of the side facing away from the feed connections Boundaries are conductive to the sub-areas with the ground surface, which is advantageously due to the metallic surface surface of the aircraft is formed, connected. The two Partial surfaces are preferably symmetrical to an average plane shaped. Since the partial areas of the flat antennas neither in a common plane are still in themselves you can do it in a particularly advantageous way Aircraft geometry can be adjusted. From the small thickness the dielectric intermediate layer results in a be particularly low overall height and at the same time a high mech anic stability.

Ein Beispiel für eine Antennenanordnung mit Flachantennen am Rumpfbug eines Flugzeugs zeigt im Querschnitt die Fig. 4, wo vier derartige Flachantennen ringförmig um den Rumpf verteilt angeordnet sind. Die gleichphasige Speisung ist durch Pfeile angedeutet. Die bei nur einer Flachantenne in der Skizze bezeichneten Teilflächen T 1, T 2 verlaufen praktisch äquidistant zur Rumpfoberfläche O sind von diesem durch die dielektrische Zwischenschicht D getrennt. Die an den einander zugewandten Berandungen der Teilflächen T 1, T 2 angeordneten Speiseanschlüsse A 1, A 2 sind nach innen zum nicht eingezeichneten gemeinsamen Speisepunkt geführt. Im Realfall wird der Rumpfdurchmesser wesentlich größer sein als die Abmessungen der Antennen, so daß die Antennen flächen nur eine leichte Krümmung aufweisen.An example of an antenna arrangement with flat antennas on the fuselage nose of an aircraft is shown in cross section in FIG. 4, where four such flat antennas are arranged in a ring around the fuselage. The in-phase supply is indicated by arrows. The partial areas T 1 , T 2 designated with only one flat antenna in the sketch run practically equidistant from the fuselage surface O and are separated from it by the dielectric intermediate layer D. The feed connections A 1 , A 2 arranged on the mutually facing edges of the partial areas T 1 , T 2 are guided inwards to the common feed point, not shown. In the real case, the fuselage diameter will be much larger than the dimensions of the antennas, so that the antenna surfaces have only a slight curvature.

Eine Antennenanordnung mit Flachantennen am Rumpfheck eines Flugzeugs ist in Fig. 5 skizziert. Im Bereich der Leitwerke sind drei Flachantennen vorgesehen, von denen je eine in den beiden Quadranten zwischen Höhen- und Seitenleitwerk und die dritte unter dem Höhenleitwerk angeordnet ist. Um alle Einzelantennen sichtbar zu machen, entspricht die Darstellung einem Schnitt durch die Leitwerke in einer Ebene vor den verstellbaren Rudern. Bei den in den Quadranten zwischen Höhen- und Seitenleitwerk angeordneten Antennen ist jeweils eine der beiden Teilflächen (z.B. T 1) auf der Flosse des Seitenleitwerks und die andere Teil fläche (z.B. T 2) auf der Oberseite einer Höhenleitwerk flosse vorgesehen. Die beiden Hälften der dritten Antenne sind auf den Unterseiten der Höhenleitwerksflossen mon tiert. Die Gleichphasigkeit der Speisung ist wieder durch Pfeile repräsentiert, wobei zusätzlich Spannungs beträge U bzw. 2 U der einzelnen Antennen eingetragen sind.An antenna arrangement with flat antennas on the fuselage tail of an aircraft is sketched in FIG. 5. Three planar antennas are provided in the area of the tail units, one of which is arranged in the two quadrants between the vertical and vertical stabilizers and the third one under the horizontal stabilizer. In order to make all individual antennas visible, the representation corresponds to a section through the tail units on one level in front of the adjustable rudders. In the antennas arranged in the quadrants between elevator and vertical stabilizer , one of the two partial surfaces (eg T 1 ) is provided on the fin of the vertical stabilizer and the other partial surface (eg T 2 ) is provided on the top of a horizontal stabilizer fin. The two halves of the third antenna are installed on the undersides of the horizontal stabilizers. The in-phase nature of the supply is again represented by arrows, with additional voltage amounts U or 2 U of the individual antennas being entered.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist in Fig. 6 skizziert. Dabei ist sowohl eine im Rumpfheck angeordnete Antenne A _H der in Fig. 1 gezeigten oder einer gleichwertigen Ausführung als auch eine Antenne A _B im Rumpfbug wie vorstehend beschrieben vorgesehen. Die aus den beiden Antennen gewonnenen Antennenspannungen sind einem Peil empfänger mit Einrichtungen zur Phasendifferenzaus wertung zugeführt, so daß mit dieser Anordnung eine Richtungsbestimmung einfallender Wellen nach dem Interferometerprinzip durchgeführt werden kann. Der Antennenabstand 1 als Interferometerbasis ist praktisch die größte auf dem Flugzeug erreichbare Peilbasis und ermöglicht somit eine sehr genaue Richtungsbestimmung einfallender Wellen.A particularly advantageous development of the invention is outlined in FIG. 6. In this case, both an antenna A _{H of} the embodiment shown in FIG. 1 or of an equivalent design, as well as an antenna A _B in the fuselage bow, are provided as described above. The antenna voltages obtained from the two antennas are fed to a direction finder with devices for phase difference evaluation, so that with this arrangement a direction determination of incident waves can be carried out according to the interferometer principle. The antenna distance 1 as an interferometer base is practically the largest bearing base that can be reached on the aircraft and thus enables a very precise directional determination of incident waves.

Claims

1. Antenna arrangement for aircraft, characterized in that in the area of the fuselage bow and / or the fuselage tail, several magnetic elementary dipole individual antennas, the diagram zero directions of which are parallel to the longitudinal axis of the aircraft, are angularly offset about the fuselage in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the aircraft and are in phase are connected to a common feeding point.

2. Antenna arrangement according to claim 1, characterized records that in the tailplane of the aircraft in the half-space under the horizontal stabilizer and in the two quadrants between horizontal stabilizer and vertical stabilizer as single each identify a loop antenna with the aircraft's longitudinal axis vertical frame level is arranged.

3. Antenna arrangement according to claim 2, characterized records that at least the loop antenna in the lower half room has several dining places.

4. Antenna arrangement according to claim 2 or 3, characterized characterized in that the loop antennas as metallic Pipes with internal feed lines are executed.

5. Antenna arrangement according to claim 1, characterized indicates that in the area of vertical and vertical tails the bottom of the fuselage and between the height and the sides tail unit as individual antennas slot antennas for flight longitudinal axis of the slot parallel to the longitudinal extent are arranged.

6. Antenna arrangement according to claim 1, characterized records that the magnetic dipole antennas as flat antennas with two metallic subareas each the mutually facing partial surface boundaries against isolated from each other and each provided with a feed connection, along the edges facing away from each other are connected to the metallic surface of the aircraft, and in the area of the partial surfaces essentially parallel to Airplane surface run and from this through a dielectric intermediate layer are separated.

7. Antenna arrangement according to claim 6, that in the tail unit of the aircraft one flat antenna in each of the two quadrants so arranged between tailplane and vertical tail is that in each case one of the two partial areas on one Fin of the horizontal stabilizer and the other partial surface on the Fin of the vertical tail is located and that another Flat antenna in the lower half-space with one partial area each the two fins of the tailplane is provided.

8. Antenna arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that the antennas and dining points are arranged symmetrically to the plane of the vertical tail.

9. Antenna arrangement according to claim 1, characterized in that in the area of the fuselage as several individual antennas Loop antennas with perpendicular to the longitudinal axis of the aircraft directed frame levels arranged in a ring around the fuselage are.

10. Antenna arrangement according to claim 9, characterized records that the multiple loop antennas by a ring antenna with several dining points are replaced.

11. Antenna arrangement according to claim 9 or 10, characterized characterized in that in aircraft with a radome on the Airplane nose integrated the antenna arrangement in the radome is.

12. Antenna arrangement according to claim 1, characterized indicates that antennas in the fuselage tail and in the fuselage bow together with a receiver with phase difference evaluation form an interferometer DF system.