EP1204158A2 - Struktur-Antenne für Fluggeräte oder Flugzeuge - Google Patents

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EP1204158A2
EP1204158A2 EP01125860A EP01125860A EP1204158A2 EP 1204158 A2 EP1204158 A2 EP 1204158A2 EP 01125860 A EP01125860 A EP 01125860A EP 01125860 A EP01125860 A EP 01125860A EP 1204158 A2 EP1204158 A2 EP 1204158A2
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EP
European Patent Office
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conductive
folded edge
structural antenna
antenna
structural
Prior art date
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EP01125860A
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EP1204158B1 (de
EP1204158A3 (de
Inventor
Ludwig Mehltretter
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Airbus Defence and Space GmbH
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EADS Deutschland GmbH
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Publication of EP1204158A3 publication Critical patent/EP1204158A3/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
    • H01Q1/286—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons substantially flush mounted with the skin of the craft
    • H01Q1/287—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons substantially flush mounted with the skin of the craft integrated in a wing or a stabiliser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/40—Element having extended radiating surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/42—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength

Definitions

  • the invention relates to a structural antenna for aircraft or aircraft with approximately omnidirectional radiation pattern, which acts as a conductive element on a non-conductive Layer is arranged, which is the base layer of the surface of an aerodynamic Active area of the aircraft forms, the radiating element around a folded edge the aerodynamic effective area of the aircraft is arranged around.
  • Antennas to be used on aircraft or airplanes are one Subject to a number of requirements.
  • the contour of the aircraft or aircraft should if possible not be influenced so far that the aero-dynamic conditions and thus significantly change the flight characteristics.
  • the arrangement and attachment the antenna must be in accordance with the mechanical structure of the structural parts and the mechanical strength of the structure must not be affected.
  • the radar backscatter cross section should be changed only slightly if possible.
  • antennas in aircraft or aircraft Since the installation location of antennas in aircraft or aircraft is very limited, the antennas in wings, tail units or in the corresponding rudder flaps are increasingly used built-in. The use of antennas in these very narrow buildings Elements is problematic because the radiation properties in the edge direction because of the small aperture are strongly restricted in this direction.
  • US Pat. No. 5,191,351 describes a series of folded broadband antennas with symmetrical Radiation pattern.
  • the proposed log-periodic Antennas are basically suitable for installation on wing edges and their antenna diagrams meet the desired requirements. Feeding the antennas takes place at the folded edge, which results in design-related restrictions.
  • the leading edge of wings and tail surfaces consists of a sharp, continuous metal edge to strengthen the sharp edges to master that for the requirements of low radar detectability are necessary, and on the other hand adequate lightning protection of the antennas to ensure a low-resistance galvanic connection to the structure.
  • the in the Antennas described above can not meet these requirements fulfill.
  • an antenna suitable for aerodynamic active surfaces shows US 3,039,095.
  • the active surface may have sharp edges. Since the Antenna elements are each arranged on the side surfaces of the aerodynamic active surface there are losses in the radiation in the direction of the edges.
  • the object is achieved in that the structure antenna is flat Antenna is executed and integrated in the surface of the aerodynamic effective area is.
  • the aerodynamic effective area in the area of the structural antenna consists of the dielectric material of a non-conductive layer.
  • the conductive surface of the Structural antenna is wholly or at least partially from a non-conductive area Surround layer, which may preferably have the shape of a strip.
  • the structure antenna is fed in the area of the conductive surface facing away from the folded edge, so that the current direction is perpendicular to the folded edge and the wave resistance is on the folded edge is very much lower than in the area of the ends of the structural antenna remote from the edge.
  • the structure antenna according to the invention has one compared to the prior art Number of advantages.
  • the feed is not at the folded edge, but removed from the edge in an area of the wing or tail unit in which due to the increasing Thickness of the structure facilitates the installation and connection of the structure antenna becomes.
  • the possibility of a conductive connection between the structure antenna and the folding edge associated with the structure proves to be a significant advantage because of the Lightning protection and in the manufacture of aircraft, for strength reasons with a metallic sharp edge must be equipped.
  • the sharp edge includes Favorable stealth properties, since the radar backscatter cross section deteriorates only slightly becomes.
  • edges of the structural antenna consisting of metallic conductive surfaces at an angle to the main threat direction, which corresponds to the direction of flight and in that the gaps between the pattern antenna and the conductive
  • the surface layer of the aerodynamic active area may be chosen to be very small.
  • FIGS. 1a and 4a Structural antenna which is arranged on an aerodynamic active surface 3, explained.
  • An aerodynamic active surface 3 in the form of an aerofoil, an empennage or a rudder flap belonging to an unmanned aerial vehicle or aircraft, has a sharp folded edge 4, around which the structure antenna 1 is arranged is.
  • Ia shows a top view of only one half of the structural antenna 1 the other half is symmetrical to the folded edge 4 on the side of the not visible here aerodynamic active surface 3.
  • FIG. 4a shows the section belonging to FIG. 1a through the structural antenna 1.
  • the aerodynamic effective area points at least in the area of the Structural antenna 1 a base layer 6, 12 made of an electrically insulating material such as Plastic or ceramic.
  • the conductive part of the structure antenna 1 consists of a conductive surface 9, 11 as for example by metallizing the surface of the non-conductive layer 6, 12 or in the form of a sheet metal part can be produced.
  • conductive surface 9 is not the same as that along the active surface continuous folding edge 4 electrically connected. But it can, as in Fig. 1 b, 2b and 3b, with the folded edge 4 and thus also with the structure of the aircraft be connected conductively. If, as shown in Fig. Ia, 2a and 3a, of the folded edge 4 is insulated, the conductive surface 9 ends in the immediate vicinity of the folded edge 4.
  • the feeding of the structural antenna 1 is different in FIGS.
  • the structural antenna 1 is at least partially surrounded by a region of the non-conductive layer 6, 12, the conductive surface 9, 11 in the form of a strip in the exemplary embodiment surrounds.
  • the structure antenna is outside the region of the non-conductive layer 6, 12 1 surrounded by a conductive surface 2, which is on the non-conductive layer 6, 12 rests
  • the basic principle of the structural antenna used here is that a flat one Resonator with a side length of about 1/2 of the operating wavelength h on one non-conductive base material such as plastic or ceramic or arranged above an air space is.
  • the radiation characteristic is assumed that the reference potential runs at an acute angle to the planar extent of the resonator.
  • In the present Invention reduces the distance to this potential from the distant to Folded edge 4 lying ends of the structural antenna 1 up to the folded edge 4 itself.
  • the wave resistance is large in the area of the ends and in the area of the folded edge 4 very small. This changes in inverse proportion to the wave resistance also the current distribution over the structure antenna.
  • the current flow 5 in the area of Folded edge 4, d. H. the center of the folded structure antenna, is compared to the usual Prior art patch antennas larger. That is why there is also increasing the low radiation per se in the direction of the folded edge 4.
  • an omnidirectional characteristic is achieved in an imaginary Approximately level that is transverse to the aerodynamic effective area in the direction of flight.
  • an increase in the current density can be achieved in the area of the folded edge 4 in that the structure antenna 1 covered area proportional to its width B with increasing distance reduced from edge 4. Examples of this are shown in FIGS. 2a, 2b, 3a and 3b.
  • the structure antenna 1 is one from the known microstrip patch antenna Derived design, shown schematically simplified in Fig. 1 a is. It is folded in its central area so that it is the edge of a wing, of a tail unit or a rudder. 2a, ..., 3b show different Designs of such structure antennas 1 in plan view. As with such structural antennas usual, different structure antenna surface shapes such as square, rectangular, triangular, diamond-shaped, circular, elliptical or similar to Come into play.
  • the edges of the aircraft are often essentially Plastic wings, tail units or rudders with metal rails strengthened. For strength reasons, these metal rails must not be interrupted and also not be replaced by non-conductive plastic elements. So is a senior Connected to the rest of the metallized structure via this edge. Since the structure antenna 1 according to the invention in the area of the folded edge 4 a voltage zero has, is a conductive connection between the pattern antenna 1 and the metallic folding edge 4, as in the arrangements according to Figures 1 b, 2b, 3b, can be realized and also not disadvantageous. These embodiments are preferably used because they meet the requirements for the strength of the folded edge and for lightning protection fulfill. If the structure antenna 1 is grounded in the middle, it is groundless Infeed to avoid asymmetries through the formation of earth loops absolutely necessary.
  • the metallic folded edge 4 is of the conductive type Surface of the wing isolated, as shown in Fig. 1a, 2a and 3a.
  • the structure antenna is a metal surface that extends almost into the folded edge 4 14, which is connected to the jacket of the coaxial supply line 15 and thus that electrical reference potential to the conductive surface 11 forms.
  • the non-conductive layer 12 close to the structure antenna with a conductive coating 16 can be provided, a strip of the non-conductive layer 12 being left free becomes.
  • FIG. 4b shows a preferred design with a symmetrical feed using the known Lindenblad ⁇ / 4 locking pot 17.
  • This type of Infeed is the grounding of the conductive surface of the structure antenna 11 at the folded edge 4 not critical.
  • the feed takes place via the symmetrically arranged Feed points 13a and 13b, which are also in the area of the conductive surface 11 of the Structure antenna 1 are the furthest from the folded edge 4.
  • the metallic Folding edge 4 is forcibly symmetrized via the h / 4 locking pot 17.
  • the conductive Surface 11 of the structure antenna is grounded on the metallic folded edge 4 or compulsorily symmetrical, since the feed through the h / 4 blocking pot 17 is ungrounded.
  • Fig. 4c can be on a metal surface 14, which in the embodiment 4b runs from the folded edge 4 to the locking pot 17, can also be dispensed with.
  • the Power is then supplied directly from the supply line 15 via the locking pot 17 and the connections 13a and 13b, which are also in the area of the conductive surface 11 of the structure antenna 1, which is furthest from the folded edge 4.
  • This makes it a special one Achieved manufacturing advantage because this metal surface 14 is difficult to wedge-shaped Wing structure is to be introduced.
  • Due to the floating supply and grounding the folded edge 4 results in a good symmetry by itself, since in the area of imaginary line of symmetry (dash-dotted lines) within the structure a zero potential formed.
  • the reduction in the wave resistance to the folded edge 4 results themselves in the same way as in the previous examples.
  • 1b, 2b and 3b are variants of the designs already described shown, in which the conductive surface 9 at least with the metallic folded edge 4, which runs along the aerodynamic active surface 3, and also with the conductive surface 2 of the aerodynamic active area itself is connected. Should be the non-conductive Layer 12 around the structure antenna must not be metallized, so is at least the conductive one Given connection between the conductive surface 9 and the folded edge 4, the in turn has the same potential with the structure.

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Abstract

Eine gefaltete Microstrip-Antenne wird bei Fluggeräten oder Flugzeugen um die Kanten dünner Strukturteile wie Tragflächen, Leitwerken oder Ruderklappen so angeordnet, dass die Oberfläche mit der Struktur identisch ist und die Faltung an der Kante der Struktur erfolgt, wobei die Antenne so ausgebildet wird, dass der Wellenwiderstand an der Faltkante viel höher als an den kantenfernen Enden der Strukturantenne ist, wodurch letztlich eine angenäherte Rundstrahlcharakteristik erzielbar ist. <IMAGE> <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Strukturantenne für Fluggeräte oder Flugzeuge mit annähernd rundstrahlender Abstrahlcharakteristik, die als leitfähiges Element auf einer nichtleitenden Schicht angeordnet ist, welche die Grundschicht der Oberfläche einer aerodynamischen Wirkfläche des Fluggeräts bildet, wobei das strahlende Element um eine Faltkante der aerodynamischen Wirkfläche des Fluggeräts herum angeordnet ist.
Antennen, die an Fluggeräten oder Flugzeugen verwendet werden sollen, sind einer Reihe von Anforderungen unterworfen. Die Kontur des Fluggeräts oder Flugzeugs soll möglichst nicht so weit beeinflusst werden, dass sich die aero-dynamischen Verhältnisse und damit die Flugeigenschaften wesentlich verändern. Die Anordnung und die Befestigung der Antenne muss im Einklang mit dem mechanischen Aufbau der Strukturteile sein und die mechanische Festigkeit der Struktur darf nicht beeinträchtigt werden. Der Radarrückstreuquerschnitt soll möglichst nur geringfügig verändert werden.
Da der Einbauort von Antennen bei Fluggeräten oder Flugzeugen sehr begrenzt ist, werden zunehmend die Antennen in Flügel, Leitwerke oder in die dazu gehörenden Ruderklappen eingebaut. Die Anwendung von Antennen in diesen sehr schmal bauenden Elementen ist problematisch, da die Abstrahleigenschaften in Kantenrichtung wegen der in dieser Richtung kleinen Apertur stark eingeschränkt sind.
Die US-PS 5,191,351 beschreibt eine Reihe von gefalteten Breitbandantennen mit symmetrischer Strahlungscharakteristik. Die vorgeschlagenen logarithmisch-periodischen Antennen sind grundsätzlich zum Einbau an Flügelkanten geeignet und ihre Antennendiagramme entsprechen den gewünschten Anforderungen. Die Speisung der Antennen erfolgt an der Faltkante, wodurch sich bauartbedingte Einschränkungen ergeben. Bei modernen Flugzeugen besteht die Vorderkante von Tragflächen und Leitwerken aus einer scharfen durchgehenden Metallkante, um einerseits die scharfen Kanten festigkeitsmäßig zu beherrschen, die für die Anforderungen an geringer Radarerkennbarkeit erforderlich sind, und andererseits einen ausreichenden Blitzschutz der Antennen durch eine niederohmige galvanische Verbindung zur Struktur zu gewährleisten. Die in der genannten Druckschrift beschriebenen Antennen können diese Anforderungen nicht erfüllen.
Die DE 22 12 647 B2 beschreibt eine Nutantenne, die zur Anbringung an aerodynamischen Wirkflächen geeignet ist. Problematisch ist hierbei die Position des Einspeisepunktes in unmittelbarer Nähe der Faltkante, die die Einspeisung nur bei größeren Winkeln der Teilflächen der Antenne erlaubt.
Eine weitere Variante einer für aerodynamische Wirkflächen geeigneten Antenne zeigt die US 3 039 095. Die Wirkfläche darf in diesem Fall scharfe Kannten aufweisen. Da die Antennenelemente jeweils auf den Seitenflächen der aerodynamischen Wirkfläche angeordnet sind, ergeben sich hieraus Verluste bei der Abstrahlung in Richtung der Kanten.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Antennenbauform mit angenäherter Rundstrahlcharakteristik anzugeben, die für den Einbau an scharfkantigen Tragflächen-, Leitwerks- oder Ruderkanten geeignet ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Strukturantenne als flächige Antenne ausgeführt ist und in der Oberfläche der aerodynamischen Wirkfläche integriert ist. Die aerodynamische Wirkfläche besteht im Bereich der Strukturantenne aus dem dielektrisch wirksamen Material einer nichtleitenden Schicht. Die leitfähige Fläche der Strukturantenne ist ganz oder zumindest teilweise von einem Bereich der nichtleitenden Schicht umgeben, der vorzugsweise die Form eines Streifens haben kann. Die Strukturantenne wird in dem der Faltkante abgewandten Bereich der leitenden Fläche gespeist, so dass die Stromrichtung senkrecht zur Faltkante verläuft und der Wellenwiderstand an der Faltkante sehr viel niedriger ist als im Bereich der kantenfernen Enden der Strukturantenne. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Strukturantenne weist gegenüber dem Stand der Technik eine Reihe von Vorteilen auf. Die Speisung erfolgt nicht an der Faltkante, sondern entfernt von der Kante in einem Bereich des Flügels oder Leitwerks, in dem aufgrund der zunehmenden Dicke der Struktur der Einbau und Anschluss der Strukturantenne erleichtert wird. Die Möglichkeit einer leitenden Verbindung zwischen der Strukturantenne und der mit der Struktur verbundenen Faltkante erweist sich als wesentlicher Vorteil wegen des Blitzschutzes und bei der Fertigung von Flugzeugen, die aus Festigkeitsgründen mit einer metallischen scharfen Kante ausgerüstet sein müssen. Die scharfe Kante beinhaltet günstige Stealth-Eigenschaften, da der Radarrückstreuquerschnitt nur wenig verschlechtert wird. Weiterhin kann diesbezüglich eine Verbesserung dadurch erzielt werden, dass die Kanten der aus metallisch leitenden Flächen bestehenden Strukturantenne schräg zur Hauptbedrohungsrichtung, die der Flugrichtung entspricht, gestellt werden und dadurch, dass die Zwischenräume zwischen der Strukturantenne und der leitenden Oberflächenschicht der aerodynamischen Wirkfläche sehr klein gewählt werden dürfen.
Einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Strukturantenne sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
Fig.1a
eine Draufsicht auf eine rechteckförmige Strukturantenne, die an der Kante einer aerodynamischen Wirkfläche angeordnet ist,
Fig. 1b
eine Alternative zu Fig. 1a,
Fig. 2a
eine rautenförmige Strukturantenne,
Fig. 2b
eine Alternative zu Fig. 2a,
Fig. 3a
eine kreisförmige Strukturantenne,
Fig. 3b
eine Alternative zu Fig. 3a,
Fig. 4a
eine asymmetrische Speisung einer Strukturantenne,
Fig. 4b
eine Speisung mit Zwangssymmetrierung,
Fig. 4c
eine Speisung ohne Zwangssymmetrierung.
Anhand der Fig. Ia und der Fig. 4a wird der grundsätzliche Aufbau der erfindungsgemäßen Strukturantenne, die auf einer aerodynamischen Wirkfläche 3 angeordnet ist, erläutert. Eine aerodynamische Wirkfläche 3 in Gestalt einer Tragfläche, eines Leitwerks oder einer Ruderklappe, die zu einem unbemannten Fluggerät oder einem Flugzeug gehören, weist eine scharfe Faltkante 4 auf, um die herum die Strukturantenne 1 angeordnet ist. Die Fig. Ia zeigt hierbei als Draufsicht nur eine Hälfte der Strukturantenne 1, die andere Hälfte liegt symmetrisch zur Faltkante 4 auf der hier nicht sichtbaren Seite der aerodynamischen Wirkfläche 3. Die Fig. 4a zeigt den zu Fig. 1a gehörenden Schnitt durch die Strukturantenne 1. Die aerodynamische Wirkfläche weist zumindest im Bereich der Strukturantenne 1 eine Grundschicht 6, 12 aus einem elektrisch isolierenden Material wie Kunststoff oder Keramik auf. Der leitende Teil der Strukturantenne 1 besteht aus einer leitfähigen Fläche 9, 11 wie sie beispielsweise durch Metallisierung der Oberfläche der nichtleitenden Schicht 6, 12 oder in Form eines Blechteils erzeugt werden kann. Diese leitfähige Fläche 9 ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. Ia nicht mit der entlang der Wirkfläche durchlaufenden Faltkante 4 elektrisch verbunden. Sie kann aber, wie in Fig. 1 b, 2b und 3b dargestellt, mit der Faltkante 4 und damit auch mit der Struktur des Fluggeräts bzw. -Zeugs leitend verbunden sein. Wenn sie, wie in Fig. Ia, 2a und 3a dargestellt, von der Faltkante 4 isoliert ist, endet die leitfähige Fläche 9 in unmittelbarer Nähe der Faltkante 4. Die Speisung der Strukturantenne 1 ist in den Figuren 4a, 4b und 4c in verschiedenen Varianten dargestellt, sie erfolgt auf der der nichtleitenden Schicht 6 zugewandten Seite der leitfähigen Fläche 9, 11. Der Einspeisungsort ist bedarfsweise in der oberen oder unteren Hälfte des in Fig. 1a abgebildeten Teils der Strukturantenne 1. Die Strukturantenne 1 ist zumindest teilweise von einem Bereich der nichtleitenden Schicht 6, 12 umgeben, der im Ausführungsbeispiel die leitfähige Fläche 9,11 in der Form eines Streifens umgibt. Außerhalb des Bereichs der nichtleitenden Schicht 6, 12 ist die Strukturantenne 1 von einer leitfähigen Oberfläche 2 umgeben, die auf der nichtleitenden Schicht 6,12 aufliegt
Das Grundprinzip der hier verwendeten Strukturantenne besteht darin, dass ein flächiger Resonator mit einer Seitenlänge von etwa 1/2 der Betriebswellenlänge h auf einem nichtleitenden Basismaterial wie Kunststoff oder Keramik oder über einem Luftraum angeordnet ist. Für die Berechnung der Stromverteilung auf dem flächigen Resonator, die der Abstrahlcharakteristik zugrunde liegt, wird vorausgesetzt, dass das Bezugspotential in einem spitzen Winkel zur flächigen Ausdehnung des Resonators verläuft. Bei der vorliegenden Erfindung reduziert sich der Abstand zu diesem Potential von den entfernt zur Faltkante 4 liegenden Enden der Strukturantenne 1 bis hin zur Faltkante 4 selbst. Als Folge davon ist der Wellenwiderstand im Bereich der Enden groß und im Bereich der Faltkante 4 sehr klein. Damit ändert sich umgekehrt proportional zum Wellenwiderstand auch die Stromverteilung über der Strukturantenne. Der Stromfluss 5 im Bereich der Faltkante 4, d. h. der Mitte der gefalteten Strukturantenne, wird gegenüber den üblichen Patch-Antennen nach dem Stand der Technik größer. Deshalb verstärkt sich dort auch die an sich geringe Abstrahlung in Richtung der Faltkante 4. Somit wird in einer gedachten Ebene, die in Flugrichtung quer zur aerodynamischen Wirkfläche liegt, näherungsweise eine Rundstrahlcharakteristik erreicht. Zusätzlich kann eine Erhöhung der Stromdichte im Bereich der Faltkante 4 dadurch erreicht werden, dass sich die von der Strukturantenne 1 bedeckte Fläche proportional zu deren Breite B mit zunehmendem Abstand von der Kante 4 verkleinert. Beispiele hierfür sind in den Fig. 2a, 2b, 3a und 3b dargestellt.
Die Strukturantenne 1 ist, wie oben bereits beschrieben, eine aus der bekannten Microstrip-Patch-Antenne abgeleitete Bauform, die in Fig. 1 a schematisch vereinfacht dargestellt ist. Sie ist in ihrem Mittelbereich derart gefaltet, dass sie die Kante einer Tragfläche, eines Leitwerks oder eines Ruders umschließt. Die Fig. 2a,..., 3b zeigen verschiedene Bauformen derartiger Strukturantennen 1 in der Draufsicht. Wie bei derartigen Strukturantennen üblich, können dabei verschiedene Strukturantennenflächenformen wie quadratisch, rechteckig, drei-eckig, rautenförmig, kreisförmig, elliptisch oder ähnliche zum Einsatz kommen.
Wird jedoch an die Strukturantenne die Anforderung der geringen Radarerkennbarkeit gestellt, werden Formen mit zur Flugrichtung schräg gestellten Rändern 7 der leitfähigen Flächen 9 der Strukturantenne 1 bevorzugt. Die Funktionalität dieser Anordnung ist durch gute Messergebnisse bestätigt worden.
Aus konstruktiven Gründen werden bei Flugzeugen häufig die Kanten der im wesentlichen aus Kunststoff bestehenden Tragflächen, Leitwerke oder Ruder mit Metallschienen verstärkt. Diese Metallschienen dürfen aus Festigkeitsgründen nicht unterbrochen und auch nicht durch nichtleitende Kunststoffelemente ersetzt werden. Somit ist eine leitende Verbindung mit der übrigen metallisierten Struktur über diese Kante gegeben. Da die erfindungsgemäße Strukturantenne 1 im Bereich der Faltkante 4 eine Spannungsnullstelle aufweist, ist eine leitende Verbindung zwischen der Strukturantenne 1 und der metallischen Faltkante 4, wie in den Anordnungen gemäß der Figuren 1 b, 2b, 3b, realisierbar und auch nicht nachteilig. Diese Ausführungsformen werden bevorzugt verwendet, weil sie die Anforderungen an Festigkeit der Faltkante und an den Blitzschutz gut erfüllen. Bei einer Erdung im Mittelbereich der Strukturantenne 1 ist allerdings eine erdfreie Einspeisung zur Vermeidung von Unsymmetrien durch die Bildung von Erdschleifen zwingend erforderlich.
Die Fig. 4a zeigt den einfachsten Fall einer unsymmetrischen Speisung der metallischen flächenförmigen Strukturantenne 11 am Einspeisepunkt 13. Der Einspeisepunkt liegt hierbei in dem Bereich der leitenden Fläche 11 der Strukturantenne 1, der am weitesten von der Faltkante 4 entfernt ist. Die metallische Faltkante 4 ist in diesem Fall von der leitfähigen Oberfläche der Tragfläche isoliert, wie in Fig. 1a, 2a und 3a dargestellt. Im Innenbereich der Strukturantenne befindet sich eine bis fast in die Faltkante 4 reichende Metallfläche 14, die mit dem Mantel der koaxialen Zuleitung 15 verbunden ist und somit das elektrische Bezugspotential zur leitenden Fläche 11 bildet. Zusätzlich ist angedeutet, dass die nichtleitende Schicht 12 bis in die Nähe der Strukturantenne mit einer leitfähigen Beschichtung 16 versehen sein kann, wobei ein Streifen der nichtleitenden Schicht 12 freigelassen wird.
Die Fig. 4b zeigt eine bevorzugte Bauform mit einer symmetrischen Speisung unter Verwendung des an sich bekannten Lindenblad-λ/4 -Sperrtopfes 17. Durch diese Art der Einspeisung ist die Erdung der leitenden Fläche der Strukturantenne 11 an der Faltkante 4 unkritisch. Gemäß Fig. 4b erfolgt die Einspeisung über die symmetrisch angeordneten Einspeisepunkte 13a und 13b, die ebenfalls in dem Bereich der leitenden Fläche 11 der Strukturantenne 1 liegen, der am weitesten von der Faltkante 4 entfernt ist. Die metallische Faltkante 4 ist über den h/4-Sperrtopf 17 zwangsweise symmetriert. Die leitfähige Fläche 11 der Strukturantenne wird an der metallischen Faltkante 4 geerdet bzw. zwangsweise symmetriert, da die Einspeisung durch den h/4-Sperrtopf 17 erdfrei erfolgt.
Wie in Fig. 4c dargestellt, kann auf eine Metallfläche 14, die in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4b von der Faltkante 4 zum Sperrtopf 17 verläuft, auch verzichtet werden. Die Speisung erfolgt dann direkt aus der Zuleitung 15 über den Sperrtopf 17 und die Anschlüsse 13a und 13b, die auch in dem Bereich der leitenden Fläche 11 der Strukturantenne 1 liegen, der am weitesten von der Faltkante 4 entfernt ist. Hiermit wird ein besonderer Vorteil für die Fertigung erzielt, da diese Metallfläche 14 schwierig in der keilförmigen Flügelstruktur einzubringen ist. Aufgrund der erdfreien Speisung und der Erdung an der Faltkante 4 ergibt sich von selbst eine gute Symmetrierung, da sich im Bereich der gedachten Symmetrielinie (strichpunktiert dargestellt) innerhalb der Struktur ein Nullpotential ausbildet. Die Reduzierung des Wellenwiderstandes zur Faltkante 4 hin ergibt sich in der gleichen Weise wie in den vorher genannten Beispielen.
In den Fig. 1b, 2b und 3b sind jeweils Varianten zu den bereits beschriebenen Bauformen dargestellt, bei denen die leitfähige Fläche 9 zumindest mit der metallischen Faltkante 4, die längs der aerodynamischen Wirkfläche 3 verläuft, und auch mit der leitfähigen Oberfläche 2 der aerodynamischen Wirkfläche selbst verbunden ist. Sollte die nichtleitende Schicht 12 um die Strukturantenne herum nicht metallisiert sein, so ist zumindest die leitende Verbindung zwischen der leitfähigen Fläche 9 und der Faltkante 4 gegeben, die ihrerseits mit der Struktur auf gleichem Potential liegt.

Claims (8)

  1. Strukturantenne (1) für Fluggeräte oder Flugzeuge mit annähernd rundstrahlender Abstrahlcharakteristik, die als leitfähiges Element auf einer nichtleitenden Schicht angeordnet ist, welche die Grundschicht der Oberfläche einer aerodynamischen Wirkfläche (3) des Fluggeräts bildet, wobei das strahlende Element um eine Faltkante (4) der aerodynamischen Wirkfläche des Fluggeräts herum angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Strukturantenne (1) in Form einer leitfähigen Fläche (9, 11) in der aerodynamischen Wirkfläche (3) integriert ist, wobei die Strukturantenne auf dem dielektrisch wirksamen Material der nichtleitenden Schicht (6, 12) angeordnet ist,
    dass die leitfähige Fläche (9, 11) teilweise oder ganz von einem Bereich der nichtleitenden Schicht (6,12) umgeben ist,
    dass die Strukturantenne (1) in dem der Faltkante (4) abgewandten Bereich der leitenden Fläche (9, 11) gespeist wird, so dass die Stromrichtung (5) senk-recht zur Faltkante (4) verläuft und der Wellenwiderstand an der Faltkante sehr viel niedriger ist als im Bereich der kantenfernen Enden der Strukturantenne (1).
  2. Strukturantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B) der Strukturantenne (1) sich mit zunehmender Entfernung von der Faltkante (4) verringert.
  3. Strukturantenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder (7) der leitfähigen Fläche (9, 11) vorzugsweise schräg zur Faltkante (4) angeordnet sind.
  4. Strukturantenne nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende Fläche (9, 11) an der Faltkante (4) mit einer sie umgebenden leitfähigen Oberfläche (2) leitend (8) verbunden ist.
  5. Strukturantenne nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Fläche (9, 11) gegenüber einer sie umgebenden leitfähigen Oberfläche (2, 16) die auf der nichtleitenden Schicht (6,12) angeordnet ist, isoliert ist.
  6. Strukturantenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisung der Strukturantenne (1) über eine symmetrische erdfreie Zuleitung (15) unter Verwendung eines λ/4-Sperttopfes (17) erfolgt.
  7. Strukturantenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Metallfläche (14), die innerhalb der Strukturantenne (1) mittig zu den leitenden Flächen (11) angeordnet ist, mit dem Außenleiter des λ/4-Sperrtopfes (17) und der Faltkante (4) verbunden ist.
  8. Strukturantenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Flächen (11) der Strukturantenne symmetrisch über die potentialführenden Anschlüsse (13a) und (13b) der symmetrischen erdfreien Zuleitung (15) gespeist werden.
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