JP2005260931A - 航空機窓用のプラグアンテナアセンブリ - Google Patents

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Abstract

【課題】従来はアンテナ取付けに用いられていなかった機体の一部にて、航空機に現存する開口に嵌るアンテナアセンブリを提供することにより、従来の航空機アンテナの構成の欠点を解決する。
【解決手段】等角負荷支持アンテナアセンブリは、航空機の窓開口内に嵌まるように形成された皿と、該皿内に配備されたアンテナ要素と、信号をアンテナ要素に繋ぐ接続部とを具える。
【選択図】図２

Description

本発明は、アンテナアセンブリ、特に航空機に使用されるアンテナアセンブリに関する。
発明の分野
近年の航空機は、種々の周波数範囲及び通信モードに亘って、無線通信を行う必要がある。例えば、無線通信はＵＨＦ帯域、即ちＬ帯域である。効果的に通信する為に、航空機は、そのあらゆる位置に多数のアンテナを有する必要がある。一般的に、航空機は、無線透過性表面の背後に取り付けられたアンテナ、及び／又は航空機の表面に取り付けられている外部ブレードアンテナを有する。ブレードアンテナは、航空機の表面から突出する小さなフィンであり、放射要素として用いられる。ブレードアンテナは、インピーダンス整合回路を経て、送受信機器に電気的に整合される。
ブレードアンテナは、空力学的に効率が悪い、なぜならブレードアンテナは航空機の表面から突出しているからである。一般に、多数のブレードアンテナが航空機に用いられて、多数の通信帯域(即ち、ＵＨＦ、ＶＨＦ/ＦＭ、ＶＨＦ/ＡＭ)を受け入れる。ブレードアンテナは、アンテナが受ける力に耐えるように構成される。しかし、ブレードアンテナは尚、衝撃損傷を受けやすい。更に、ブレードアンテナは、航空機の構造的な強度を増加させず、航空機の空力学的効率を妨げている。
アンテナ放射要素は、航空機の表面内に埋め込まれたものもある。そのような放射要素は、航空機の表面内に構造的に一体になったアンテナ構造となる。しかし、これらの組み込まれたアンテナ構造は、一般に製造し取り付けるのが難しい。更に、埋め込まれたアンテナ構造は、理想的なゲイン特性を示さない。
幾つかの航空機が直面する重大な問題は、機体の上面及び底面にアンテナを取り付けるスペースが無いことである。現行のブレードアンテナを再配置することができるなら、新たなアンテナ用に航空機の機体に表面領域を付加することが可能となる。更に、現行のブレードアンテナに対するコサイト(cosite)妨害も減少する。
本発明は、従来はアンテナ取り付けに用いられていなかった機体の一部にて、航空機に現存する開口に嵌まるアンテナアセンブリを提供することにより、従来の航空機アンテナの構成の上記欠点を解決する。
本発明に従って構成された等角負荷支持(conformal load-bearing)アンテナアセンブリは、航空機の窓開口内に嵌まるように形成された皿と、該皿内に配備されたアンテナ要素と、信号をアンテナ要素に繋ぐ接続部とを具える。
図に於いて、図１は航空機機体(16)の窓開口に取り付けられる本発明の３つのアンテナアセンブリ(10)(12)(14)を表す図である。アンテナアセンブリは、窓プラグ及び窓プラグによって支持されるアンテナ要素を有する。近年の航空機は、海面気圧に近い大気を有する封止された圧力容器である。窓プラグは、壊れることなく、航空機の最大圧力の要求を満たすように構成されねばならない。窓プラグはまた、機室内の素早い減圧に耐えなければならない。
図２は、本発明の一実施例に従って構成されたＵＨＦアンテナアセンブリ(10)の分解図であり、どのようにしてアンテナが航空機の窓開口に嵌まるかを示している。アンテナアセンブリ(10)は構造的な強度を付与する皿(18)を有する。アンテナ(20)は皿内に位置して、絶縁性材料のシート(24)に支持された金属製ストリップライン(22)、及びストリップライン(22)に電気的に連結される複数の放射要素(26)(28)(30)(32)を有する。皿は、アンテナの背後に位置する空洞を形成し、それによって背後に空洞のあるアンテナを形成する。導電性のガスケット(36)が、アンテナと航空機の窓枠(34)との間に位置する。アンテナは、航空機の機体の窓(34)開口内に嵌まるように形成される。
図３は、図２のアンテナアセンブリのアンテナ要素の平面図であり、図４は、図３のアンテナ要素の線４−４に沿った断面図である。ストリップライン(22)は絶縁性材料のシート(24)内に組み入れられている。金属層、即ちシート(38)が絶縁性材料のシート(24)の背面に隣接して位置する。金属層、即ちシート(37)が絶縁性材料のシート(24)の前面に隣接して位置する。給電ライン(40)が、ストリップライン(22)及び金属層(38)に電気的に接続される。金属層(37)は、スロットが開設された箇所を除き、アンテナ要素の上面全てを覆う。アンテナの底面上の金属層(38)は、接地面を形成する。アンテナ要素の周囲で、上側金属層(37)と下側金属層(38)を電気的に接続するのに、銅テープが用いられる。組み立てる間は、導電性の接着剤を用いて下側金属層(38)が皿に電気的に繋がれている。
図５は、本発明に従って構成された他のアンテナ構造(50)の平面図である。アンテナ構造(50)は、皿(54)内に取り付けられたアンテナ(52)を有する。皿は、航空機の機体の窓開口内に嵌まるように形成される。アンテナは絶縁性基板内に組み込まれたストリップライン(56)及び該ストリップライン(56)に繋がった放射開口(58)を有する。開口(58)は、アンテナの表面を覆う金属シート(60)をエッチングして作られる。コネクタ(61)が皿内に取り付けられて、ストリップライン(22)に信号を供給するのに用いられる。
図６は、図５に示すアンテナ(50)の断面図である。図６に於いて、金属層(64)は、絶縁材シートの後側を覆い、皿(54)に電気的に結合されている。第２の金属層(60)は絶縁性シートの前側に位置する。１又は２以上のスロットが、スロットアンテナ用の放射要素(56)に隣接する第２の金属層内に形成される。この金属層と更なる電気的接続を形成すべく、コネクタが用いられる。
図７は、図５の構造の皿(54)を後側から見た斜視図である。皿(54)は皿の前部を圧延して作られた凹部(68)を有し、それによってアンテナ要素及びＲＦケーブルが入れられる容積を形成する。フランジ(70)が皿の縁に沿って配備されている。皿が航空機の窓開口に取り付けられると、導電性のガスケットがフランジに隣接して位置し、航空機の機体の一部と電気的に接触する。
図８は、本発明のアンテナアセンブリに用いられるＬ帯域アンテナ(80)の平面図である。アンテナ(80)は、ストリップライン(82)、及び該ストリップライン(82)に電気的に連結される放射開口(84)を有する。絶縁材シート(86)は、ストリップラインを支持する。導電性材料の背板が、絶縁材シート(86)の背面に隣接して位置する金属層として配備される。第２の金属層(88)が絶縁材シート(86)の前側に位置して、放射開口(84)がこの層内にエッチングにて作られる。前記の実施例に示すように、給電ラインが、ストリップライン及び金属層に電気的に接続される。
図９は、本発明のアンテナアセンブリに用いられる他のアンテナ(90)の平面図である。アンテナは、テーパ付きのストリップライン(92)、及び該テーパ付きのストリップライン(92)に電気的に連結される放射開口(94)を有する。絶縁材シート(96)は、ストリップラインを支持する。第２の金属層(98)が絶縁性シートの前側に位置し、放射開口(94)がこの層内にエッチングにて作られる。前記の実施例に示すように、給電ラインが、ストリップライン及び金属層に電気的に接続される。
本発明のアセンブリに使用されるアンテナは、複数の絶縁層及び接着フィルム材を用いて製造される。絶縁積層材の幾つかの層は、銅のような金属で覆われ、金属はエッチングされて、アンテナのストリップライン及び放射要素を形成する。表１はアンテナ構造の例を示す。
Figure 2005260931
本発明は、現行の航空機窓プラグに代替され、航空機の機室圧を維持するように設計された等角負荷支持アンテナ構造(ＣＬＡＳ)を提供する。現行のアンテナを現在使用されていない機体の位置に取り付けることにより、ＣＬＡＳ技術によってアンテナの密集を防ぐことができる。
本発明によって、以前から使用されているＵＨＦ及びＬ帯域ブレードアンテナを、現行の窓プラグと同様の方法で、機体の側窓内に嵌めることができる等角アンテナに置き換えることが可能になる。この発明の目的について、Ｌ帯域アンテナは９６９ＭＨｚ−１２１５ＭＨｚの周波数帯域をカバーし、ＵＨＦアンテナは２２５ＭＨｚ−４００ＭＨｚの周波数帯域をカバーする。
本発明のアンテナは、航空機の窓を交換するのに、以前から用いられていた窓プラグに直接置き換わるものとして取り付けられる。これらの窓プラグアンテナアセンブリは、航空機の内部構造を容認できないほど侵すことがないように設計されている。記載されてきた実施例は、スロット放射要素を励磁するストリップライン給電を用いる。ＣＬＡＳアンテナは、一対で取り付けられることを意図しており、略同じ機体上の部位にて機体の左右両側に位置し、ともに連結器を用いる無線機に接続される。
Ｌ帯域アンテナ要素は、ロジャーデュロイド(商標)材を用いて組み立てられる。ストリップラインとスロットは、標準的なプリント回路基板のエッチング技術を用いて、銅で覆われたデュロイド(商標)シートにエッチングにて形成される。
アンテナアセンブリは、以下の３つの工程にて構成される：アンテナ要素を製造する工程、アンテナの皿を作る工程、及び最終組立である。ＵＨＦ及びＬ帯域アンテナ要素は、適切なストリップライン給電及び放射スロットを具えるサブアセンブリである。アンテナの皿は、両タイプのアンテナに共通のハウジングを具える。最終組立工程は、アンテナ要素をアンテナの皿内に接合し、アンテナ要素とアンテナの皿の間を短いＲＦジャンパケーブルで接続する工程を有する。
ストリップライン及びスロット層は、標準的なフォトレジスト印刷回路基板エッチング技術を用いてエッチングにより作られる。特注の端部出発型(end-launch)コネクタが、標準的な隔壁取付けＳＭＡコネクタ及び真鍮板から製造される。トリミング後に、銅テープを用いて、縁はＲＦシールされ、該銅テープはアンテナ要素の前後接地面に溶着される。例えば、銅テープは１インチ(２.５４ｃｍ)の幅を有する。
アンテナの皿は、アンテナ要素用のハウジングとして、ＲＦコネクタを送受信機の同軸ケーブルへの取付けとして、機体の窓開口上の圧力シールとして機能する。窓の皿は、アンテナ要素及び該皿を通って取り付けられる隔壁タイプの電気的コネクタを有する外側を具えた圧力プラグとして構成される。アンテナ要素自体は、アンテナの機械的安定性、又は圧力シールを提供するのに何ら役割を果たさない。同じアンテナの皿の構成が、ＵＨＦ及びＬ帯域窓プラグアンテナの両方に用いられる。
図１０は、航空機の機体(104)の窓開口(102)内に取り付けられるアンテナアセンブリ(100)の一部平面図である。結合ストラップ(106)がアンテナ及び航空機構造間に接続され、光電流を伝える。１０ヶの取付けクリップ(105)によって、窓プラグアンテナを機体に保持する。図１１は、皿を航空機の窓開口に接続するのに用いられる取付けクリップの１つを詳細に示す図である。取付けクリップは、ブラケット(108)を具え、ブラケット(108)はファスナ(112)によって窓枠(104)に取り付けられ、ファスナ(114)を用いてアンテナアセンブリに対して押す。ＥＭＩガスケット(116)がアンテナアセンブリ(100)の外縁と機体(104)の間に位置し、圧力シールと同様に電気的な結合を付与する。
アンテナの皿は、航空機機体と結合するアンテナの周辺部周りで圧力シールを維持しなければならない。この圧力シールはまた、導電性でなければならない。アンテナ要素の接地面は、その周囲で電気的に航空機構造に接続され、所望のアンテナ性能を達成し、航空機機室内への電磁気放射を減じることが要求される。アンテナアセンブリと機体の窓プラグフレームとの間で、堅いシールが維持されるべきである。導電性のシリコンエラストマーガスケットが、アンテナ周辺部の周りに設置される。ガスケットを交換する場合を除き、窓プラグアンテナは、元の窓プラグと同じハードウエアを用いて機体に結合される。アンテナの皿は、数値制御された加工機械を用いて、アルミニウムの固形ブロックから機械加工されて形成され、上塗りされる。
ＳＭＡタイプのＲＦコネクタにて、半硬質のジャンパで留められた隔壁ＮタイプＲＦコネクタが、アンテナの皿内に取り付けられ、隔壁Ｎタイプコネクタは、アンテナの皿の背後から突出している。ジャンパの他端部上のＳＭＡコネクタは、アンテナ要素のコネクタと結合する。アンテナ要素は次に、導電性接着剤を用いて、アンテナの皿に結合される。アンテナ要素とアンテナの皿内側とのギャップは、非導電性接着剤を用いて、周辺部周りが網目状に封止される。ジャンパケーブルの空洞を深くすることにより、又はジャンパケーブルを隔壁コネクタに直交して出すことにより、覆い板が収容される。
無線周波数アイソレーションを測定すると、本発明に従って構成された隣のＬ帯域アンテナが、同様に離れたＬ帯域ブレードアンテナよりも、約１０ｄＢアイソレーションが高いことが示された。
本発明のアンテナアセンブリは、現行の窓プラグに構造的に置き換わる皿を有する。皿の一部は、如何なるアンテナ要素も接合され、皿の後側のコネクタに結合するように、圧延される。ＵＨＦ及びＬ帯域アンテナが記載されてきたが、同じ皿は如何なる周波数のアンテナ要素をも収容できるが、唯一、皿の有効容積の寸法に制限される。
本発明が、好ましい実施例に存在するものに関して記載されてきたが、当業者には請求の範囲にて規定される発明の範囲を離れることなく、好ましい実施例に種々の変更がなされ得ることは明白である。
航空機の窓開口に取り付けられる本発明のアンテナ構造を表す図である。 本発明の一実施例に従って構成されたアンテナアセンブリの分解図である。 図２のアンテナアセンブリのアンテナ要素の平面図である。 図３のアンテナ要素の線４−４に沿った断面図である。 本発明に従って構成された他のアンテナアセンブリの平面図である。 図５のアンテナアセンブリのアンテナ要素の断面図である。 本発明のアンテナアセンブリに用いられる皿の斜視図である。 本発明のアンテナアセンブリに用いられる他のアンテナ放射要素の平面図である。 本発明のアンテナアセンブリに用いられる他のアンテナ放射要素の平面図である。 航空機の機体の窓開口に取り付けられるアンテナアセンブリの一部平面図である。 アンテナアセンブリの皿を航空機の窓開口に接続するのに用いられる取付けハードウエアの詳細図である。

Claims (6)

  1. 航空機の窓開口内に嵌まるように形成された皿と、
    皿内に配備されるアンテナ要素と、
    信号をアンテナ要素に伝える接続部とを具えた、等角負荷支持アンテナアセンブリ。
  2. アンテナ要素は、絶縁性シートに支持されたストリップライン、及びストリップラインに繋がった少なくとも１つの放射要素を具える、請求項１に記載のアンテナアセンブリ。
  3. アンテナ要素は更に、前接地面と後接地面を具え、前接地面は放射要素に隣接する１又は２以上のスロットを形成している、請求項２に記載のアンテナ構造。
  4. 更に、アンテナ要素の周囲に隣接して位置する導電性のガスケットを具え、該ガスケットはアンテナを航空機機体に繋ぎ、圧力シールを提供する、請求項１に記載のアンテナ構造。
  5. 皿は、航空機の窓開口に対する圧力シールを形成する、請求項１に記載のアンテナ構造。
  6. 更に、アンテナ構造から航空機の機体に光電流を伝える結合ストラップを具える、請求項１に記載のアンテナ構造。
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