JP2510071B2 - 回転翼式航空機用アンテナ装置 - Google Patents

回転翼式航空機用アンテナ装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＨＦスペクトラムにお
ける電波の送受信に関し、特にヘリコプタにおけるロー
タ・ブレードの効率的な指向アンテナとしての使用に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ヘリコプタのアンテナはヘリコプ
タの機体に近接して搭載された。典型的には、アンテナ
はヘリコプタの機体からスペーサにより平行に離された
硬式メンバにより構成される。その他の例として、アン
テナはアンテナをヘリコプタの機体から離すために使用
される２つのスペーサ間に張られるワイヤにより構成さ
れる。絶縁体がワイヤをスペーサ上に結合する。スペー
サは通常かなり短く、その結果、アンテナがヘリコプタ
の機体に近接して設置されることになる。これらのアン
テナは指向性を有するが、有効長は短くなる。しかも、
指向性はヘリコプタの向きに対して固定されてしまう。
【０００３】米国特許出願第４０４２９２９号明細書
は、アンテナがヘリコプタのロータの各ブレードの端部
において使用されるナビゲーション・システムを示す。
受信信号はロータ・ブレードにおいて処理され、ヘリコ
プタの機体にスリップ・リング及び接触ブラシにより伝
えられる。アンテナは各ブレードの中央線に沿って平板
化される一連の双極子を含み、ブレードの先端近くに設
置される。
【０００４】軍事及び商業用通信に用いられる一般的な
周波数帯域はＨＦ帯域である。この帯域は２ＭＨｚ乃至
３０ＭＨｚに及び、使用可能なより高い周波数に勝る多
くの技術的及び戦略的利点を有する。典型的な最近の導
入では、ＨＦ帯域と並んで、軍用のＶＨＦ（３０ＭＨｚ
乃至１７０ＭＨｚ）及びＵＨＦ（２２５ＭＨｚ乃至４０
０ＭＨｚ）がヘリコプタと船舶間、或いは他のヘリコプ
タと航空機間の通信に使用される。
【０００５】ＨＦ帯域周波数を使用するいくつかの利点
は、ＨＦ帯域周波数は長距離通信を提供するための電離
層から反射される最も高い周波数であり、より高い周波
数ではサイト通信ラインだけを提供し、水平線を越える
ことができず、その伝搬減衰は２０ｌｏｇ周波数のファ
クタで増加することである。有効範囲における自然現
象、アンテナ効率、及び大気中ノイズは全て周波数の関
数であり、ファクタの最適な妥協が２ＭＨｚと３０ＭＨ
ｚとの間において達成される。より効率的なパワー増幅
機がＨＦ周波数帯域において使用可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】航空機及びヘリコプタ
におけるＨＦ帯域性能を制限する１つのファクタに、ア
ンテナ長がある。最大効率においては、アンテナが波長
に等しいことが必要となる。メートルを単位とする波長
は、毎秒当たりの電波の伝搬速度（単位メートル）を周
波数（単位ヘルツ）で割った結果として計算される。電
波の伝搬速度は一定であり、おおよそ３×１０8 メート
ル／秒に等しい。
【０００７】ＵＨＦ通信（典型的には３００ＭＨｚ）で
は、上記方程式により計算される波長は１．０メートル
である。これは前述されたヘリコプタに搭載されるアン
テナにおいては実用的な長さに相当するが、一方で、電
子装置と空間の確保を競合し、また軍用ヘリコプタでは
重軍備と空間を競合することになる。
【０００８】周波数３ＭＨｚのＨＦ帯域では、波長計算
により１００メートルのアンテナが必要とされる。これ
はヘリコプタでは非現実的な長さとなる。これは波長計
算から得られる理論長の約数を使用することにより克服
される。しかしながら、アンテナ効率はアンテナ長が短
くなるにつれて低下する。
【０００９】航空機及びヘリコプタにおけるＨＦ帯域性
能を制限する別のファクタは、指向アンテナを提供する
ことの困難性である。指向アンテナはアンテナの方向に
関連して、大きな利得を有する。別の方向ではその利得
は低下する。アンテナにおける指向性の欠如は、指向性
を有するアンテナと比較して通信範囲の損失を招き、更
にもくろまれた受信機以外により受信される信号を生成
する可能性を有する。指向アンテナと別のアンテナとの
間の最適な通信を提供するために、指向アンテナはその
利得が増加する方向が、目的の受信アンテナの方向に向
けられることが必要となる。
【００１０】この方向決めは指向アンテナを物理的回転
により、他のアンテナの方向に向けることにより達成さ
れる。しかしながら、これは更にアンテナの長さを制限
することとなり、それにより効率は低下し、指向性によ
り増加した利得を相殺する結果となる。
【００１１】従来のヘリコプタは主に金属から成るロー
タ・ブレードを有する。これらのロータ・ブレードは、
金属パーツによる実質的な導電性パスを介して、ギア・
ボックス及びエンジンに固定される。こうしたパーツは
ブレードをアンテナとして使用することを困難にする。
【００１２】新世代のヘリコプタでは、金属性のロータ
・ブレードからコンポジット構成に移行しつつある。例
として、アエロスパシアル・エキュルイユ（Aerospatia
leEcureuil）があり、これはその主成分がグラス・ファ
イバであるスターフレックス・ロータ・ブレード（Star
flex rotor blade）を有する。他のヘリコプタでは、内
部気泡を有するカーボン及びグラス・ファイバから成る
ブレードを有する。
【００１３】従って、本発明の目的は、回転翼式航空機
のロータ・ブレードに取り付けられるアンテナの利得を
増大すると共にアンテナへの又はアンテナからの電波の
送受信を容易にするための回転翼式航空機に搭載の電波
送受信装置用のアンテナ装置を提供することである。本
発明の他の目的は、アンテナを取り付けている少なくと
も３個のロータ・ブレードを有する多翼回転式航空機に
搭載の電波送受信装置のための高指向性のアンテナ装置
を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明による回転翼式航
空機に搭載の電波送受信用装置のアンテナ装置は、回転
軸の回りに実質的に等角度の間隔で装着されている複数
の非導電性のロータ・ブレードと、そのロータ・ブレー
ドの表面においてその長手方向に沿って延びて装着され
ている複数の電気的導体と、機体上に固定されている電
波送受信用装置を上記各電気的導体に選択的に電気的に
接続するための手段とを含んでいる。上記接続手段は、
上記回転軸と同軸上に絶縁関係に対向して配置された第
１及び第２のシリンダを含み、上記第１のシリンダは、
上記回転軸上に絶縁層を介して装着されると共に上記各
電気的導体に電気的に接続されており、上記第２のシリ
ンダは、上記機体に固定されると共に上記電波送受信用
装置に電気的に接続されており、両シリンダ間の容量結
合を利用して電気接続を達成することを特徴とする。
【００１５】本発明による回転翼式航空機に搭載の電波
送受信用装置の他のアンテナ装置は、上記接続手段の代
替として、上記回転軸の回りに巻回されている第１のコ
イル卷線及び第２のコイル卷線から成る接続手段を含
み、この第１コイル卷線は上記ロータ・ブレードと一緒
に回転し、上記第２コイル卷線は上記機体に固定されて
おり、両コイル卷線が相互誘導結合されていることを特
徴とする。
【００１６】本発明による回転翼式航空機に搭載の電波
送受信用装置の他のアンテナ装置は、上記接続手段の代
替として、上記各電気的導体に電気的に接続され絶縁層
を介して上記回転軸上に装着されている複数のスリップ
・リング及び各スリップ・リングに対接し上記電波送受
信用装置に電気的に接続されている複数の接触ブラシか
ら成る接続手段を含むことを特徴とする。
【００１７】本発明による指向性アンテナは、回転翼式
航空機のブレードに垂直な軸の回りを回転する３個又は
それ以上の電気的に非導電性のロータ・ブレード、各々
がそれぞれのロータ・ブレードの主軸に平行に接触され
て配置される２個の第１の電気的導体、各々がそれぞれ
のロータ・ブレードの主軸に平行に配置され、第１の電
気的導体に電気的に接続されない１個或いは複数の第２
の電気的導体、複数の第１の電気的導体から電波の送受
信装置への接続を提供する手段、回転翼式航空機の機体
において、全ての電気的導体から他の導体よりも第１の
所定の角度位置により近い角度位置を有する導体を第１
の電気的導体として動的に選択し、他の導体を第２の電
気的導体として動的に選択する手段とを含む。この第２
の電気的導体には、上記第１の電気的導体に提供される
信号と位相が異なる信号が提供されるか又は接地電位に
接続される。
【００１８】接続手段は好適にはスリップ・リング及び
接触ブラシを含む。スリップ・リング及び接触ブラシ
は、好適には、導体を第１の導体或いは第２の導体とし
て動的に選択する手段でもある。別の実施例では、選択
手段は電気的ダイオード及び電気的ダイオードの直流バ
イアスを制御する手段を含む。指向アンテナは好適には
更に、周知の地理的ポイントに対し、上記第１の所定の
角度位置を維持する制御手段を含む。この制御手段は好
適にはステッピング・モータを含む。指向アンテナは好
適には更に、電波の送受信のために遠隔装置に対して、
第１の所定の角度位置定数を維持する手段を含む。好適
な指向アンテナの実施例では、各電気的導体の長さは実
質的にロータ・ブレードの長さと同じであり、送受信さ
れる電波は１０メートル乃至１５０メートルの範囲の波
長を有する。
【００１９】また、ロータ・ブレードを備えた機体を有
する回転翼式航空機には、電波を送受信するための通信
システムが提供される。このシステムは電波の送信用或
いは受信用装置、回転翼式航空機のブレードに垂直な軸
の回りを回転可能な３個或いはそれ以上の非導電性ロー
タ・ブレード、各々がそれぞれのロータ・ブレードの主
軸に平行に接触されて配置される２個の第１の電気的導
体、各々がそれぞれのロータ・ブレードの主軸に平行に
配置され、第１の電気的導体に電気的に接続されない１
個或いは複数の第２の電気的導体、複数の第１の電気的
導体から電波の送受信装置への接続を提供する手段、回
転翼式航空機の機体において、全ての電気的導体から他
の導体よりも第１の所定の角度位置により近い角度位置
を有する導体を、第１の電気的導体として動的に選択
し、他の導体を第２の電気的導体として動的に選択する
手段とを含む。
【００２０】
【実施例】図１はロータ・ブレード１０１がヘリコプタ
１００の機体上に配置されるヘリコプタ１００を示す。
ヘリコプタ１００はその長さがおおよそ１５メートルで
あり、機体１０２の外側には種々の装置１０３が固定さ
れる。ヘリコプタ１００の機体１０２は、電波の送受信
用に使用される周波数に対するグランド・プレーンであ
る。グランド・プレーンではなく、且つ他の装置１０３
が装備されていない機体１０２領域を見い出すことは困
難であるため、通常、ＨＦアンテナは低効率のショート
・アンテナとなる。その結果、送信機のパワーを増す以
外には克服することが困難なシステム性能の低下を招
く。加えて、回転式アンテナの提供の困難性により、Ｈ
Ｆアンテナは通常、全指向性である。
【００２１】アンテナ効率は等方性放射器ではおおよそ
次のように示される。
【数１】
【００２２】ここでｈはアンテナ長（単位：メート
ル）、波長は送信或いは受信信号の波長（単位：メート
ル）、ＰＩ（円周率）は定数で約3.1415926である。
【００２３】上記方程式から、３ＭＨｚでは１００メー
トルの長さのアンテナは効率１を有し、２メートルの長
さのアンテナは同じ周波数では、その効率が僅か0.0033
となることが理解される。長さの短縮による効率の低下
は、アンテナが送信モード及び受信モードの両方におい
て使用される場合に発生する。受信アンテナの利得はア
ンテナの効率及び指向性と、他のファクタに依存する。
【００２４】アンテナ利得と全体的システム性能との間
の関係は、次式により表される。 Pr = Pt + Gt + Gr - 20 log f - 20 log R - 32.4 - L
a
【００２５】ここでＰｒは受信パワー（ｄＢｍ）、Ｐｔ
はピーク送信機パワー（ｄＢｍ）、Ｇｔは送信アンテナ
利得（ｄＢ）、Ｇｒは受信アンテナ利得（ｄＢ）、ｆは
周波数（ＭＨｚ）、Ｒは有効範囲（航海マイル）、Ｌａ
は追加損失（ｄＢ）である。３２．４は周波数及び有効
範囲に対応して使用される単位を反映する定数である。
【００２６】周波数及び要求有効範囲は、任意の設計に
おいて固定である。追加損失は良い設計の下では全て最
小化される。全波長域全指向アンテナが例えば船舶から
使用されると、利得１が可能となる。従来のヘリコプタ
は、上記アンテナ効率方程式により測定される非効率的
な全指向アンテナを使用するように強要され、要求性能
を達成するための唯一の選択は、送信機パワーを増すこ
とだけであった。
【００２７】ヘリコプタ間の通信リンクを行う場合、上
記方程式から、リンク性能が送信アンテナ及び受信アン
テナの両者の影響を受けることが分かる。
【００２８】アンテナとして図２に示されるようなヘリ
コプタのロータ・ブレード２００（単数或いは複数）を
使用することにより、アンテナ長はかなり長くなり、従
って効率も向上される。後述されるブレードに含まれる
放射要素を除き、ロータ・ブレード２００の構造は、実
質的に、電気的に非導電性である。アンテナとしてのロ
ータ・ブレードの使用はシステム性能を改良し、特にヘ
リコプタ間通信では、アンテナ効率は送信アンテナ利得
及び受信アンテナ利得の両方に作用する。
【００２９】図２は本発明の第１の実施例を示し、ここ
ではロータ・ブレード２００が前縁に取付けられた腐食
保護２１０を有する。腐食保護２１０はロータ・ブレー
ド２００の前縁がほこりの粒子などの空中の粒子により
損傷を受けることから保護する。またホバリング或いは
ランディングなどの地上に接近する時に、衝突する木の
葉などからの保護の役目も兼ねる。腐食保護２１０は典
型的にはチタンなどの金属から製造される。
【００３０】腐食保護２１０はロータ・ブレードの長さ
に対応して広がり、ロータ・ブレードの長さに実質的に
等しいアンテナを提供する。複数のロータ・ブレードへ
の連続的な同時接続を形成することにより、ロータ・ブ
レードの長さの約２倍の効果的なアンテナが獲得でき
る。これは３ＭＨｚにおいては、１００メートルの理想
アンテナ長の場合の効率１、及び２メートルのアンテナ
の場合の０．００３３に比較して、０．７程度の効率を
提供する（ロータ・ブレード長に依存する）。本発明の
第１の実施例では、ヘリコプタの全てのロータ・ブレー
ドが使用される。
【００３１】電気的接続は図４乃至図６を参照して後述
される３つの方法のいずれかにより、腐食保護２１０か
らヘリコプタ１００の機体１０２内の装置に対して形成
される。本発明が実施されない場合、典型的には、腐食
保護２１０を接地するためにボンディング・ジャンパが
使用され、それにより光照射及び電磁パルスに対する保
護を提供する。こうした保護が必要な場合、当業者には
周知のように、これは適切なブレークダウン電圧を有す
るスパーク・ギャップを用いることにより保持される。
同様にロータ・ブレードの運動により引起こされる静電
気の生成を阻止するために、当業者には周知の方法（例
えば放電ウィック（wick）形式）が使用される。
【００３２】図３は本発明の第２の実施例を示し、ここ
ではロータ・ブレード３００内に既に存在するヒータ・
フィラメント３１０をアンテナとして使用する。
【００３３】ロータ・ブレード３００の前縁にはヒータ
・フィラメント３１０が配置され、これはロータ・ブレ
ードの前縁を除氷するために使用される。送受信信号は
ヒータ・フィラメント３１０へのパワー伝送に使用され
る手段と同じ手段により、ヘリコプタ１００の機体１０
２内の無線装置に提供される。これについては図４乃至
図６に関連して後述される。この実施例ではまた、送信
機信号をヒータ・フィラメント３１０用のパワーと結合
し、受信機信号をパワーから分離する手段を必要とす
る。これを実現する手段は当業者には周知であり、例え
ば自動車における霜取り要素及び受信アンテナとしての
２重の目的に使用される風よけガラス要素などの分野に
おいて広く適用される。
【００３４】第１の実施例で使用された腐食保護２１０
の場合と同様、アンテナ長は実質的にロータ・ブレード
３００の長さに類似するか、或いは複数のロータ・ブレ
ードが使用される場合にはこの値の２倍となる。
【００３５】全体的システム性能はシステム・コストの
ごく僅かの増加を伴うだけで改良される。
【００３６】送信機パワーが一定に維持される場合、よ
り大きな信号パワーが放射され、送信信号に対し、無線
混信に対するより大きな免疫性を提供する。
【００３７】アンテナはアンテナからの放射が、機体そ
れ自身によるアンテナの陰影を伴うことのない全指向性
を有するように、ヘリコプタの機体上に設置される。
【００３８】ヘリコプタが低い高度でホバリングしてい
る場合、アンテナはグランドに対してより高く配置さ
れ、それによりアンテナがヘリコプタの機体上に配置さ
れる場合に比較して、より改良された通信が提供され
る。
【００３９】システム性能を表す方程式において追加損
失として示される損失は、アンテナと機体間の容量性損
失を含む。これらの損失は機体とアンテナとの距離を離
すことにより低減される。
【００４０】ヘリコプタから絶縁体により隔たれるワイ
ヤ・アンテナにより構成される前述したタイプの従来式
のアンテナと比較して、本発明のアンテナは機械的に丈
夫であり、グランド取扱い処理において損傷を受けにく
い。制限された空間内に格納するための折り畳みテール
を有するヘリコプタにおいても、本発明のアンテナはこ
の処理において損傷を受けにくい。
【００４１】人の安全性においても、送信アンテナが人
から離れて設置されるために改良が計られ、電磁波輻射
も低減される。送信パワーを低減することが可能とな
り、それによっても電磁波輻射が低減される。
【００４２】図４はヘリコプタ１００の機体１０２内の
無線装置からアンテナへの接続方法を示す。これは回転
プレートと別の固定プレート間の容量性結合を使用し、
前者は第１のシリンダ４１０形状を取り、１個或いは複
数のロータ・ブレード上のアンテナ（腐食保護２１０或
いはヒータ・フィラメント３１０）に接続され、後者は
第２のシリンダ４１２形状を取り、第１のシリンダと中
心を同じくする。大気空間４１１が２つのシリンダ間に
存在し、絶縁層として機能する。絶縁体４２２はロータ
・ブレード・シャフト４２１を２つのシリンダ（４１
０、４１２）により形成されるキャパシタから絶縁する
ために使用される。
【００４３】図５は誘導性結合によるアンテナへの接続
手段を示す。空芯トランスの１つの回転卷き５１０がケ
ーブル４２０を介してロータ・ブレードに接続され、ま
た接続５１１を介してロータ・シャフトに接続される。
空芯トランスの別の固定卷き５２１がケーブル５２０を
介して、ヘリコプタ１００の機体１０２内の無線装置に
接続される。
【００４４】図６は放射要素への接続を形成する別の手
段を示す。放射要素は腐食保護２１０、除氷要素３１
０、埋込みワイヤ或いは導電性コーティングであったり
する。ケーブル４２０はこうした要素に接続され、ロー
タ・ブレード・シャフト４２１に至る経路を走る。スリ
ップ・リング６２０及び接触ブラシ６２３により、ヘリ
コプタ１００の機体１０２内の装置への接触が形成され
る。ケーブル４２０はロータ・ブレード１０１を運搬す
るシャフト４２１と共に回転する導電性スリップ・リン
グ６２０に接続される。ブラシ６２３はスリップ・リン
グ６２０と共に作用して、不動の導体に結合される。
【００４５】ヒータ・フィラメント３１０或いは腐食保
護２１０（或いは従来のＨＦアンテナでもよい）のどれ
がアンテナとして使用されようが、またアンテナへのど
のような接続手段が使用されようが、広範な周波数に渡
り、アンテナのインピーダンスを送受信機のインピーダ
ンスに整合するためのアンテナ同調装置がシステム内に
必要となる。アンテナ同調装置の設計及び構成は当業者
には周知であり、ここでは触れないことにする。
【００４６】アンテナの第３の実施例では、ブレード内
に埋め込まれるワイヤを含む。このワイヤは好適にはロ
ータ・ブレード内のくぼみに設置されるか、或いはブレ
ード２００の後方断面の表面上に金属泊層を含むことに
より形成される。アンテナへの接続は上記３つの方法の
いずれか、すなわちスリップ・リング６２０及びブラシ
６２３、或いは容量性結合、或いは誘導性結合により達
成される。
【００４７】アンテナの第４の実施例では、コンポジッ
ト・ブレード上の腐食に対する保護を提供するニッケル
・スプレーを使用する。この場合の接続は、前述のブレ
ード２００に埋め込まれるワイヤの場合と同様に、導電
性コーティングに対して形成される。
【００４８】送信アンテナからの或いは受信アンテナへ
の放射フィールド強度を集中化するために、指向アンテ
ナが使用される。図７は全指向アンテナ７００からの或
いはそれへの放射極性図を示す。半径方向の位置はその
角度方向において送信或いは受信される相対フィールド
強度を表す。ヘリコプタの全てのロータ・ブレードに付
着される導体を用いる全指向アンテナの極性プロット
は、この形式に相当する。
【００４９】図８は全指向送信を使用した場合に想定さ
れる状況を示す。ヘリコプタ８１１は全指向アンテナを
用いて送信し、この場合、船舶８２１及び８２２により
受信される信号強度は、ヘリコプタ８１１からの半径距
離だけに依存し、それら船舶の角度位置には依存しな
い。ヘリコプタ８１１と通信することを期待される船舶
８２１は、船舶８２２よりも弱い信号強度を実際に受信
する。送信側のヘリコプタからの電磁放射はこうした状
況においてモニタされる。信号はしばしば暗号装置によ
り符号化されるが、いずれにしろ無線信号が検出される
事実は有用な情報となる。
【００５０】図９は典型的な指向アンテナ９００である
ヤギ式アンテナの極性プロットを示す。２次ローブ９３
１、９３２により囲まれる角度部分は近接領域９２１、
９２２よりも高い利得を有するが、この利得は主ローブ
９１０により囲まれる角度位置における利得、或いは図
７に示すような極性図を有する全指向アンテナ７００か
らの利得と比較して、極めて低い。アンテナ９００の利
得は主ローブ９１０により囲まれる角度位置内において
は増強するが、領域９２１、９２２ではその放射強度が
犠牲となる。増強される利得は次式により示される。
【数２】利得（率）＝ （4 × PI × Ae） / （Wl × W
l） ここでＡｅはローブの有効領域、Ｗｌは送信信号または
受信信号の波長である。
【００５１】ここでＡｅはローブの有効領域、Ｗｌは送
信信号または受信信号の波長である。
【００５２】送信及び受信の間に、（ローブ９１０によ
り囲まれる角度位置内における）所望の方向において
は、利得が増強される。また、図１２及び図１０に関連
して後述されるように、指定した受信機以外により受信
される信号に対する機密保護も増強される。
【００５３】図１０は図８と同じ状況を示すが、ヘリコ
プタ１０１１は図９に示すような極性図を有する指向ア
ンテナを有する。指向アンテナは検出リスクを最小化す
る一方、例えば船舶などとの通信用に使用される。
【００５４】回転式アンテナを無線装置に結合するため
の結合方法が必要とされる。スリップ・リング及びブラ
シがこの目的のために使用される。整流子形式のスリッ
プ・リングが使用される場合、回転式アンテナが回転す
る時にそれにより描かれる円弧部分だけが、無線信号の
送受信装置に選択的に接続される。アンテナが電波の送
受信装置に接続される時、アンテナからの電磁放射はそ
の方向に位置する別のアンテナから、或いはそのアンテ
ナに向けて唯一受信或いは送信される。
【００５５】図１１は制御可能指向アンテナを形成する
整流子１１００を示し、回転式アンテナ／ブレード・ア
センブリのいくつかの要素は送信用に使用され、また他
の要素は航空機構造に接地されるか、或いは選択された
セグメントのスイープの間、位相シフト信号を供給され
る。
【００５６】整流子１１００はロータ・ブレードと一緒
には回転することのないシェル１１１１、及びロータ・
ブレードと一緒に回転するロータ・ブレード・シャフト
１１１２部分を含む。シェル１１１１は多数のスリップ
・リング１１２１及び１１２２などを含み、好適には各
ロータ・ブレードに１個のスリップ・リングが対応す
る。スリップ・リングは後述のように、無線信号の送受
信装置またはヘリコプタの機体に接続される。ロータ・
シャフトはブラシ１１４１、１１４２などを有し、これ
らはロータ・ブレード上の１つ或いはそれ以上の電気的
導体に接続される。ブラシ１１４１、１１４２は対応す
るスリップ・リング１１２１、１１２２への接続を提供
する。
【００５７】各スリップ・リングは複数の角度部分に分
割され、各部分はヘリコプタの機体、或いはゼロ位相シ
フト信号、或いは位相シフト信号のいずれかに接続され
る。このように、ロータ・ブレード上の電気的導体に提
供される信号は、その導体のヘリコプタの機体に対する
物理的位置に依存する。通常、ある電気的導体からの接
続を断ち、別の電気的導体への接続を形成するために、
ギャップ１１３１、１１３２が設けられる。
【００５８】整流子はアンテナ・パターンにおける指向
性を達成するために使用される。これは更に様々な構成
において、指向性エネルギ・ローブ９１０の方向制御に
おける整流の使用による利点を提供する。電気的導体へ
の接続の適切な選択により、アンテナの主ビームはより
指向性を有し、その最大放射方向が航空機の経度軸に対
し制御可能となる。
【００５９】指向性を達成するために、２個或いはそれ
以上のブレードには送信パワーが供給され、残りの１個
或いはそれ以上のブレードには、バック・ローブの放射
フィールド強度を低減するために、位相シフトしたエネ
ルギが供給されるか、或いはそれらのブレードが接地さ
れる。
【００６０】接地構成：第１の実施例では、アンテナは
その回転時に円弧部分が活動部分から１８０度の位置に
なるとき接地され、その時、指向性が更に増強される。
図１２は５個のロータ・ブレードを有する典型的なコン
ポジット・ロータを示す。この場合のロータ・ブレード
間の角度は７２度である。ロータ・ブレードが回転中の
ある瞬間において、整流子が装置をアンテナ導体である
２個のロータ・ブレード１２０１、１２０５に接続する
ようにアレンジされると、これにより残りの３個のロー
タ・ブレードからの指向性に対する寄与を必要とせず
に、指向性を有する^Ｖ^構成アンテナが形成される。ロ
ータ・ブレード１２０２、１２０４のアンテナ導体は、
反射器として機能するために、また更にアンテナの指向
性を増強するために、好適には接地される。ブレード１
２０３は接地されるか、或いはオープン回路となる。ロ
ータ・ブレード・アセンブリが反時計方向に回転すると
き、ブレード１２０２として接続されたロータ・ブレー
ドは、ロータ・ブレード１２０１の位置に回転する。好
適な実施例では、ロータ・ブレードが装置に接続される
時と、それが接地される時との間に、ブレードがオープ
ン回路となるようなギャップが整流子内に存在する。
【００６１】図１１に示されるような、垂直方向に食い
違い配置のシステムが、整流子として使用される。この
技法は２個のブレードのアンテナ導体が常に装置に接続
され、最適な結合が達成されることを保証する。
【００６２】電気的結合はまた、複数のコイル或いはキ
ャパシタを各ブレードに対して１個対応させることによ
る誘導性結合或いは容量性結合によっても達成される。
個々のコイル或いはキャパシタは、適時、例えばダイオ
ードを逆バイアス制御することより選択される。
【００６３】図１３はロータ・ブレード１２０５及び１
２０１を電波の送受信装置に接続する際に、ブレードの
接続に誘導性結合を使用する構成を示す。電波の送受信
装置から図１３に示される装置への接続１３０１は、好
適には同軸接続による。
【００６４】次に述べる説明では、信号がロータ・ブレ
ード１２０５及び１２０１により送信されるものと仮定
する。受信信号に対しては経路が反対となる。信号は
ｄ．ｃ．分離するために、トランス１３０２を介して誘
導的に結合される。信号はダイオード１３０４のバイア
スを制御するために、接続１３０６を介して供給され
る。この信号はロータ・シャフト位置とパルス同期さ
れ、送信信号がロータ・ブレード１２０５及び１２０１
に伝達される時に発生する。送信信号がバイアス供給を
通じて短絡するのを回避するため、信号はｒ．ｆ．チョ
ーク１３０５を介して供給される。パルスが発生する
と、ダイオードは順方向バイアスされ、送信機信号は誘
導性結合機構１３１０を通じて、ロータ・ブレード１２
０５及び１２０１に伝達される。コイル１３１２はロー
タ・シャフト上に存在し、コイル１３１１はコイル１３
１２と同心的に搭載されるが、機体１０２に固定され
る。パルスが存在しない時、ダイオードは逆バイアスさ
れ、送信機信号は伝達されない。この場合、送信信号は
ｄ．ｃ．ブロッキング・キャパシタ１３０３を通じて、
分離トランスに返却される。ダイオードは放射ｒ．ｆ．
パワーを取扱え、またブロッキング・キャパシタはｒ．
ｆ．電流を伝達できなければならない。
【００６５】５個のこうしたロータ・ブレード（１２０
１、１２０２、１２０３、１２０４、１２０５）を有す
る実施例では、単一の接続１３０１、分離トランス１３
０２及びｄ．ｃ．ブロッキング・キャパシタ１３０３が
使用される。各ブレードに対して、別々のダイオード１
３０４及び誘導性結合機構１３１０が設けられる。ダイ
オードと誘導性結合機構の直列結合は、分離トランスと
ｄ．ｃ．ブロッキング・キャパシタの間を並列に接続さ
れる。直列結合の数は、ブレードの数と同じであり、コ
イル１３１２はロータ・ブレードのそれぞれの対の間を
接続される。
【００６６】ｒ．ｆ．チョーク１３０５は、各ダイオー
ドをタイミング・パルスのそれぞれのソースへ接続す
る。タイミング・パルスは、各要求パルスに対応するロ
ータ・シャフトに固定される磁石とピックアップ・コイ
ルを使用することにより、ロータ・シャフトから獲得さ
れる。それとは別に、光結合機構を使用することも可能
である。要求に従いパルスが形成され、振幅が処理され
る。これらは次に遅延手段を通じて伝達され、その遅延
量は遅延手段の外部から制御される。遅延制御は固定的
な地理的位置に対する放射ローブの角度位置を制御する
ために使用される。
【００６７】これとは別にパルスをパルス発生器により
生成し、１個のシャフト位置パルスにより同期を取るこ
とも可能である。５ブレード・ロータ・アセンブリの場
合、時間領域において、各制御パルスは先行するパルス
に対して７２度だけ変位される。
【００６８】位相シフト構成：第２の実施例では、２個
の隣接するロータ・ブレード（１２０１、１２０５）が
^Ｖ^構成を取り、基本（すなわちゼロ位相シフト）無線
周波数を供給され、双極形式（すなわち順方向ローブと
逆方向ローブ）の指向パターンを生成する。しかしなが
ら、所望の方向と反対の方向においても、まだかなりの
放射が存在する。この放射を低下するために、ロータ・
ブレード（１２０２、１２０４）は位相シフト（すなわ
ちゼロ度から変位した）信号によりドライブされ、それ
により順方向ローブを強め、逆方向ローブに対するある
程度の相殺効果を提供する。要求される位相シフト量
は、アンテナ理論に精通する当業者には周知である数学
的モデルにより設定される。ロータ・ブレード１２０３
もまた同様にして使用される（すなわち位相シフト信号
を供給されるか、或いは反射器として作用するように接
地される）。
【００６９】ブレードが約７２度反時計方向に回転する
と、電波の送受信装置から供給を受ける整流子ワイパ
は、ロータ・ブレード１２０５及び１２０１を解放し、
その代わりにブレード１２０１及び１２０２を基本放射
器として機能させる。ブレード１２０１及び１２０２は
同様に解放され、この時ブレード１２０２及び１２０３
がワイパを位相制御信号に結合し、主ローブの強化及び
後方ローブに対する相殺効果を提供する。整流子の回転
により、基本信号及び位相制御信号の両者へのブレード
の接続が形成され、毎７２度回転ごとにこの組合せが変
化する。
【００７０】指向アンテナと別のアンテナとの間の最適
な通信を提供するために、指向アンテナはその利得が増
加する方向が、目的とする受信アンテナの方向に向くこ
とが必要である。
【００７１】これは送受信装置に接続される整流子シェ
ル１１１１を回転し、電気的導体が導体によりスイープ
される円弧の異なる部分を介して装置に接続されるよう
にすることにより達成される。整流子の回転はステッピ
ング・モータを使用して行われる。
【００７２】全ての近代的な航空機装置は、その航空機
上の他の装置とデジタル・データ・バスを介して通信す
る。このデータ・バスは中央コンピュータから航空機上
の装置へ命令を運搬する。ステッピング・モータはこう
したデータ・バスからの適切なインタフェースを介して
制御される。こうしたインタフェースの構成は、航空機
装置の設計に携わる当業者には周知である。フライト・
コンピュータは通信を目的とする受信機或いは送信機の
機能を提供される。また、航空機の現コースへのアクセ
スも有する。これらの点から、整流子の要求位置を決定
し、ステッピング・モータを制御することにより、アン
テナの指向性を制御することが可能となる。航空機がコ
ースを変更する時、アンテナは適切な方向へ向けられ維
持される。
【００７３】上述の本発明の全てのバリエーションにお
いて、従来のアンテナの場合と同様に、アンテナのイン
ピーダンスを広範な周波数に渡り、送信機及び受信機の
インピーダンスに整合するためのアンテナ同調装置をシ
ステムに含むことが必要となる。アンテナ同調装置の設
計及び構成は当業者には周知であり、ここでは触れない
ことにする。
【００７４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ロータ・ブレードを備えた機体を有する回転翼式航空機
における電波の送受信装置において使用される指向アン
テナが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヘリコプタ上にロータ・ブレードが設置される
ヘリコプタの図である。
【図２】本発明の第１の実施例を組込む図１に示される
ブレードの１つの断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例を組込む図１に示される
ブレードの１つの断面図である。
【図４】図２に示されるようなブレードと図１のヘリコ
プタ内の装置との間の電気的接続を提供する手段の断面
図である。
【図５】電気的接続を提供する別の手段の断面図であ
る。
【図６】電気的接続を提供する更に別の手段の断面図で
ある。
【図７】図２の要素などにより形成される全指向アンテ
ナからの、或いはそれへの放射極性図である。
【図８】図２などの全指向アンテナを使用する従来シス
テムの図である。
【図９】本発明において使用される指向アンテナから
の、或いはそれへの放射極性図である。
【図１０】本発明の少なくとも１つの指向アンテナを使
用する通信システムの図である。
【図１１】本発明で使用される整流子の図である。
【図１２】本発明における電気的導体から成る図１１の
整流子を介する接続を表す図である。
【図１３】本発明において、図１１の整流子の代わりに
使用される個別コイルの選択を示す図である。
【符号の説明】
１００、８２２、１０１１ ヘリコプタ １０２ 機体 ２１０、３１０ 電気的導体 ４１１ 大気空間 ４２０、５２０ ケーブル ４２１、１１１２ ロータ・ブレード・シャフト ４２２ 絶縁体 ５１０ 回転卷き ５１１、１３０１、１３０６ 接続 ６２０、１１２１、１１２２ スリップ・リング ６２３、１１４１、１１４２ 接触ブラシ ９１０ 指向性エネルギ・ローブ ９３１、９３２ ２次ローブ １１００ 整流子 １１１１ シェル １１３１、１１３２ ギャップ １３０２ トランス １３０３ ｄ．ｃ．ブロッキング・キャパシタ １３０４ ダイオード １３０５ ｒ．ｆ．チョーク １３１０ 誘導性結合機構 １３１１、１３１２ コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グラハム・ラック イギリス国エス・オー３ ７ビィ・ゼッ ト、ハンプシャー、サウサンプトン、パ ーク・ゲート、パーク・グレン ５ (72)発明者 テレンス・キース・ギブス イギリス国ピィ・オー14 ２エル・キュ ー、ハンプシャー、スタビントン、バー ント・ハウス・レーン 22 (56)参考文献 特公 昭42−27423（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】回転軸の回りに実質的に等角度の間隔で装
    着されている複数の非導電性のロータ・ブレードと、 上記ロータ・ブレードの表面においてその長手方向に沿
    って延びて装着されている複数の電気的導体と、 機体上に固定されている電波送受信用装置を上記各電気
    的導体に選択的に電気的に接続するための手段と、 より成り、ロータ・ブレードを備えた回転翼式航空機に
    搭載の電波送受信用装置のアンテナ装置であって、 上記接続手段は、上記回転軸と同軸上に絶縁関係に対向
    して配置された第１及び第２のシリンダを含み、上記第
    １のシリンダは、上記回転軸上に絶縁層を介して装着さ
    れると共に上記各電気的導体に電気的に接続されてお
    り、上記第２のシリンダは、上記機体に固定されると共
    に上記電波送受信用装置に電気的に接続されており、 両シリンダ間の容量結合を利用して電気接続を達成する
    ことを特徴とするアンテナ装置。
  2. 【請求項２】回転軸の回りに実質的に等角度の間隔で装
    着されている複数の非導電性のロータ・ブレードと、 上記ロータ・ブレードの表面においてその長手方向に沿
    って延びて装着されている複数の電気的導体と、 機体上に固定されている電波送受信用装置を上記各電気
    的導体に選択的に電気的に接続するための手段と、 より成り、ロータ・ブレードを備えた回転翼式航空機に
    搭載の電波送受信用装置のアンテナ装置であって、 上記接続手段は、上記回転軸の回りに巻回されている第
    １のコイル卷線及び第２のコイル卷線を含み、上記第１
    コイル卷線は上記ロータ・ブレードと一緒に回転し、上
    記第２コイル卷線は上記機体に固定されており、 両卷線が相互誘導結合されていることを特徴とするアン
    テナ装置。
  3. 【請求項３】回転軸の回りに実質的に等角度の間隔で装
    着されている複数の非導電性のロータ・ブレードと、 上記ロータ・ブレードの表面においてその長手方向に沿
    って延びて装着されている複数の電気的導体と、 機体上に固定されている電波送受信用装置を上記各電気
    的導体に選択的に電気的に接続するための手段と、 より成り、ロータ・ブレードを備えた回転翼式航空機に
    搭載の電波送受信用装置のアンテナ装置であって、 上記接続手段は、上記各電気的導体に電気的に接続され
    絶縁層を介して上記回転軸上に装着されている複数のス
    リップ・リング及び各スリップ・リングに対接し上記電
    波送受信用装置に電気的に接続されている複数の接触ブ
    ラシを含むことを特徴とするアンテナ装置。
  4. 【請求項４】上記電気的導体がヒータ・フィラメントと
    して共用され、送信無線信号を上記ヒータ・フィラメン
    トへの供給電力に結合する手段及び受信無線信号を上記
    ヒータ・フィラメント供給電力から分離する手段を含む
    請求項１乃至３のいずれかに記載のアンテナ装置。
  5. 【請求項５】回転軸の回りに実質的に等角度の間隔で装
    着されている少なくとも３個の非導電性ロータ・ブレー
    ドと、 上記ロータ・ブレードの表面においてその長手方向に沿
    って延びて装着されている少なくとも３個の電気的導体
    と、 機体上に固定されている電波送受信用装置を上記各電気
    的導体に選択的に電気的に接続するための手段と、 より成る多翼回転式航空機に搭載の電波送受信用装置の
    アンテナ装置であって、 上記接続手段は、上記航空機の機体における所定の角度
    位置の両側においてその角度位置に隣接する位置関係の
    ２個の上記電気的導体を第１導体として動的に選択して
    上記電波送受信装置の信号端に接続すると同時に残余の
    上記電気的導体を第２導体として動的に選択して上記第
    １導体への供給信号から位相シフトした信号端又は接地
    端に接続する手段を含んでおり、実質的にＶ構成の指向
    性を有する指向アンテナ装置。
  6. 【請求項６】電気的導体を第１導体及び第２の導体とし
    て動的に選択する手段は、機体上に可動可能に固定され
    電波送受信装置に接続されている複数のスリップ・リン
    グ及び各電気的導体に接続されロータ・ブレードと一緒
    に回転して対応する上記スリップ・リング上を摺動する
    複数の接触ブラシを含むことを特徴とする請求項５に記
    載の指向アンテナ装置。
  7. 【請求項７】上記接続手段は、電波送受信装置の信号、
    位相シフト信号及び接地電位に、それぞれ、接続されて
    いる少なくとも３個の円弧部分から成る複数のスリップ
    ・リング及び各電気的導体に接続されていて各スリップ
    ・リング上を摺動する複数の接触ブラシを含むことを特
    徴とする請求項５に記載の指向アンテナ装置。
  8. 【請求項８】複数の接触ブラシは、異なる角度位置の円
    弧部分に対接するようにスリップ・リングに関して垂直
    方向の位置が変位して配置されていることを特徴とする
    請求項７に記載の指向アンテナ装置。
  9. 【請求項９】電気的導体を第１導体及び第２の導体とし
    て動的に選択する手段は、回転軸上に絶縁層を介して固
    定され各電気的導体に接続されている複数の回転コイ
    ル、この軸と同心上に相互誘導結合関係に配置され電波
    送受信装置に接続されている複数の固定コイル並びに各
    固定コイルに直列接続に電気的ダイオード及びそのダイ
    オードの直流バイアスを制御する手段を含むことを特徴
    とする請求項５に記載の指向アンテナ装置。
  10. 【請求項１０】機体上に可動可能に固定されているスリ
    ップ・リングは、所定の角度位置を既知の地理的ポイン
    トに向けて移動し維持する制御手段により回動されるこ
    とを特徴とする請求項６に記載の指向アンテナ装置。
  11. 【請求項１１】上記制御手段がステッピング・モータを
    含む請求項１０に記載の指向アンテナ装置。
JP5181253A 1992-08-05 1993-07-22 回転翼式航空機用アンテナ装置 Expired - Lifetime JP2510071B2 (ja)

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GB9223580.3 1992-11-11
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