JPH06209206A - ヘリコプタ用アンテナ - Google Patents

ヘリコプタ用アンテナ

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JPH06209206A JP5181253A JP18125393A JPH06209206A JP H06209206 A JPH06209206 A JP H06209206A JP 5181253 A JP5181253 A JP 5181253A JP 18125393 A JP18125393 A JP 18125393A JP H06209206 A JPH06209206 A JP H06209206A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 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使用する。 【構成】 アンテナは１個或いは複数の電気的に非導電
性のロータ・ブレード１０１を含み、各々はそれぞれの
ロータ・ブレード１０１の主軸に平行に配置される電気
的導体を有する。アンテナを機体１０２に設置される電
波の受信或いは送信用装置に接続するために、容量的結
合、誘導的結合、スリップリング、または、接触ブラシ
による接続手段を有する。指向アンテナであって、複数
の電気的導体であり、機体に対する角度位置により、動
的に選択される。

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】
【課題を解決するための手段】従って、本発明はロータ
・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を
提供する。この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個或い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。
【００１４】第１の実施例では、第２の電気的導体は回
転翼式航空機の機体に電気的に接続される。
【００１５】第２の実施例では、１個或いは複数の第２
の電気的導体に、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。好適には、位相違いの
信号を提供されない１個或いは複数の第２の電気的導体
は、回転翼式航空機の機体に電気的に接続される。
【００１６】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。
【００１７】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。
【００１８】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１１００
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 × Wl）
【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、もくろまれ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

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】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信或いは受信用装置にお
    いて使用されるアンテナであって、 １個或いは複数の電気的に非導電性のロータ・ブレード
    と、 各々がそれぞれのロータ・ブレードの主軸に平行に配置
    される１個或いは複数の電気的導体と、 上記電気的導体から上記電波の送信或いは受信用装置へ
    の接続を提供する手段と、 を備えるアンテナ。
  2. 【請求項２】各上記電気的導体の長さがロータ・ブレー
    ドの長さと実質的に等しい、請求項１記載のアンテナ。
  3. 【請求項３】送信される或いは受信される電波が、１０
    メートル乃至１５０メートルの範囲の波長を有する、請
    求項１または２記載のアンテナ。
  4. 【請求項４】上記電気的導体がロータ・ブレードの前縁
    表面に沿って配置される、請求項１乃至３のいずれかに
    記載のアンテナ。
  5. 【請求項５】上記電気的導体がヒータ・フィラメントと
    しても使用され、更に送信或いは受信される無線信号
    を、上記ヒータ・フィラメントに供給されるパワーに結
    合或いは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。
  6. 【請求項６】上記電気的導体がロータ・ブレードの表面
    に埋め込まれるか、或いは付着される、請求項１乃至３
    のいずれかに記載のアンテナ。
  7. 【請求項７】上記電気的導体がロータ・ブレードの表面
    に形成される導電性コーティングである、請求項１乃至
    ３のいずれかに記載のアンテナ。
  8. 【請求項８】上記接続手段が第１の表面と第２の表面と
    を含み、上記第１の表面はロータ・ブレードと一緒に回
    転し、上記第２の表面は上記機体に固定され、上記第１
    の表面及び上記第２の表面が容量的に結合される請求項
    １乃至７のいずれかに記載のアンテナ。
  9. 【請求項９】上記接続手段が第１のトランス卷きと第２
    のトランス卷きとを含み、上記第１卷きは上記ロータ・
    ブレードと一緒に回転し、上記第２卷きはは上記機体に
    固定され、上記第１卷き及び上記第２卷きが誘導的に結
    合される請求項１乃至７のいずれかに記載のアンテナ。
  10. 【請求項１０】上記接続手段がスリップ・リング及び接
    触ブラシを含む請求項１乃至７のいずれかに記載のアン
    テナ。
  11. 【請求項１１】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用通信システムで
    あって、 １個或いは複数の電気的に非導電性のロータ・ブレード
    と、 各々がそれぞれのロータ・ブレードの主軸に平行に配置
    される１個或いは複数の電気的導体と、 電波の送信或いは受信用装置と、 上記電気的導体から上記電波の送信或いは受信用装置へ
    の接続を提供する手段と、 を備える通信システム。
  12. 【請求項１２】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信或いは受信用装置に
    おいて使用される指向アンテナであって、 上記回転翼式航空機の機体に対して、ロータ・ブレード
    に垂直な軸の回りを回転される３個或いはそれ以上の電
    気的に非導電性の上記ロータ・ブレードと、 各々がそれぞれのロータ・ブレードの主軸に平行に、且
    つ上記ロータ・ブレードと接触するように配置される２
    個の第１の電気的導体と、 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、上記第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の電気的導体と、 上記複数の第１の電気的導体から上記電波の送信或いは
    受信用装置への接続を提供する手段と、 上記回転翼式航空機の機体に対して、第１の所定角度位
    置に他の上記導体よりもより近い角度位置を有する導体
    として、全ての電気的導体の中から上記第１の電気的導
    体を動的に選択し、他の上記導体を第２の電気的導体と
    して動的に選択する手段と、 を備える指向アンテナ。
  13. 【請求項１３】上記第２の電気的導体が上記回転翼式航
    空機の機体に電気的に接続される、請求項１２記載の指
    向アンテナ。
  14. 【請求項１４】上記１個或いは複数の第２の電気的導体
    が、上記第１の電気的導体に供給される信号と位相が異
    なる信号を供給される、請求項１２記載の指向アンテ
    ナ。
  15. 【請求項１５】位相の異なる信号を供給されない上記１
    個或いは複数の第２の電気的導体が、上記回転翼式航空
    機の機体に電気的に接続される、請求項１４記載の指向
    アンテナ。
  16. 【請求項１６】上記接続手段がスリップ・リング及び接
    触ブラシを含む、請求項１２乃至１５のいずれかに記載
    の指向アンテナ。
  17. 【請求項１７】導体を第１の導体として或いは第２の導
    体として動的に選択する手段は、スリップ・リング及び
    接触ブラシを含む、請求項１２乃至１６のいずれかに記
    載の指向アンテナ。
  18. 【請求項１８】導体を第１の導体として或いは第２の導
    体として動的に選択する手段は、電気的ダイオード及び
    上記ダイオードの直流バイアスを制御する手段を含む、
    請求項１２乃至１７のいずれかに記載の指向アンテナ。
  19. 【請求項１９】上記第１の所定の角度位置を既知の地理
    的ポイントに対して維持する制御手段を含む、請求項１
    ２乃至１８のいずれかに記載の指向アンテナ。
  20. 【請求項２０】上記制御手段がステッピング・モータを
    含む、請求項１９記載の指向アンテナ。
  21. 【請求項２１】上記第１の所定角度位置定数を電波の送
    信用或いは受信用遠隔装置に対して維持する手段を含
    む、請求項１２乃至２０のいずれかに記載の指向アンテ
    ナ。
  22. 【請求項２２】各電気的導体の長さが実質的に上記ロー
    タ・ブレードの長さに等しく、 送信或いは受信される電波が１０メートル乃至１５０メ
    ートルの範囲の波長を有する、 請求項１２乃至２１のいずれかに記載の指向アンテナ。
  23. 【請求項２３】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用通信システムで
    あって、 電波の送信用或いは受信用装置と、 上記回転翼式航空機の機体に対して、ロータ・ブレード
    に垂直な軸の回りを回転される３個或いはそれ以上の電
    気的に非導電性の上記ロータ・ブレードと、 各々がそれぞれのロータ・ブレードの主軸に平行に、且
    つ上記ロータ・ブレードと接触するように配置される２
    個の第１の電気的導体と、 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、上記第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の電気的導体と、 上記複数の第１の電気的導体から上記電波の送信或いは
    受信用装置への接続を提供する手段と、 上記回転翼式航空機の機体に対して、第１の所定角度位
    置に他の上記導体よりもより近い角度位置を有する導体
    として、全ての電気的導体の中から上記第１の電気的導
    体を動的に選択し、他の上記導体を第２の電気的導体と
    して動的に選択する手段と、 を備える通信システム。
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