Самолетная антенная система Российский патент 2022 года по МПК H01Q1/28 

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для приема и передачи декаметрового диапазона радиоволн на самолетах, а также может быть использовано как многофункциональный ретранслятор с малыми задержками сигналов относительно спутниковых систем. Обеспечение особенно эффективной передачи радиосигналов непреходящей инженерной задачей. Эффективность работы приемопередающих антенн зависит от многих параметров, важнейшими из которых является коэффициент усиления антенны и ее согласование с питающим ее фидером, передатчиком или приемником. Коэффициент усиления антенны показывает, во сколько раз должна быть увеличена входная мощность при сравнении с направленной антенной с потерями на абсолютно ненаправленной гипотетической антенне без потерь при условии постоянной величины напряженности поля в точке наблюдения. Согласование обеспечивается в том случае, когда сопротивление антенны и волновое сопротивление фидера равны. Чем меньше реактивные составляющие и чем ближе активное входное сопротивление к волновому сопротивлению фидерной линии, тем лучше антенна согласована. Такие условия возникают при длинах активных вибраторов антенн, соотносимых с кратностью четвертям длин используемых радиоволн. Для обеспечения эффективности излучения используются различные технические решения, в том числе в наземных установках путем утолщения вибраторов или разветвлением их окончаний в качестве емкостных включений, применение которых в условиях размещения на летательных аппаратах особенно затруднительно.

Для повышения эффективности работы в декаметровом диапазоне радиоволн известна самолетная жестко-выпускная антенна (А.С. СССР №113586, опубл.1958). В известном техническом решении для изменения длины активной части проводника при настройке жестко-выпускной антенны производится, в воздухе или на земле, с пульта выпуска антенны, подбор нормированной протяженности вибратора на рабочую частоту передатчика с помощью электромеханизма с диэлектрическими барабанами перемотки замкнутого кольца из последовательно соединенных антенного провода и стального троса, при дополнении друг друга.

Недостатком известной антенны является ее установка непосредственно на фюзеляж самолета с использованием кронштейна оперения и дополнительной антенной текстолитовой стойки, с расстоянием, обеспечивающим работу только в ограниченной полосе рабочих частот и пропуском движущейся неиспользуемой на выпуске протяженности кольца значительной протяженности с размещением внутри фюзеляжа.

Известны буксируемые тросовые антенны, выпускаемые из приспособлений фюзеляжей специальных самолетов в России ТУ-142 MP и в США Е-6 Mercury, с мощными передающими комплексами, используемыми для ретрансляции сигналов оперативной связи с подводными лодками, с излучением в диапазонах сверхдлинных-длинных радиоволн (https://ru.wikipedia.оrg/wiki-Самолеты, http://janto.ru/repository/014/01.html). Недостатком известных антенн является низкий КПД и их применение только на тяжелых самолетах с мощными энергетическими установками.

Известна выпускаемая самолетная антенна (А.С. СССР №1160492, опубл. 07.06.1985 г.). Антенна содержит излучатель, выполненный из провода, выпускаемую изоляционную трубку, установленную в самолете, через которую пропущен трос, одним концом прикрепленный к лебедке, установленной в самолете, а другим к стабилизирующему конусу, который для повышения надежности раскрытия-складывания при расширении диапазона рабочих частот путем увеличения количества проводов излучателя в нее введены диск и втулка, которые нанизаны на трос между лебедкой и выпускной изоляционной трубкой и соединены отрезком троса. Недостатками известной выпускаемой самолетной антенн являются ненадежность складывания из-за усложненной конструкции и малый диапазон расширения полосы рабочих частот только за счет увеличения проводов излучателя.

Известна самолетная антенная система (Пат. РФ №158290, опубл. 27.12.2015 г.) Самолетная антенная система состоит из двулучевой выпускной антенны, лебедок для выпуска антенны и пульта управления, длинный луч антенны изолирован от корпуса самолета и подсоединен к бортовому передатчику, короткий луч соединен с корпусом самолета и общей клеммой передатчика. В ней введены блок автоматического управления антенной, состоящий из блока памяти и управляющего блока, блок управления лебедками и преобразователи перемещений, при этом блок автоматического управления антенной подключен к пульту управления и соединен с блоком управления лебедками, преобразователи перемещений подключены к лебедкам и блоку управления лебедками.

Недостатками известной антенной системы являются ненадежность подключения к бортовому передатчику длинного луча антенны, изолированного от корпуса самолета, при перестройке в диапазоне двигающегося через изолированный ввод, с коммутацией изменяющихся каждый раз участков подключения. Кроме этого усложнено использование двухлучевого антенного устройства при сохранении угла между лучами антенны, требующее одновременно с настройкой антенны и маневрирования скоростью полета самолета при смене частот. Дополнительно к этому, несмотря на сложность устройства и эксплуатации одновременно регулируемых длин лучей при перестройке, антенна имеет пониженный коэффициент усиления при выпускаемом вибраторе, протяжением в пол рабочей длины радиоволны.

Задачей изобретения является разработка упрощенной антенной системы повышенной эффективности излучения для приема и передачи радиоволн декаметрового диапазона при установке на самолетных, вертолетных и беспилотных летательных аппаратах.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении электрической и механической надежности самолетной антенной системы при сохранении оптимально низкого значения коэффициента стоячих волн (КСВ).

Для достижения указанного технического результата в самолетной антенной системе, включающей выпускную антенну, блок автоматического управления антенной, лебедку выпуска антенны, блок управления лебедкой, соединенный с блоком автоматического управления антенной, бортовой передатчик, выпускная антенна с двумя разнесенными друг от друга концами, один из которых изолирован от корпуса самолета, другой соединен с корпусом самолета, общей клеммой передатчика и лебедкой выпуска антенны, в рабочем положении антенна образует петлю путем выпуска с помощью лебедки соединенного с корпусом самолета конца антенны, при этом для формирования петли антенна снабжена грузом с возможностью его свободного скольжения вдоль антенны, для контроля соответствия длины петли антенны рабочей частоте к бортовому передатчику и к блоку автоматического управления антенной подключено устройство измерения КСВ, через которое в свою очередь к бортовому передатчику подсоединен изолированный конец антенны.

Изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-5.

На фиг. 1 представлен эскиз самолетной антенной системы, на фиг. 2 - диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскости, на фиг. 3 - изменение КСВ в полосе 4 МГц со средней частотой 19 МГц, на фиг. 4 - изменение КСВ в полосе 2 МГц со средней частотой 6 МГц, на фиг. 5 - изменение КСВ в полосе 400 кГц со средней частотой 3 МГц.

Самолетная антенная система содержит выпускную антенну 1, блок 2 автоматического управления (БАУ 2) антенной 1, лебедку 3 выпуска антенны 1, блок 4 управления лебедкой (БУЛ), соединенный с БАУ 2 антенной 1, бортовой передатчик 5 (фиг. 1). У антенны 1 один конец 6 изолирован от корпуса 7 самолета (т.е. не заземлен), другой конец 8 антенны 1 соединен с корпусом 7 самолета (т.е. заземлен), общей клеммой передатчика 5 и лебедкой 3 выпуска антенны 1. Оба конца 6 и 8 антенны разнесены друг от друга. В рабочем положении антенна 1 образует петлю путем выпуска с помощью лебедки 3 соединенного с корпусом 7 самолета конца 8 антенны (фиг. 1), при этом для формирования петли антенна 1 снабжена грузом 9 с возможностью его свободного скольжения вдоль нее (вес груза 9 не более 5 кг). Для контроля соответствия длины петли антенны 1 (максимальная высота петли может составлять 50 метров, а общая длина петли - 100 метров) рабочей частоте к бортовому передатчику 5 подключено устройство 10 измерения КСВ, которое также подключено к БАУ 2 антенной 1. При этом изолированный конец 6 антенны 1 через устройство 10 измерения КСВ подсоединен к бортовому передатчику 5. Блок 4 управления лебедкой (БУЛ) соединен с БАУ 2 антенной 1.

Работа самолетной антенной системы осуществляется следующим образом.

В исходном состоянии петля антенны 1 втянута лебедкой 3 в корпус 7 самолета с набивкой проволочного полотна антенны 1, при этом остающийся снаружи участок антенны 1 имеет гидрофобное покрытие от обледенения в неблагоприятных условиях полета. Для осуществления сеансов радиосвязи или ретрансляции радиосигналов, принятых от спутниковых систем связи или оптоэлектронных, а также радиосредств прямой видимости, для работы на заданной длине радиоволны с помощью лебедки 3, управляемой блоком 4 управления лебедкой, и груза 9, с корректурой от БАУ 2 антенной 1 по заданной длине радиоволны от бортового передатчика 5 на расстояние соизмеримое с 0,25 рабочей длины волны от корпуса 7 самолета развертывается петля антенны 1. При развернутой петле в рабочее состояние, от БАУ 2 антенной 1 включается устройство 10 измерения КСВ, по результатам измерений с которого БАУ 2 антенной 1 через БУЛ 4 регулирует длину выпуска петли антенны 1 по минимальному КСВ. При нахождении минимального КСВ с управлением от БАУ 2 антенной 1 механически фиксируют длину петли антенны, при этом отключается устройство измерения КСВ 10 и подключается выход бортового передатчика 5. Антенная система готова к работе. После окончания работы через БАУ 2 антенной 1 и БУЛ 4 антенна приводится в исходное положение.

Благодаря тому, что в самолетной антенной системе применена только одна лебедка для заземленного (т.е. соединенного с корпусом 7 самолета) конца 8 антенны 1, существенно повышена механическая надежность в целом системы. В то же время, благодаря неподвижности изолятора незаземленного (т.е. изолированного от корпуса 7 самолета) конца 6 антенны 1, повышена электрическая надежность системы при сохранении оптимально низкого КСВ.

Предложенная самолетная антенная система реализует несимметричный шлейф-вибратор Пистолькорса с треугольной формой петли-шлейфа при использовании в качестве противовеса корпуса 7 самолета. Результаты компьютерного моделирования с использованием программы MMANA-GAL полностью подтверждают теоретические доводы при анализе данных по фиг. 3 - 4 на компьютерной модели антенной системы летательных аппаратов для рабочих частот 19 и 6 МГц при высоте петли антенны соответственно 6,5 м и 25 м, то есть на частотах более коротких радиоволн декаметрового диапазона, соизмеримых в приближении с размерами летательного аппарата. Кроме этого, является и достаточным разнос в основании треугольника. На более длинных радиоволнах, на нижней частоте декаметрового диапазона 3 МГц, высота петли 50 м (фиг. 5) предложенная антенная система также эффективна.

Изобретение относится к радиотехнике и служит для приема и передачи декаметрового диапазона радиоволн на самолетах. Технический результат - повышение электрической и механической надежности антенной системы при сохранении оптимально низкого значения коэффициента стоячих волн. Технический результат достигается тем, что самолетная антенная система, включающая выпускную антенну, блок автоматического управления антенной, лебедку выпуска антенны, блок управления лебедкой, соединенный с блоком автоматического управления антенной, бортовой передатчик, характеризуется тем, что выпускная антенна с двумя разнесенными друг от друга концами, один из которых изолирован от корпуса самолета, другой соединен с корпусом самолета общей клеммой передатчика и лебедкой выпуска антенны, в рабочем положении образует петлю путем выпуска с помощью лебедки соединенного с корпусом самолета конца антенны, при этом для формирования петли антенна снабжена грузом с возможностью его свободного скольжения вдоль антенны, для контроля соответствия длины петли антенны рабочей частоте к бортовому передатчику и к блоку автоматического управления антенной подключено устройство измерения КСВ, через которое к бортовому передатчику подсоединен изолированный конец антенны. 5 ил.

Самолетная антенная система, включающая выпускную антенну, блок автоматического управления антенной, лебедку выпуска антенны, блок управления лебедкой, соединенный с блоком автоматического управления антенной, бортовой передатчик, характеризующаяся тем, что выпускная антенна с двумя разнесенными друг от друга концами, один из которых изолирован от корпуса самолета, другой соединен с корпусом самолета общей клеммой передатчика и лебедкой выпуска антенны, в рабочем положении образует петлю путем выпуска с помощью лебедки соединенного с корпусом самолета конца антенны, при этом для формирования петли антенна снабжена грузом с возможностью его свободного скольжения вдоль антенны, для контроля соответствия длины петли антенны рабочей частоте к бортовому передатчику и к блоку автоматического управления антенной подключено устройство измерения коэффициента стоячей волны, через которое в свою очередь к бортовому передатчику подсоединен изолированный конец антенны.