Самолетные антенны радиосистем дальней связи

В данный класс антенн входят:

- проволочные антенны;

- антенны верхнего питания;

- шлейфовые антенны;

- пазовые (только для коротковолнового диапазона) антенны.

Приведем примеры антенн из каждого указанного подразделения.

Проволочные антенны. Традиционное расположение – вне фюзеляжа (поэтому из-за наличия аэродинамического сопротивления они применяются на нескоростных самолетах); натягиваются между верхней частью самолетного киля и мачтой в носовой части фюзеляжа. Наиболее часто используемые профили – Г- и Т-образные (рис .2.16).

Рис. 2.16. Г-образные (а) и Т-образные (б) проволочные самолетные антенны: 1 – мачта крепления; 2 – фидер питания антенны (соединяет ее с приемно-передающим устройством; 3 – рабочая (излучающая) часть антенны; 4 – амортизационные растяжки; 5 – изоляторы.

Рабочая часть антенны, имеющая длину 14…30 м, изготовленная из биметаллического (диаметром 2 мм), стального (диаметром 2,5 мм) или проводного троса и отделенная от амортизационных растяжек подвесными орешковыми, стеклотканевыми или фарфоровыми изоляторами, запитывается (для излучения) фидером, который пропускается сквозь обшивку корпуса и отделяется от обшивки с помощью проходных изоляторов. Проволочные антенны аналогичной конструкции используется также на вертолетах (рис .2.17). В вертолетных антеннах кабель (фидер) питания проходит внутри мачты переднего крепления антенны.

Рис. 2.17. Проволочная вертолетная антенна: 1 – мачта крепления; 2 – рабочая (излучающая) часть антенны; 3 – амортизационные растяжки; 4 – изоляторы.

Рис. 2.18. Выпускные самолетные антенны

Здесь: а – вытягивание с помощью парашюта; б – вытягивание с помощью грузика; 1 – рабочая часть антенны; 2 – парашют; 3 – грузик

К числу проволочных могут быть отнесены также выпускные (рис. 2.18) антенны, обычно выполняющие сигнальные (оповещение о прибытии, сообщение аварии и т.п.) функции. Такие антенны представляют собой омедненный стальной тросик (диаметром 1...1,5 мм и длиной до 80 м), выпускаемый полете сквозь небольшой звук, а при посадке убираемый с помощью специальной лебедки.

Достоинствами проволочных антенн являются: простота конструкции, малый вес, отсутствие необходимости ослабления прочности корпуса при установке этих антенн на самолет. Основным недостатком проволочных антенн является внесение дополнительного аэродинамического сопротивления при полете самолета, что ведет к повышению энергетических затрат на выполнение полета. Например, преодоление сопротивления мачты крепления высотой 0,3 м на самолете, летящем со скорость 960 км/ч, требует повышения мощности двигателя на 150 кВт (200 л.с.). Антенны верхнего питания. Антеннами верхнего питания называются такие, конструкции, в которых возбудитель (элемент, который соединен фидером с приемо-передающим устройством) расположен дальше (чаще всего – выше) прочих узлов системы «самолет-антенна», считая от геометрического центра самолета. Так, например штыревая антенна (рис. 2.19), установленная на законцовке киля самолета и отделенная изолятором от металлической обшивки, может считаться антенной верхнего питания.

Рис. 2.19. Штыревая антенна установленная на законцовке киля не скоростного самолета

Однако в большинстве практических случае; термин «антенна верхнего питания» относится не к выступающим, а к утопленным (не выступающим) под обшивкой самолета антеннам. В таком случае возбудителем является небольшая часть конструкции самого самолета, изолированная от корпуса – такой частью конструкции может стать, например законцовка крыла, стабилизатора или фюзеляжа, но наиболее часто в качестве возбудителя для антенны верхнего питания выступает законцовка киля (рис. 2.20).

Использование законцовки киля объясняется не только высокой (раз в 10 больше, чем на неискривленных частях фюзеляжа) концентрацией электрических зарядов, но и получением в этом случае достаточно хорошей («восьмерка» в вертикальной плоскости) диаграммы направленности системы «самолет-антенна». Другим достоинством является отсутствие аэродинамических потерь, что позволяет применять антенны данного типа на скоростных самолетах.

Рис. 2.20. Антенна верхнего питания, выполненная на законцовке киля (а); схематическое изображение данной излучающей системы «самолет – антенна» (б); эквивалентная схема несимметрического вибратора, соответствующего данной излучающей системе «самолет – антенна» (в); 1 – возбудитель, поверхность которого покрыта защитным слоем диэлектрика; 2 – диэлектрик, изолирующий возбудитель от корпуса; 3 – фидер, подводящий к возбудителю напряжение U_УВЧ высокочастотного питания.

Недостаток невыступающих антенн верхнего питания связан с необходимостью введения в самолет дополнительных усиливающих элементов для сохранения прочностных свойств (установка данной антенны требует нарушение целостности силовых элементов конструкций), что приводит к увеличению массы самолета.

Шлейфовые антенны.Рабочей частью шлейфовых антенн является шлейф – проводник (например, посеребренная латунная трубка диаметром около 10 мм), расположенный вблизи поверхности корпуса самолета. При этом один конец шлейфа, отделенного от корпуса диэлектрической прокладкой, соединен с фидером, а второй конец – с корпусом самолета. Длина шлейфа может составлять несколько метров.

Шлейфы бывают маловыступающими (располагаются на расстояниях 10...20 см от обшивки самолета) и невыступающими (утоплены в специальных углублениях корпуса, которые для сохранения аэродинамического качества закрыты диэлектрическими крышками, выполненными, например, из стеклоткани).

Маловыступающие (рис. 2.21) шлейфы обычно располагаются параллельно продольной оси самолета на фюзеляже в его передней части или у основания киля (в этом случае возбудителем является металлизированная верхняя кромка Форкиля).

Невыступающие (рис. 2.22) шлейфы обычно находятся в передних кромках крыльев и киля.

Рис. 2.21. Маловыступающий шлейф на верхней кромке Форкиля: 1 – шлейф (слой металла на верхней кромке Форкиля); 2 – изолятор; 3 – фидер; 4 – точка замыкания шлейфа на корпус самолета.

Рис. 2.22. Невыступающие шлейфы в передних кромках крыльев (а) и киля (б); 1 – шлейф; 2 – изолятор; 3 – фидер; 4 – точка замыкания шлейфа на корпус самолета; 5 – приемно-передающее устройство

Достоинством шлейфовых антенн является их ненаправленность. Используются, в основном, в коротковолновом диапазоне.

Пазовые антенны. Пазом называется вырез (рис. 2.23) в корпусе самолета, заполненный диэлектриком (например, пенистым полистиролом). Если внутри указанного диэлектрика разместить шлейф (металлический проводник) и возбудить этот шлейф высокочастотным (рабочая длина волны должна быт значительно больше, чем длина выреза паза) радиосигналом, подаваемым от фидера, то в пазу возникает высокочастотное электромагнитное поле, которое приведет к появлению токов в корпусе и далее к возбуждению элементов самолета. Система «самолет-антенна» начнет излучать в пространство электромагнитную энергию.

Рис. 2.23. Паз в корпусе самолета: а – его геометрические размеры для частоты излучения 3 МГц; б – его излучающая структура; 1 – диэлектрик; 2 – шлейф; 3 – фидер.

Традиционные места (рис. 2.24) расположения пазов – в основаниях крыльев, киля или форкиля. Поскольку пазовые антенны чрезвычайно широко применяются на скоростных самолетах, то кожухи, закрывающие паз снаружи, выполняются из механически прочного диэлектрика (например, из стекловолокна). При этом, если излучаемые мощности составляют сотни ватт, то на располагающихся в пазе элементах возникают большие (около 1 кВ) напряжения, и на высотах полета более 15 км могут произойти коронные разряды – поэтому паз герметизируют.

Рис. 2.24. Расположение пазовых антенн в основаниях крыльев (а) и форкиля (б):1 – пазовые антенны; 2 – фидеры.