Лекція № 6
Тема лекції:
«Антени літальних апаратів» План лекції
Література
С. І. Плоткін «Радиотехнические цепи с распределенными параметрами» Київ 1984р. 152с.
Зміст лекції
Найбільш поширеною є класифікацією бортових антен за функціональним призначенням. За цією ознакою вони розділяються на: антени зв'язку, радіонавігаційні, радіолокаціні.
До бортових антен пред'являють наступні вимоги:
Мінімальний аеродинамічний опір. Для цього антена має бути або невыступаючою або мати мінімальні розміри і обтічну форму.
Висока механічна міцність повинна забезпечувати неруйнівність антени під впливом перевантажень і вібрацій, що виникають у польоті.
Збереження міцності конструкції літака при установці антени.
Параметри і характеристики антен повинні зберігатись в умовах зміни температури, тиску, вологості, обмерзання, механічних дій інших чинників, що визначаються умовами експлуатації літального апарату.
Розміщення антен повинне забезпечувати їх електромагнітну сумісність, тобто відсутність взаємних перешкод і взаємного впливу на показники.
Вплив корпусу літального апарату на показники антен повинен враховуватися при їх конструюванні і розміщенні.
Електростатичні розряди не повинні наводити ЕРС перешкод у бортових антенах. Для цього передбачається система захисту від блискавки.
Конструкція і розміщення антен повинні забезпечувати простоту і зручність їх експлуатації.
Багато які з цих вимог є суперечливим. Їх одночасне виконання натрапляє на серйозні технічні труднощі.
6.1 Антени зв'язку
Антени телекомунікації
Антени зв'язних радіостанцій призначені для далекого радіозв'язку працюючі в діапазоні КХ (від 2 до 30 МГц) в телефонному і телеграфному режимі. Зв'язок здійснюється в основному просторовим променем. Оскільки напрям зв'язку може бути довільним, антена має бути ненапрямленою в горизонтальній площині і слабонаправленной у вертикальній. Випромінювання формується за рахунок самої антени і корпусу літального апарату, розміри якого сумірні з довжиною хвилі.
Жорсткі дротяні антени.
В якості простих приймалень антен для цих діапазонів можуть використовуватися розглянуті вище антени - щогли. Г-, Т - образні антени. Висота приймальних антен досягає значень 15.20 м. При такій малій електричній довжині антена має низький ККД. Проте мале значення напруги корисного сигналу на виході такої неефективної антени без зусиль компенсується збільшенням коефіцієнта посилення приймача.
Істотним недоліком жорстких дротяних антен при використанні їх на літальних апаратах являється їх значний аеродинамічний опір. Так, наприклад, для подолання опору антени-щогли, що виступає над фюзеляжем літака (що летить із швидкістю 960 км/год), завдовжки 30см потрібно додаткова потужність
Рис. 6.1. Жорсткі дротяні антени: а) Г-подібна антена; б) Т-подібна антена; в) антена похилої
двигуна 200 к.с. Великі механічні зусилля, що розвиваються в жорстких дротяних антенах, викликають труднощі при конструюванні кінцевих ізоляторів. Окрім цього, необхідно врахувати обмерзання, яке може привести до різкого погіршення якості зв'язку за рахунок високочастотних втрат в крижаному покритті ізоляторів.
На літаках Іл-18, Ту-124, Ан-24 використовуються Т-подібні, Г-подібні і похилі жорсткі зовнішні дротяні антени. На рис. 6.1 зображені способи установки цих антен на літаках. Антена складається з робочої частини 1 і розтяжок 2. Г- і Т- образні антени натягаються між верхньою частиною кіля і щоглою, встановленою на обшивці над кабіною екіпажа. Антена похилої одним кінцем приєднується до прохідного ізолятора, а другим кінцем кріпиться за допомогою амортизатора до верхньої частини кіля. Залежно від типу літака довжина робочої частини і розтяжок може бути різна. Наприклад, для літака Іл-18, відповідно, 29,4 м і 16 м, для літака Ту-124 - 24,5м і 20м, для Ан-24 -18 м і 16,1 м. Робоча частина антени виконується з біметалічного троса діаметром 2мм (Іл-18), із сталевого троса діаметром 2,5мм (Ту-124), і з дроту для Ан-24 і ізолюється від іншої частини антенної системи підвісними ізоляторами.
Шлейфові антени
По пристрою нагадують антену шунтового живлення. Випромінювачем є корпус літака. Шлейф - це провідник, натягнутий паралельно корпусу на малій відстані від нього. один кінець шлейфу підключений до АУП (пристрій, що антенний-погоджує), а інший до корпусу. Зворотний струм, що протікає по корпусу до АУП, збуджує коливання в обшивці літака, яка і є випромінюючою поверхнею. На рисунку 6.2 показано облаштування шлейфової антени. Маловиступаючі шлейф антени розташовані на відстані 10-20 см від обшивки, не виступаючі, в спеціальних поглибленнях. Вони розташовуються уздовж фюзеляжу, кіля або крила і закриваються радіопрозорим обтічником.
Для поліпшення діапазонних властивостей використовують комбіновані антени, що складаються з двох-трьох шлейфів, які можуть включатися в різні комбінації за допомогою реле, керованих перемикачем піддіапазонів.
Шлейфові антени використовуються як приймальні і резервні передавальні.
Рис. 6.2 Схема простого шлейфу (а): 1 - фідер; 2 - узгоджуючий пристрій; 3 - шлейф; 4 - діелектрик;
б) місця найбільш частого розташування шлейфів на літаку.
Антени верхнього живлення (АВЖ)
По пристрою і принципу дії нагадують антену-щоглу верхнього живлення Айзенберга. Oт АУП живиться ємнісний збудник, ізольований від корпусу літака вузьким слоем діелектрика. Збудження струму в обшивці літака відбувається через ємність між збудником і корпусом. Як збудник використовуються закінцівка крила, кіля, фюзеляжу або спеціальний штир обтічної форми на килі літака - рис. 6.3
Рис. 6.3 Штирьова кільова антена:
1 - штир; 2 - монтажний люк; 3 - ізолятор; 4 - узгоджуючий пристрій; 5 - верхній обтічник кіля; 6 - трубопровід; 7 - фідер; 8 - кабель; 9 - наконечник кабелю; 10 - кронштейн.
Перевага таких антен: вони широкосмугові, всенаправлені невиступаючі.
Пазові антени.
Встановлено, що слабонаправленное випромінювання від корпусу літака можна отримати за допомогою пазового збудника, який є вирізом в конструкції, заповненим діелектриком (рис. 6.4). Коливання, що збуджуються в діелектриці за рахунок зв'язку з АУП передаються металевому корпусу літака і випромінюються. Найбільш ефективне і всенаправлене випромінювання виникає, якщо паз розташований на передній кромці крила або кіля або на закінцівці крила.
Рис. 6.4 Конструкція пазової антени
1 – корпус літака; 2 - паз; 3 - кожух.
Антени командних радіостанцій
Командні радіостанції забезпечують зв'язок в приаэродромной зоні на відстані не більше 300-400 км вони працюю в діапазоні частот 118-136 МГц вертикально поляризованим променем. Для отримання симетричної ДС в горизонтальній площині, антена має бути розташована поблизу подовжньої вісі літака. Зони можливого розташування показані на рис. 6.5.
Рис. 6.5 Зон можливого розташування антен ближнього зв'язку
При виборі місця розташування враховується необхідність розв'язки з антеною близького по діапазону курсового приймача, а також зв'язній радіостанції, гармоніки сигналу якої можуть опинитися в діапазоні командної радіостанції.
Оскільки діапазон частот вузький (коефіцієнт перекриття 1,15) можна забезпечити хороше узгодження фідера з широкосмуговою антеною без яких-небудь регулювань. З цією метою як антена використовується "товстий" несиметричний вібратор - штирьова антена завдовжки близько чверті хвилі.
Штирьова антена нижнього живлення.
1) Щоглова антена. На рис. 6.6 показаний ескіз і графіки частотних характеристик вхідного опору антени АМС-1 (антена щоглова літакова). вона порожниста відлита з міцного сплаву і має добре обтічну форму. Як видно з графіків, в межах діапазону 118-136 МГц, вхідний опір антени міняється трохи, чим обумовлено збереження узгодження. Антена встановлюється на діелектричній плиті і живиться коаксіальним кабелем.
Рис. 6.6 Антена АМС-1 і її вхідний опір
2) Штирьова антена верхнього живлення.
На рисунку 6.7 показана антена АШС-1 (антена широкосмугова літакова з верхнім живленням). Ізолятор 2 ділить антену на дві частини. Нижня частина кріпиться до фюзеляжу і з'єднується з обплетенням фідера. Жила фідера крізь порожнисту нижню частину і ізолятор підключається до верхньої частини яка є ємнісним збудником. Висота ізолятора вибирається так, щоб вхідний опір антени дорівнював хвилевому опору фідера. Це дозволяє поліпшити узгодження. Існує напівзігнута і Г-подібна модифікація такої антени. Вони чинять менший аеродинамічний опір.
Рис. 6.7 Антена АШС-1: 1 - ізольована частина антени; 2 - ізолятор; 3 - основа антени; 4 - фланець; 5 – роз’єднувач
Друкарські і комбіновані антени.
Технологія друкарського монтажу дозволяє отримати малогабаритні широкосмугові антени з елементами узгодження. Така антена складається з тонкої друкованої плати, закритої діелектричним обтічником, що має форму лопості і чинить незначний аеродинамічний опір.
Антена верхнього живлення з використанням полоскових ліній зображена на рисунку 6.8. Внутрішня плата складається із смужки 1, верхнього напіввібратора 2 і погоджуючого пристрою 3. Внутрішня плата закрита тонкими пластинами діелектрика 7 і 8, на які нанесено широке металеве покриття 6 і 9. Воно утворює із смужками 1 і 3 полоскові лінії. Так на зовнішніх сторонах пластин 6 і 9 виникає за рахунок ємнісного зв'язку зі збудником 1 струм, як у будь-якій антені верхнього живлення.
Існують комбіновані антени, в яких на одній друкованій платі розміщені декілька антени різного діапазону, а також елементи узгодження і розв'язки.
Рис. 6.8 Друкарська антена з елементами узгодження на полоскових лініях
Поверхневі кільові антени.
Є широкосмуговими вібраторами, виготовленими з тонкої фольги або сітки. На рис. 6.9 показані дві поверхневі антени розміщені на килі літака АН-24. Вони наклеюються на діелектричну вставку кіля. Їх основна перевага - нульовий аеродинамічний опір. За електричними параметрами вони не поступаються антенам, що виступають.
Рис. 6.9 Поверхнева антена літака Ан-24: 1 і 2 - поверхневі антени; 3 - верхня частина керма повороту, виконана з діелектрика; 4 і 5 - лючок для підходу до високочастотних роз'ємів; 6 - трубка для монтажу кабелів; 7 - фідер; 8 - високочастотний роз'єм; 9 - бобишка.