Тема 6 Антенны летательных аппаратов

Наиболее распространенной является классификацией бортовых антенн по функциональному назначению. По данному признаку они разделяются на: связные, радионавигационные, радиолокационные.

К бортовым антеннам предъявляют следующие требования:

1. Минимальное аэродинамическое сопротивление. Для этого антенна должна быть или невыступающией или иметь минимальные размеры и обтекаемую форму.

2. Высокая механическая прочность должна обеспечивать неразрушаемость антенны под воздействием перегрузок и вибраций, возникающих в полете.

3. Сохранение прочности конструкции самолета при установке антенны.

4. Параметры и характеристики антенн должны сохранятся в условиях изменения температуры, давления, влажности, обледенения, механических воздействий других факторов, определяемых условиями эксплуатации летательного аппарата.

5. Размещение антенн должно обеспечивать их электромагнитную совместимость, т.е. отсутствие взаимных помех и взаимного влияния на показатели.

6. Влияние корпуса летательного аппарата на показатели антенн должно учитываться при их конструировании и размещении.

7. Электростатические разряды не должны наводить ЭДС помех в бортовых антеннах. Для этого предусматривается система молниезащиты.

8. Конструкция и размещение антенн должны обеспечивать простоту и удобство их эксплуатации.

Многие из этих требований являются противоречивыми. Их одновременное выполнение наталкивается на серьезные технические трудности.

6.1 Антенны связи

Антенны дальней связи

Антенны связных радиостанций предназначены для дальней радиосвязи работающие в диапазоне КВ (от 2 до 30 МГц) в телефонном и телеграфном режиме. Связь осуществляется в основном пространственным лучом. Поскольку направление связи может быть произвольным, антенна должна быть ненаправленной в горизонтальной плоскости и слабонаправленной в вертикальной. Излучение формируется за счет самой антенны и корпуса летательного аппарата, размеры которого соизмеримы с длиной волны.

Жесткие проволочные антенны.

В качестве простейших приемных антенн для этих диапазонов могут использоваться рассмотренные выше антенны – мачты. Г-, Т – образные антенны. Высота приемных антенн достигает значений 15…20 м. При такой малой электрической длине антенна имеет низкий КПД. Однако малое значение напряжения полезного сигнала на выходе такой неэффективной антенны без труда компенсируется увеличением коэффициента усиления приемника.

Существенным недостатком жёстких проволочных антенн при использовании их на летательных аппаратах является их значительное аэродинамическое сопротивление. Так, например, для преодоления сопротивления выступающей над фюзеляжем самолёта (летящего со скоростью 960 км/час) антенны-мачты длиной 30см требуется дополнительная мощность

Рис. 6.1. Жесткие проволочные антенны: а) Г-образная антенна; б) Т-образная антенна; в) наклонная антенна

двигателя 200 л.с. Большие механические усилия, развиваемые в жёстких проволочных антеннах, вызывают трудности при конструировании концевых изоляторов. Кроме этого, необходимо учесть обледенение, которое может привести к резкому ухудшению качества связи за счёт высокочастотных потерь в ледяном покрытии изоляторов.

На самолётах Ил-18, Ту-124, Ан-24 используются Т-образные, Г-образные и наклонные жесткие наружные проволочные антенны. На рис. 2.26 изображены способы установки этих антенн на самолётах. Антенна состоит из рабочей части 1 и растяжек 2. Г- и Т- образные антенны натягиваются между верхней частью киля и мачтой, установленной на обшивке над кабиной экипажа. Наклонная антенна одним концом присоединяется к проходному изолятору, а вторым концом крепится с помощью амортизатора к верхней части киля. В зависимости от типа самолёта длина рабочей части и растяжек может быть различна. Например, для самолёта Ил-18, соответственно, 29,4 м и 16 м, для самолёта Ту-124 - 24,5м и 20м, для Ан-24 -18 м и 16,1 м. Рабочая часть антенны выполняется из биметаллического троса диаметром 2мм (Ил-18), из стального троса диаметром 2,5мм (Ту-124), и из провода для Ан-24 и изолируется от остальной части антенной системы подвесными изоляторами.

Шлейфовые антенны

По устройству напоминают антенну шунтового питания. Излучателем является корпус самолета. Шлейф – это проводник, натянутый параллельно корпусу на малом расстоянии от него. один конец шлейфа подключен к АСУ (антенно-согласующее устройство), а другой к корпусу. Обратный ток, протекающий по корпусу к АСУ, возбуждает колебания в обшивке самолета, которая и является излучающей поверхностью. На рисунке 6.2 показано устройство шлейфовой антенны. Маловыступающие шлейф антенны расположены на расстоянии 10-20 см от обшивки, невыступающие в специальных углублениях. Они располагаются вдоль фюзеляжа, киля или крыла и закрываются радиопрозрачным обтекателем.

Для улучшения диапазонных свойств используют комбинированные антенны, состоящие из двух-трех шлейфов, которые могут включаться в различные комбинации при помощи реле, управляемых переключателем поддиапазонов.

Шлейфовые антенны используются как приемные и резервные передающие.

Рис. 6.2 Схема простого шлейфа (а): 1 – фидер; 2 – согласующее устройство; 3 – шлейф; 4 – диэлектрик;

б) места наиболее частого расположения шлейфов на самолете.

Антенны верхнего питания (АВП)

По устройству и принципу действия напоминают антенну-мачту верхнего питания Айзенберга. Oт АСУ питается емкостный возбудитель, изолированный от корпуса самолета узким сдоем диэлектрика. Возбуждение тока в обшивке самолета происходит через емкость между возбудителем и корпусом. В качестве возбудителя используются законцовка крыла, киля, фюзеляжа или специальный штырь обтекаемой формы на киле самолета – рис. 6.3

Рис. 6.3 Штыревая килевая антенна:

1 - штырь; 2 - монтажный люк; 3 - изолятор; 4 - согласующее устройство; 5 - верхний обтекатель киля; 6 - трубопровод; 7 - фидер; 8 - кабель; 9 - наконечник кабеля; 10 - кронштейн.

Достоинство таких антенн: они широкополосны, всенаправлены невыступающие.

Пазовые антенны.

Установлено, что слабонаправленное излучение от корпуса самолета можно получить при помощи пазового возбудителя, который представляет собой вырез в конструкции, заполненный диэлектриком (рис. 6.4). Колебания, возбуждаемые в диэлектрике за счет связи с АСУ передаются металлическому корпусу самолета и излучаются. Наиболее эффективное и всенаправленное излучение возникает, если паз расположен на передней кромке крыла или киля или на законцовке крыла.

Рис. 6.4 Конструкция пазовой антенны

1 – корпус самолета; 2 – паз; 3 – кожух.

Антенны командных радиостанций

Командные радиостанции обеспечивают связь в приаэродромной зоне на расстоянии не более 300-400 км они работаю в диапазоне частот 118-136 МГц вертикально поляризованным лучом. Для получения симметричной ДН в горизонтальной плоскости, антенна должна быть расположена вблизи продольной оси самолета. Зоны возможного расположения показаны на рис. 6.5.

Рис. 6.5 Зоны возможного расположения антенн ближней связи

При выборе места расположения учитывается необходимость развязки с антенной близкого по диапазону курсового приемника, а также связной радиостанции, гармоники сигнала которой могут оказаться в диапазоне командной радиостанции.

Поскольку диапазон частот узкий (коэффициент перекрытия 1,15) можно обеспечить хорошее согласование фидера с широкополосной антенной без каких-либо регулировок. С этой целью в качестве антенны используется "толстый" несимметричный вибратор – штыревая антенна длиной около четверти волны.

Штыревая антенна нижнего питания.

1) Мачтовая антенна. На рис. 6.6 показан эскиз и графики частотных характеристик входного сопротивления антенны АМС-1 (антенна мачтовая самолетная). она пустотелая отлитая из прочного сплава и имеет хорошо обтекаемую форму. Как видно из графиков, в пределах диапазона 118-136 МГц, входное сопротивление антенны меняется незначительно, чем обусловлено сохранение согласования. Антенна устанавливается на диэлектрической плите и питается коаксиальным кабелем.

Рис. 6.6 Антенна АМС-1 и ее входное сопротивление

2) Штыревая антенна верхнего питания.

На рисунке 6.7 показана антенна АШС-1 (антенна широкополосная самолетная с верхним питанием). Изолятор 2 делит антенну на две части. Нижняя часть крепится к фюзеляжу и соединяется с оплеткой фидера. Жила фидера сквозь полую нижнюю часть и изолятор подключается к верхней части которая является емкостным возбудителем. Высота изолятора выбирается так, чтобы входное сопротивление антенны было равно волновому сопротивлению фидера. Это позволяет улучшить согласование. Существует полусогнутая и Г-образная модификация такой антенны. Они оказывают меньшее аэродинамическое сопротивление.

Рис. 6.7 Антенна АШС-1: 1 – изолированная часть антенны; 2 – изолятор; 3 – основание антенны; 4 – фланец; 5 – разъем

Печатные и комбинированные антенны.

Технология печатного монтажа позволяет получить малогабаритные широкополосные антенны с элементами согласования. Такая антенна состоит из тонкой печатной платы, закрытой диэлектрическим обтекателем, имеющим форму лопасти и оказывающим незначительное аэродинамическое сопротивление.

Антенна верхнего питания с использованием полосковых линий изображена на рисунке 6.8. Внутренняя плата состоит из полоски 1, верхнего полувибратора 2 и согласующего устройства 3. Внутренняя плата закрыта тонкими пластинами диэлектрика 7 и 8, на которые нанесено широкое металлическое покрытие 6 и 9. Оно образует с полосками 1 и 3 полосковые линии. Так на внешних сторонах пластин 6 и 9 возникает за счет емкостной связи с возбудителем 1 ток, как в любой антенне верхнего питания.

Существуют комбинированные антенны, в которых на одной печатной плате размещены несколько антенны различного диапазона, а также элементы согласования и развязки.

Рис. 6.8 Печатная антенна с элементами согласования на полосковых линиях

Поверхностные килевые антенны.

Представляют собой широкополосные вибраторы, изготовленные из тонкой фольги или сетки. На рис. 6.9 показаны две поверхностные антенны размещенные на киле самолета АН-24. Они наклеиваются на диэлектрическую вставку киля. Их основное преимущество – нулевое аэродинамическое сопротивление. По электрическим параметрам они не уступают выступающим антеннам.

Рис. 6.9 Поверхностная антенна самолета Ан-24: 1 и 2 – поверхностные антенны; 3 – верхняя часть руля поворота, выполненная из диэлектрика; 4 и 5 – лючок для подхода к высокочастотным разъемам; 6 – трубка для монтажа кабелей; 7 – фидер; 8 – высокочастотный разъем; 9 – бобышка.