ES2273315T3 - Conjunto de antena para hueco de ventana de avion. - Google Patents

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Abstract

Un conjunto de de antena (10) portador de carga conforme que comprende: una bandeja (18) conformada para formar una cavidad; un elemento de antena (26) dispuesto dentro de la bandeja; y una conexión (61) para acoplar una señal al elemento de antena, caracterizado por la bandeja que está configurada para ser montada en un hueco de ventana de avión (102) en uso, de manera que la bandeja forme un cierre estanco a la presión con el hueco de ventana de avión.

Description

Conjunto de antena para hueco de ventana de avión.
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Campo de la invención
La invención se refiere a conjuntos de antena, y más particularmente a conjuntos de antena para uso en aviación.
Antecedentes de la invención
La aviación moderna tiene una necesidad de disponer de comunicación por radio a través de una diversidad de gamas de frecuencia y modos de comunicación. Por ejemplo, la comunicación por radio puede ser en la banda de UHF o en la banda L. Con objeto de comunicarse con eficacia el avión debe incluir antenas múltiples colocadas en diversos lugares del avión. Normalmente, el avión puede incluir antenas montadas detrás del revestimiento del avión transparente a las ondas de radio, y/o antenas de láminas exteriores montadas en el revestimiento del avión. Las antenas de láminas son pequeñas aletas que sobresalen del revestimiento del avión las cuales se utilizan como elementos de radiación. Las antenas de láminas son ajustadas eléctricamente a través de redes de ajuste de la impedancia del equipo transmisor y receptor.
Las antenas de láminas son aerodinámicamente ineficientes porque sobresalen del revestimiento del avión. Normalmente, las antenas de láminas múltiples se emplean en el avión para acomodar bandas de comunicaciones múltiples (por ejemplo, UHF, VHF/FM, VHF/AM). Las antenas de láminas se fabrican para resistir las fuerzas a las que son sometidas las antenas. No obstante, las antenas de láminas todavía son susceptibles de ser dañadas por choque. Además, las antenas de láminas no añaden resistencia estructural alguna al avión, y pueden influir en el rendimiento aerodinámico del avión.
Además, dentro del revestimiento del avión pueden embeberse elementos de radiación de antena del avión. Tales elementos de radiación proporcionan una estructura de antena al avión que va estructuralmente integrada dentro del revestimiento del mismo. No obstante, estas estructuras de antena embebidas normalmente son difíciles de fabricar y de instalar. Adicionalmente, las estructuras de antena embebidas no presentan características ventajosas ideales.
Un problema importarte con el que se enfrentan algunos aviones es la falta de espacio en las superficies superior e inferior del fuselaje para montar antenas. Si fuera posible trasladar las antenas de láminas existentes, en el fuselaje del avión se dispondría de área superficial adicional para nuevas antenas. Además, podría reducirse la interferencia colateral con las antenas de láminas existentes.
La Patente US 4132995 divulga una antena de ranura con soporte de cavidad según se ha definido en la parte pre-caracterizadora de la Reivindicación 1.
La patente US 6198445 divulga una estructura de antena con portador de carga conforme que es un elemento estructural de un avión, sujeto a su revestimiento exterior.
La presente invención aborda las deficiencias mencionadas más arriba en diseños de antenas de avión anteriores proporcionando un conjunto de antena que puede encajar en huecos existentes en un avión en partes del fuselaje no utilizadas con anterioridad para montar antenas.
Resumen de la invención
En la Reivindicación 1 se ha definido un conjunto de antena con portador de carga conforme fabricado de acuerdo con esta invención.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 Es una representación ilustrada de las estructuras de antenas que plasman esta invención montadas en huecos de ventanas de avión.
La fig. 2 es una vista explosionada de un conjunto de antena fabricado de acuerdo con una realización de la invención.
La Fig. 3 es una vista en planta del elemento de antena del conjunto de antena de la Fig. 2.
La Fig. 4 es una vista en sección transversal del elemento de antena de la Fig. 3 tomada a lo largo de la línea 4-4.
La Fig. 5 es una vista en planta de otro conjunto de antena fabricado de acuerdo con la invención.
La Fig. 6 es una vista en sección transversal del elemento de antena del conjunto de antena de la Fig. 5.
La Fig. 7 es una vista en perspectiva de una bandeja que puede ser empleada en los conjuntos de antena de esta invención.
La Fig. 8 es una vista en planta de un elemento de radiación de antena alternativo que puede ser empleado en los conjuntos de antena de esta invención.
La Fig. 9 es una vista en planta de un elemento de radiación de antena alternativo que puede ser empleado en los conjuntos de antena de esta invención.
La Fig. 10 es una vista en planta de una porción de un conjunto de antena montada en un hueco de ventana del fuselaje de un avión.
La Fig. 11 es una vista en detalle mostrando hardware empleado para conectar la bandeja del conjunto de antena al hueco de ventana del avión.
Descripción detallada de la realización preferente de la invención
Haciendo referencia a los dibujos, La Fig. 1 es una representación ilustrada de los conjuntos de antena que plasman esta invención 10, 12, y 14 montados en huecos de ventanas del fuselaje de un avión 16. Los conjuntos de antena incluyen obturadores de ventana y elementos de antena soportados por los obturadores de ventana. El avión moderno es un recipiente a presión cerrado herméticamente que contiene una atmósfera cercana a la presión al nivel del mar. El obturador de ventana debe diseñarse para hacer frente sin fallo alguno a la presión máxima en el avión. Además, los obturadores de ventana deben resistir las descompresiones rápidas en cabina.
La Fig. 2 es una vista explosionada de un conjunto de antena de UHF 10 fabricado de acuerdo con una realización de la invención, y muestra cómo encaja la antena en un hueco de ventana de avión. El conjunto de antena 10 incluye una bandeja 18 que proporciona rigidez estructural. Dentro de la bandeja va posicionada una antena 20 e incluye una línea de tira metálica 22 soportada por una placa de material dieléctrico 24 y una pluralidad de elementos de radiación 26, 28, 30 y 32 acoplados eléctricamente a la línea de tira. La bandeja forma una cavidad que va posicionada detrás de la antena, formando así una antena con soporte de cavidad. Entre la antena y el bastidor de ventana del avión 34. Entre la antena y el bastidor de ventana del avión 34 va posicionada una empaquetadura conductora 36. La antena está formada para ajustar dentro de un hueco de ventana del fuselaje del avión 34.
La Fig. 3 es una vista en planta esquemática del elemento de antena del conjunto de antena de la Fig. 2, y la Fig. 4 es una vista en sección transversal del elemento de antena de la Fig. 3 tomada a lo largo de la línea 4-4. La línea de tira metálica 22 se muestra embebida en la placa de material dieléctrico 24. Adyacente a la parte posterior de la placa de material dieléctrico 24 va posicionada una capa o lámina metálica 38. Adyacente a la parte anterior de la placa de material dieléctrico 24 va posicionada una capa metálica 37. Una línea de alimentación 40 va conectada eléctricamente a la línea de tira metálica 22 y a la capa metálica 38. La capa metálica 37 cubre toda la superficie superior del elemento de antena, excepto donde son practicadas las ranuras. La capa metálica 38, en la parte inferior de la antena, forma un plano de base. Para conectar eléctricamente la capa metálica superior 37 y la capa metálica inferior 38 se emplea una cinta de cobre alrededor de la periferia del elemento de antena. La capa metálica inferior 38 va conectada eléctricamente a la bandeja durante el montaje empleando un adhesivo conductor.
La Fig. 5 es una vista en planta de otra estructura de antena 50 fabricada de acuerdo con esta invención. La estructura de antena 50 incluye una antena 52 montada en una bandeja 54. La bandeja está formada para ajustar dentro de un hueco de ventana en un fuselaje de avión. La antena incluye una línea de tira metálica 56 embebida en el substrato dieléctrico y una rendija de radiación 58 que va acoplada a la línea de tira metálica. La rendija 58 es grabada por ataque químico de una placa metálica 60 que cubre el frente de la antena. En la bandeja va montado un conector 61 y es empleado para suministrar una señal a la línea de tira metálica.
La Fig. 6 es una vista en sección transversal de la antena 50 mostrada en la Fig. 5. En la Fig. 6, una capa metálica 64 cubre la cara posterior de la placa de material dieléctrico y va conectada eléctricamente a la bandeja 54. Una segunda capa metálica 60 va posicionad en la cara anterior de la placa dieléctrica. En la segunda capa metálica adyacente al elemento de radiación 56 de una antena de ranura pueden formarse una o más ranuras. El conector se emplea para realizar una conexión eléctrica adicional a esta capa metálica.
La Fig. 7 es una vista en perspectiva de la cara posterior de la bandeja 54 de la estructura de la Fig. 5. La bandeja 54 incluye una porción rebajada 68 que es eliminada mediante fresado de la parte anterior de la bandeja, creando de ese modo un volumen en el cual puede instalarse un elemento de antena y cableado de RF. A lo largo del borde de la bandeja va provista una pestaña 70. Cuando la bandeja va montada en un hueco de ventana de avión, una empaquetadura conductora va posicionada adyacente a la pestaña y en contacto eléctrico con una porción del fuselaje del avión.
La Fig. 8 es una vista en planta esquemática de una antena de Banda-L 80 que puede ser empleada en los conjuntos de antena de esta invención. La antena 80 incluye una línea de tira metálica 82 y una abertura de radiación 84 acoplada eléctricamente a la línea de tira metálica. Una placa de material dieléctrico 86 soporta la línea de tira metálica. Posicionado adyacente a la parte posterior de la placa de material dieléctrico va provisto un plano posterior conductor en forma de capa metálica. En la cara anterior de la placa dieléctrica va posicionada una segunda placa metálica 88 y la abertura de radiación 84 es grabada por ataque químico en esta capa. Una línea de alimentación puede conectarse eléctricamente a la línea de tira metálica y a la capa metálica tal como se ha mostrado en las realizaciones descritas con anterioridad.
La Fig. 9 es una vista en planta de una antena alternativa 90 que puede emplearse en los conjuntos de antena de esta invención. La antena incluye una línea de tira metálica 92 y una rendija de radiación 94 acoplada eléctricamente a la línea de tira metálica trapezoidal. Una placa de material dieléctrico 96 soporta la línea de tira metálica. En la cara anterior de la placa dieléctrica va posicionada una segunda placa metálica 98, y la rendija de radiación 94 es grabada por ataque químico en esta capa. Una línea de alimentación puede conectarse eléctricamente a la línea de tira metálica y a la capa metálica tal como se ha mostrado en las realizaciones descritas con anterioridad.
Las antenas empleadas en los conjuntos de esta invención pueden fabricarse empleando una pluralidad de capas de material pelicular dieléctrico y adhesivo. Ciertas capas de material laminar dieléctrico pueden ser plaqueadas con un metal, tal como cobre, que puede ser grabado por ataque químico para formar líneas de tiras metálicas y elementos de radiación de la antena. La Tabla 1 muestra ejemplos de estructuras de antenas.
TABLA 1 Estratificado de Prototipo de Elemento de Antena
101 
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102
Esta invención proporciona una Estructura de Antena Portadora de Carga Conforme (EACC) [Conformal Load Bearing Antenna Structure (CLAS)] diseñada para reemplazar un obturador de ventana de avión existente y mantener la presión en cabina del avión. La tecnología CLAS puede paliar el congestionamiento de antenas permitiendo que las antenas existentes a instalar en lugares del fuselaje no utilizados actualmente.
La invención hace posible reemplazar antenas UHF y de laminas de Band-L empleadas con anterioridad con antenas conformes que pueden ajustar en ventanas laterales del fuselaje de la misma forma que los obturadores de ventana existentes. A efectos de esta descripción, las antenas de Banda-L abarcan la gama de frecuencias de 969 MHz-1215 MHz, y las antenas UHF abarcan la gama de frecuencias de 225 MHz-400 MHz.
Las antenas de esta invención pueden instalarse como sustituciones directas de los obturadores de ventana empleados con anterioridad para reemplazar las ventanas de avión. Estos conjuntos de antena de obturador de ventana se han diseñado de manera que no violen de forma inaceptable la estructura interior del avión. Las realizaciones descritas emplean un alimentador de línea de tira metálica que excita elementos de radiación de ranura. Las antenas CLAS van destinadas a ser instaladas por parejas, en los laterales izquierdo y derecho del fuselaje aproximadamente en la misma posición del fuselaje, y conectados entre si a una radio que utilice un acoplador.
El elemento de antena de Banda-L puede ser montado empleando material Rogers Duroid™. La línea de tira metálica y la ranura pueden ser grabadas por ataque químico en el plaqueado de cobre de la placa de Duroid™ empleando técnicas estándar de grabado por ataque químico de placas de circuito impreso.
Los conjuntos de antena pueden fabricarse en tres etapas: fabricación de elemento de antena, fabricación de bandeja de antena, montaje final. Los elementos de antena de UHF y de Banda-L son subconjuntos que comprenden el alimentador de línea de tira metálica y ranuras de radiación apropiados. La bandeja de antena puede proporcionar un alojamiento común para ambos tipos de antena. El montaje final incluye las etapas de conectar el elemento de antena dentro de la bandeja de antena y conectar un cable corto de puenteo de RF entre el elemento de antena y la bandeja de antena.
La línea de tira metálica y las capas de ranuras pueden ser grabadas por ataque químico empleando técnicas estándar de grabado por ataque químico de placas de circuito impreso fotorresistentes. Los conectores end-launch personalizados pueden fabricarse a partir de conectores SMA bulkhead estándar y placas de latón. Una vez de recortar, puede ser hermetizado a RF empleando cinta de cobre la cual va estañosoldada a los planos de base anterior y posterior de los elementos de antena. La cinta de cobre puede tener una anchura de, por ejemplo, una pulgada (2,54 cm).
La bandeja de antena funciona como alojamiento del elemento de antena, como un montaje del conector de RF al cable coaxial transmisor/receptor, y como el cierre estanco a la presión sobre todo el hueco de ventana del fuselaje. La bandeja de ventana fue diseñada como obturador a la presión con la cara exterior conteniendo el elemento de antena y un conector eléctrico del tipo bulkhead montado a través de la bandeja. El propio elemento de antena no juega papel alguno en la estabilidad mecánica de la antena o en proporcionar el cierre estanco a la presión. El mismo diseño de bandeja de antena puede emplearse tanto para antenas de obturadores de ventana de UHF como de Banda-L.
La Fig. 10 es una vista en planta de una porción de un conjunto de antena 100 montado en un hueco de ventana 102 de un fuselaje de avión 104 Una tira de unión 106 va conectada entre la antena y la estructura del avión para portar corrientes de alumbrado. Diez clips de montaje 105 sujetan la antena de obturador de ventana al fuselaje. La Fig. 11 es una vista de detalle mostrando uno de los clips de montaje empleados para conectar la bandeja al hueco de ventana del avión. El clip de montaje consta de un soporte 108 que va sujeto al bastidor de ventana 104 por un remache 112 y empuja contra el conjunto de antena utilizando el perno 114. Entre el borde exterior del conjunto de antena 100 y el fuselaje 104 va colocada una empaquetadura EMI 116, y proporciona conexión eléctrica además de cierre estanco a la presión.
La bandeja de antena debe mantener un cierre estanco a la presión alrededor de la periferia de la antena donde la misma se acopla con el fuselaje del avión. Además, este cierre estanco a la presión debe ser eléctricamente conductor. Es preciso que el plano de base del elemento de antena sea conectado eléctricamente a la estructura del avión alrededor de su periferia para lograr el rendimiento de antena deseado y reducir la radiación electromagnética en la cabina del avión. Entre los conjuntos de antena y el bastidor del obturador de ventana del fuselaje deberá mantenerse un cierre estanco. Alrededor de las de la periferia de las antenas puede colocarse una empaquetadura elastomérica de silicona conductora. Excepto la sustitución de la empaquetadura, la antena del obturador de ventana se acopla al fuselaje utilizando el mismo hardware que el obturador de ventana original. Las bandejas de antena pueden ser mecanizadas a partir de bloques sólidos de aluminio, empleando una fresadora con control numérico, y acabado revestido.
En la bandeja de antena puede instalarse un conector RF tipo-N de bulkhead con un puente semi-rígido terminado en un conector RF tipo-SMA, con el conector tipo-N de bulkhead sobresaliendo de la parte posterior de la bandeja de antena. El conector SMA del otro extremo del puente se acopla al conector del elemento de antena. Después, el elemento de antena se conecta a las bandejas de antena utilizando adhesivo conductor. La holgura entre el elemento de antena y el interior de la bandeja de antena puede ser sellada ortogonalmente alrededor de la periferia utilizando adhesivo no conductor. Podría acomodarse una placa cubierta ahondando la cavidad del cable corto de puenteo o haciendo que el cable corto de puenteo salga en ángulo recto del conector de bulkhead.
El aislamiento de radio frecuencia medido indica que antenas de Banda-L adyacentes fabricadas de acuerdo con esta invención han mostrado un aislamiento adicional de aproximadamente 10 dB con respecto a las antenas de láminas de Banda-L separadas de forma similar.
Los conjuntos de esta invención incluyen una bandeja que es una sustitución estructural de los obturadores de ventana existentes. Una porción de la bandeja es fresada de manera que cualquier elemento de antena arbitrario pueda ser conectado y acoplado a un conector en la cara posterior de la bandeja. Aunque han sido descritas antenas UHF y de Banda-L, esta misma bandeja podría albergar elementos de antena diseñados para cualquier frecuencia prácticamente, sujeta solamente a la limitación de las dimensiones del volumen disponible en la bandeja.
Aunque la invención ha sido descrita en términos de lo que son actualmente sus realizaciones preferentes, resultará evidente para los expertos en la materia que en las realizaciones preferentes pueden llevarse a cabo diversos cambios sin salirse del alcance de la invención, la cual se ha definido mediante las reivindicaciones.

Claims (9)

1. Un conjunto de de antena (10) portador de carga conforme que comprende:
una bandeja (18) conformada para formar una cavidad;
un elemento de antena (26) dispuesto dentro de la bandeja; y
una conexión (61) para acoplar una señal al elemento de antena, caracterizado por la bandeja que está configurada para ser montada en un hueco de ventana de avión (102) en uso, de manera que la bandeja forme un cierre estanco a la presión con el hueco de ventana de avión.
2. El conjunto de antena de la Reivindicación 1, en el que, el elemento de antena comprende una línea de tira metálica (22) soportada por una placa dieléctrica (24), y al menos un elemento de radiación (26) acoplado a la línea de tira metálica.
3. El conjunto de antena de la Reivindicación 2, en el que, el elemento de antena comprende además un plano de base anterior (37) posicionado en una primera cara de la placa dieléctrica y un plano de base posterior (38) posicionado en una segunda cara de la placa dieléctrica con el plano de base anterior formando una o más ranuras adyacentes al elemento de radiación.
4. El conjunto de antena de la Reivindicación 1, que comprende además una empaquetadura conductora (36) posicionada adyacente al perímetro del elemento de antena, conectando eléctricamente la antena al fuselaje del avión y proporcionando el cierre estanco a la presión.
5. El conjunto de antena de la Reivindicación 1, que comprende además una tira de conexión (106) para portar corrientes de alumbrado desde la estructura de antena al fuselaje (16) del avión.
6. Conjunto de antena de la Reivindicación 3, en el que, el plano de base anterior y el plano de base posterior van conectados eléctricamente el uno al otro.
7. El conjunto de antena de la Reivindicación 3, en el que el plano de base va conectado eléctricamente a la bandeja.
8. El conjunto de antena de la Reivindicación 1, en el que, el elemento de antena comprende una línea de tira metálica trapezoidal (92).
9. Un hueco de ventana de un fuselaje de avión (102), y un conjunto de antena (10) según cualquier reivindicación precedente, siendo montada la bandeja en el hueco de ventana de avión (102) para formar el cierre estanco a la presión.
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