CN103872453A - 用于天线罩的避雷***以及相关联的组装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于天线罩的避雷***，该***包括定位在天线罩（R）的内壁上的至少一个避雷带（b1，b2，...，b6），其特征在于，避雷带在天线罩的内壁上限定如下的曲线：该曲线在其所有点处基本上垂直于由天线所辐射的穿过天线罩的内壁的电场矢量的极化方向。

Description

用于天线罩的避雷***以及相关联的组装方法
技术领域
本发明涉及一种用于天线罩的避雷***以及一种用于在天线罩上组装该避雷***的方法。本发明特别有利地可应用于飞行器天线罩。
背景技术
在飞行器的飞行期间，雷电可能引起飞行器的重大损坏。为了保护飞行器并且使可能由雷电引起的损坏最小化，众所周知的是在飞行器的天线罩上放置保护免遭雷电的带。
用于保护免遭雷电的第一已知***由定位在天线罩的外表面上的金属带组成。图1示出了该装置。为了使空气动力问题最小化，金属带b呈辐射状地定位在天线罩的外表面上，从天线罩的***开始并且以天线罩的P尖端为目标。该金属带被电连接至飞行器的接地。当雷电袭击天线罩时，金属带b将雷电引导至飞行器的接地。
为了消除空气动力问题，根据现有技术已知一种***，在该***中，金属带定位在天线罩的内部，并且雷电利用与天线罩的外壁平齐的金属螺柱被附接在天线罩上。申请人于2007年12月11日提交的、申请号为0759733、名称为“Système parafoudre et aéronef comportant un tel système（避雷***以及包括该***的飞行器）”的专利申请中描述了这样的***。出于对金属带至飞行器的机身的连接以及对称性的考虑，该金属带呈辐射状地定位在天线罩的内表面上。图2示出了与天线罩的外壁平齐的金属螺柱1和位于天线罩的内表面上的避雷带b之间的连接。使用间隔器EN将金属螺柱1固定在天线罩R的壁中，并且金属带b被拧紧到金属螺柱1上。因此，袭击天线罩的外壁2的侧面上的金属螺柱1的雷电F被引导至位于天线罩的内壁3的侧面上的带b。
尽管该第二装置可以解决空气动力问题，但是金属带的位置继续干扰由天线发出的辐射。事实上，由于呈辐射状定位在天线罩的内表面上的金属带b的存在，较大的范围内所发出的总能量低于在没有带的情况下所发出的总能量。同样地，辐射模式相对于在没有带的情况下可能获得的模式而言也被干扰。
本发明不具有上述缺点。
发明内容
本发明涉及一种用于天线罩的避雷***，该天线能够朝着天线罩的内壁来辐射具有预定的直线极化方向的电场，该***包括定位在天线罩的内壁上的至少一个避雷带，其特征在于，避雷带在天线罩的内壁上限定如下的曲线：该曲线在其每个点处基本上垂直于电场矢量的预定的直线极化方向。
在本发明的背景下，表述“基本上垂直”必须理解为例如在大约25°的范围内垂直。
根据本发明的附加特征，由避雷带限定的曲线基本上垂直于一组线段，对于天线的失准，这组线段中的每个线段对应于如下的直线段（straight line segment）沿着垂直于包含天线的平面的方向在天线罩的内壁上的投影：该直线段以天线的中央辐射直线元件为中心并且具有与电场矢量的预定的极化方向平行的方向，该电场矢量可以由所述中央辐射直线元件来辐射，这组线段对于天线的多个失准来确定。
根据本发明的另一附加特征，由避雷带所限定的曲线基本上垂直于至少一个附加线段，该至少一个附加线段是对应于天线的邻接件（abutment）的投影线段朝着天线罩的***并且直到位于界定天线罩的雷电区域的边界（contour）附近的点的延伸，所述线段的延伸对应于在天线罩的内壁与包括所述投影线段和以所述直线元件为中心的直线段的平面之间的交线。
根据本发明的再一附加特征，避雷带连接至位于界定天线罩的雷电区域的边界之外的电接地。
根据本发明的再一附加特征，天线的多个失准包括天线的整个无线电插槽。
本发明还涉及一种包括天线罩和能够朝着天线罩的内壁辐射具有预定的直线极化方向的电场的天线的装置，天线罩设置有避雷***，其特征在于，该避雷***是根据本发明的一种***。
本发明还涉及包括具有天线罩和天线的装置的飞行器：该装置包括天线罩和能够朝着天线罩的内壁辐射具有预定的直线极化方向的电场的天线，其特征在于，该装置是根据本发明的一种装置。
本发明还涉及一种用于在天线罩的内壁上组装避雷***的方法，天线能够朝着天线罩的内壁辐射具有预定的直线极化方向的电场，该方法包括在天线罩的内壁上组装至少一个避雷带，其特征在于，避雷带的组装被进行为所述带遵循如下的曲线：该曲线在其每个点处基本上垂直于电场矢量的预定的直线极化方向。
根据本发明的方法的一个附加特征：
确定一组线段，对于天线的失准，这组线段中的每个线段由如下的直线段沿着垂直于包含天线的平面的方向在天线罩的内壁上的投影来确定：该直线段以天线的中央辐射直线元件为中心并且具有与电场矢量的预定的直线极化方向平行的方向，该电场矢量可以由所述中央辐射直线元件辐射，这组线段对于天线的多个失准来确定，以及
避雷带定位在天线罩的内壁上使得被所述带截断的线段基本上垂直地被截断。
根据本发明的方法的一个附加特征：
这组线段的确定还包括：对于邻接天线的失准，朝着天线罩的***并且直到位于界定天线罩的雷电区域的边界附近的点来投影的线段的延伸，线段的延伸对应于天线罩的内壁与包括以所述直线元件为中心的直线段和投影线段的平面之间的交线，以及
避雷带在天线罩的内壁上被延伸使得：由延伸产生的投影线段基本上垂直地被所述带截断。
附图说明
在参照附图来阅读本发明的一种优选的实施方式时，本发明的其他特征和优点将显现，其中：
图1（已经描述）示出了根据现有技术的第一避雷***；
图2（已经描述）示出了根据现有技术的第二避雷***的详细视图；
图3示出了作为非限制性示例的根据本发明的配备有避雷***的天线罩的内壁的正视图；
图4A至图4B、图5A至图5B以及图6A至图6B象征性地示出了根据本发明的分别对应于辐射的电磁波的三种不同的直线极化方向的三个避雷***；
图7A和7B示出了作为非限制性示例的适合于图3所示的避雷***的布置的几何图；以及
图8示出了适合于图7A和7B所示的几何图的设计的雷达天线面板。
在所有的附图中，相同的附图标记表示相同的元件。
具体实施方式
图3示出了作为非限制性示例的根据本发明的配备有避雷***的天线罩的内壁的正视图。
根据本发明的避雷***包括分布在天线罩的内壁上的六个金属带b1至b6。每个避雷带限定如下的曲线：该曲线在其所有点处基本上垂直于由面向天线罩的天线所辐射的电场矢量的直线极化方向。根据所选择的示例，面向天线罩的天线（图中未示出）是辐射如下电磁波的平板天线：该电磁波的电场以45°被直线地极化。由天线所辐射的电场矢量的极化方向由线段S1，S2，...，Sj，...，SN象征性地来示出，参照本说明书的图7A至图7B对这些线段的构造进行概述。
每个避雷带通过正如先前参照图2所描述的一组金属螺柱1来连接至天线罩的外部。天线罩的内壁的雷电区域由闭合曲线E来界定。在曲线E之外，每个避雷带连接至飞行器的接地。在其自身已知的方式中，天线罩的最中央的部分不具有避雷带（图3所示的圆C内部的天线罩的区域）。
图4A至图4B、图5A至图5B以及图6A至图6B象征性地示出了根据本发明的分别对应于辐射的电磁波的三种不同直线极化方向的三个避雷***。
图4A至图4B象征性地示出了由图3详细地示出并且对应于以45°被极化的辐射波的情况。图4A示出了避雷带在天线罩的内壁上的位置，以及图4B示出了由天线所辐射的相应电磁场的配置。
图5A至图5B象征性地示出了垂直极化的辐射波的情况。图5A示出了避雷带在天线罩的内壁上的位置，以及图5B示出了由天线辐射的相应电磁场的配置。
图6A至图6B象征性地示出了水平极化的辐射波的情况。图6A示出了避雷带在天线罩的内壁上的位置，以及图6B示出了由天线辐射的相应电磁场的配置。
所有的附图示出了基本上垂直于辐射的电场矢量的方向的避雷带的定位。
根据本发明，建立避雷带的方位和由天线所辐射的波的电场的直线极化方向之间的关系具有许多优势。事实上，建立这种关系使得天线罩的透明性的损耗显著降低，例如大约3%的降低。因此，可以在气象现象的检测方面获得范围增益和灵敏度增益。建立这种关系还使得由天线发出的光束的变形显著减少，从而引起由天线罩的存在所生成的旁瓣电平的增加的例如3dB的下降。因此，例如通过防止将不位于天线的轴线上的云端上的旁瓣的任何反射考虑在内，提高了气象检测的可靠性。同样地，降低了地面回波的影响，这提高了接收信号的质量并且降低了风切变检测***或PWS（Predictive WindShear system,预测风切变***）的错误警报的可能性。此外，光束的轴偏差降低，从而有利于映射或目标监测***的精度。
图7A和7B分别示出了作为非限制性示例的根据图3所示的示例的天线罩的内壁的正视图和横向截面视图，在天线罩的内壁上示出了能够帮助避雷带的定位的几何图。
朝着天线罩辐射的电磁波是一种如下的波：该波的电场以45°被直线地极化。图8示出了辐射这样的波的雷达天线面板的正视图。天线的表面限定了以正交参考（X，Y）为中心的圆，X轴和Y轴在飞行器在地面上时基本上与水平线和垂直线结合。天线能够围绕X轴和Y轴中的每个轴移动（围绕X进行方位角旋转以及围绕Y轴进行仰角旋转）。天线设置有在参考（X，Y）中以45°被定向的一组狭缝F1、F2......FN等。在这些狭缝中，中央狭缝FC穿过由面板限定的圆的中心。辐射电场的极化是直线的。每个狭缝辐射如下的电磁波：该电磁波的电场具有垂直于狭缝的轴线的方向。
图7A的几何图示出了分布在天线罩的内壁上的一组线段Si(i=1，2，...，N)的正视图。这些线段被容纳到如下的闭合曲线E中：该闭合曲线E对于天线的所有可能的失准来界定天线罩的内壁的雷电区域。
对于给定的天线失准，线段Si对应于如下的直线段沿着垂直于包含天线的表面的平面的方向在天线罩的内壁上的投影：该直线段以中央直线元件FC为中心并且具有与由所述中央直线元件所辐射的电场矢量的极化方向平行的方向。对于直径等于70cm的天线，以中央直线元件为中心的直线段的长度例如被选择为等于15cm。然而，其他值也是可以的，例如10cm或20cm。对于天线的多个失准，包括零失准（在天线的轴上的投影）以及与天线邻接的失准，中央直线段被投影到中央直线元件上。优选地，天线的多个失准包括天线的整个无线电插槽。
根据本发明，对应于天线处于邻接件中的情况下的投影线段朝着天线罩的***延伸。因此，投影线段的延伸对应于天线罩的内壁与包括投影线段和以直线元件为中心的直线段的平面之间的交线。参照图7A，投影线段Sk因此延伸了投影线段Sj。
一旦确立了线段Si的几何结构，则金属带通过附接所选择的布局点使得通过这些点所绘制出的曲线基本上垂直于曲线所截断的线段被组装在天线罩的内表面上。将两个连续的布局点分开的距离在曲线距离上例如等于20cm。天线罩的内侧与外侧之间的一定数量的通道点为了想要固定金属带的螺钉的通道也被概述。金属带可以是刚性的（并且因此具有先前已经给出的合适的形状），或者可以是柔性的，以更好的符合所期望的形状。
在之前的描述中，已经将本发明更具体地描述用于飞行器上的天线罩。然而，更一般地说，不管天线罩是否在飞行器上，本发明应用于与天线相关的任何类型的天线罩。

Claims (12)

1.一种用于天线罩的避雷***，天线能够朝着所述天线罩的内壁辐射具有预定的直线极化方向的电场，所述***包括定位在所述天线罩的内壁上的至少一个避雷带，其特征在于，所述避雷带在所述天线罩的所述内壁上限定如下的曲线：所述曲线在所述曲线的每个点处基本上垂直于电场矢量的所述预定的直线极化方向。
2.根据权利要求1所述的***，其中，由所述避雷带所限定的所述曲线基本上垂直于一组线段（S1，S2，...，SN），对于所述天线的失准，所述一组线段中的每个线段对应于如下的直线段沿着垂直于包含所述天线的平面的方向在所述天线罩的所述内壁上的投影：所述直线段以所述天线的中央辐射直线元件（FC）为中心并且具有与所述电场矢量的所述预定的极化方向平行的方向，所述电场矢量能够由所述中央辐射直线元件来辐射，所述一组线段对于所述天线的多个失准来确定。
3.根据权利要求2所述的***，其中，由所述避雷带所限定的所述曲线基本上垂直于至少一个附加线段，所述至少一个附加线段是对应于所述天线的邻接件的投影线段的朝着所述天线罩的***并且直到位于界定所述天线罩的雷电区域的边界（E）附近的点的延伸，所述线段的延伸对应于所述天线罩的所述内壁与包括以所述直线元件为中心的所述直线段和所述投影线段的平面之间的交线。
4.根据权利要求3所述的***，其中，所述避雷带（b1，b2，...，b6）连接至位于界定所述天线罩的所述雷电区域的所述边界（E）之外的电接地。
5.根据权利要求2所述的***，其中，所述天线的所述多个失准包括所述天线的整个无线电插槽。
6.一种包括天线罩（R）和天线（A）的装置，所述天线（A）能够朝着所述天线罩（R）的内壁辐射具有预定的直线极化方向的电场，所述天线罩设置有避雷***，其特征在于，所述避雷***是根据权利要求1至5中的任一项所述的***。
7.一种包括具有天线罩（R）和天线（A）的装置的飞行器，所述天线（A）能够朝着所述天线罩的内壁辐射具有预定的直线极化方向的电场，其特征在于，所述装置是根据权利要求6所述的装置。
8.一种用于在天线罩的内壁上组装避雷***的方法，天线能够朝着所述天线罩的内壁辐射具有预定的直线极化方向的电场，所述方法包括在所述天线罩的所述内壁上组装至少一个避雷带，其特征在于，所述避雷带的所述组装被进行为使得所述带遵循如下的曲线：所述曲线在所述曲线的每个点处基本上垂直于电场矢量的所述预定的直线极化方向。
9.根据权利要求8所述的组装方法，其中，确定一组线段（S1，S2，...，SN），对于所述天线的失准，所述一组线段中的每个线段由如下的直线段沿着垂直于包含所述天线的平面的方向在所述天线罩的所述内壁上的投影来确定：所述直线段以所述天线的中央辐射直线元件（FC）为中心并且具有与所述电场矢量的所述预定的直线极化方向平行的方向，所述电场矢量能够由所述中央辐射直线元件来辐射，所述一组线段对于所述天线的多个失准来确定，所述避雷带定位在所述天线罩的所述内壁上使得：由所述带所截断的线段基本上垂直地被截断。
10.根据权利要求9所述的组装方法，其中，所述一组线段的所述确定还包括：对于邻接天线的所述失准，朝着所述天线罩的***并且直到位于界定所述天线罩的雷电区域的边界（E）附近的点来投影的线段的延伸，所述线段的所述延伸对应于所述天线罩的所述内壁与包括以所述直线元件为中心的所述直线段和所述投影线段的平面之间的交线，所述避雷带在所述天线罩的内壁上被延伸使得：由所述延伸产生的投影线段基本上垂直地被所述带（b1，b2，...，b6）截断。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述避雷带（b1，b2，...，b6）连接至位于界定所述天线罩的所述雷电区域的所述边界（E）之外的电接地。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述天线的所述多个失准包括所述天线的整个无线电插槽。
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