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Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Antennenanordnung für ein Flugzeug, die ein Trägerelement und mindestens ein Antennenelement aufweist, das an oder im Trägerelement angeordnet ist, sowie ein Flugzeug mit einer solchen Antennenanordnung.
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Flugzeuge weisen typischerweise eine oder mehrere Antennen auf, über die eine Funkverbindung zwischen dem Flugzeug und externen Vorrichtungen oder Teilnehmern am Boden oder in der Luft, wie zum Beispiel anderen Flugzeugen oder Satelliten, hergestellt werden kann.
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Im Stand der Technik sind solche Antennen unter anderem außen am Flugzeugrumpf montiert worden, so dass sie weit nach außen vom Flugzeugrumpf in die diese umgebende Luft vorstehen. Dadurch erhöht sich nicht nur der Luftwiderstand des Flugzeugs, sondern es wirken auch aerodynamische Kräfte auf die Antennen, die bestrebt sind, die Antenne vom Rumpf zu lösen. Daher müssen für eine sichere Befestigung der Antennen umfangreiche Maßnahmen ergriffen werden, die häufig kompliziert und/oder mit einem hohen Gewicht verbunden sind. Beispielsweise wurden manche Antennenelemente über eine Basisplatte an dem Rumpf befestigt, die ein relativ hohes Gewicht aufweist und zusammen mit dem eigentlichen Antennenelement in die Umgebungsluft vorsteht.
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In anderen Ausgestaltungen wurden Antennenelemente solcher Antennen direkt in die Außenhaut des Flugzeugrumpfes integriert, indem sie als eine Schicht einer mehrschichtigen Außenhaut vorgesehen wurden. Bei derartigen Antennen sind jedoch Wartungsarbeiten und ein späterer Austausch nach der Fertigung aufwändig.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antennenanordnung für ein Flugzeug, die einfach und kostengünstig aufgebaut ist, leicht zu installieren und zu warten ist und ein geringes Gewicht hat, sowie ein Flugzeug mit einer solchen Antennenanordnung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Antennenanordnung für ein Flugzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Flugzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 15 erfüllt. Vorteilhafte Ausführungsformen der Antennenanordnung sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
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Nach der vorliegenden Erfindung ist eine Antennenanordnung für ein Flugzeug oder eines Flugzeugs vorgesehen, die ein Trägerelement mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche auf gegenüberliegenden Seiten des Trägerelements, ein oder mehrere Antennenelemente, die an oder im Trägerelement angeordnet sind, und eine Dichtungseinrichtung aufweist.
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Die erste Oberfläche und die Dichtungseinrichtung sind in der Weise ausgestaltet, dass die Antennenanordnung so auf einem Außenhautabschnitt eines Flugzeugs angeordnet werden kann, dass die erste Oberfläche dem Außenhautabschnitt zugewandt ist, dass sich die Dichtungseinrichtung zwischen dem Trägerelement und dem Außenhautabschnitt und zum Beispiel insbesondere zwischen der ersten Oberfläche und dem Außenhautabschnitt befindet und dass durch die Dichtungseinrichtung, den Außenhautabschnitt und die erste Oberfläche ein oder mehrere Hohlräume definiert werden. Dabei kann z.B. der Außenhautabschnitt eine der ersten Oberfläche entsprechende Form aufweisen, so dass durch die Form der ersten Oberfläche die Form von Außenhautabschnitten bestimmt wird, die zur Verwendung mit dem konkreten Trägerelement und der konkreten Antennenanordnung geeignet sind. Es ist aber auch alternativ oder zusätzlich möglich, dass eine Anpassung zwischen der Form des Außenhautabschnitts und der Form der ersten Oberfläche durch die Dichtungseinrichtung erreicht wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung, auf die weiter unten noch eingegangen wird, ist das Trägerelement und bevorzugt die gesamte Antennenanordnung jedoch flexibel und insbesondere matten- oder folienförmig, so dass sie sich an verschiedene Außenhautabschnitte anpassen kann. Die Dichtungseinrichtung kann unabhängig davon zum Beispiel ein oder mehrere Dichtungselemente, Klebematerial und/oder einen Abschnitt des Trägerelements aufweisen oder dadurch gebildet sein, der zur Anlage an einem Außenhautabschnitt angepasst bzw. vorgesehen ist.
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Wenn mehrere Hohlräume vorgesehen sind, dann sind sie nach der Anordnung des Trägerelements auf dem Außenhautabschnitt voneinander getrennt, so dass eine Luftströmung zwischen den verschiedenen Hohlräumen nicht möglich ist. Die Abdichtung kann zum Beispiel durch die Dichtungseinrichtung erfolgen.
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Das Trägerelement oder die Dichtungseinrichtung weist für jeden der Hohlräume mindestens einen Strömungskanal mit einer ersten und einer zweiten Öffnung an gegenüberliegenden Enden des Strömungskanals auf, wobei sich jeder solche Strömungskanal bevorzugt durch das Trägerelement oder durch die Dichtungseinrichtung erstreckt. jeder der Strömungskanäle ist so ausgestaltet und angeordnet, dass er nach der Anordnung der Antennenanordnung auf dem Außenhautabschnitt den entsprechenden Hohlraum und die Umgebung der Antennenanordnung miteinander verbindet und dass er sich an der ersten Öffnung in den entsprechenden Hohlraum öffnet und an der zweiten Öffnung in die Umgebung öffnet. Somit verbindet die erste Öffnung, die bevorzugt in der ersten Oberfläche ausgebildet ist, den jeweiligen Hohlraum und den Strömungskanal, so dass Luft aus dem Hohlraum durch die erste Öffnung in den Strömungskanal strömen kann. In ähnlicher Weise verbindet die zweite Öffnung den Strömungskanal und die Umgebung der Antennenanordnung, so dass Luft aus dem Strömungskanal durch die zweite Öffnung in die Umgebung strömen kann. Durch die Dichtungseinrichtung werden der Hohlraum oder die Hohlräume nach der Anordnung der Antennenanordnung auf dem Außenhautabschnitt so abdichtet, dass eine Strömung von Luft aus dem Hohlraum bzw. den Hohlräumen heraus nur durch einen der dem betreffenden Hohlraum zugeordneten Strömungskanäle möglich ist.
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Durch diese Ausgestaltung der Antennenanordnung werden die zweiten Öffnungen der Strömungskanäle nach der beschriebenen Anordnung des Trägerelements auf einem Außenhautabschnitt eines Flugzeugs im Flug des Flugzeugs von Luft überströmt und wirken wie bei einer Strahlpumpe als Saugöffnungen, so dass die entsprechenden Strömungskanäle als Saugkanäle wirken, mit denen in den entsprechenden Hohlräumen ein Unterdruck erzeugt wird, der geringer als der Umgebungsdruck ist und somit eine Haltekraft bewirkt, die das Trägerelement und die Antennenanordnung insgesamt an der Außenhaut festhält und abhebenden Kräften aufgrund aerodynamischer Kräfte entgegenwirkt. Da die letzteren abhebenden Kräfte durch dieselbe Luftströmung erzeugt werden, die auch den Unterdruck erzeugt und der Unterdruck somit umso größer ist, je größer die aerodynamischen Effekte sind, die zu den abhebenden Kräfte führen, wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Antennenanordnung selbsttätig und passiv den abhebenden Kräften entgegensteuert. Die Haltekraft wirkt insgesamt einem Abheben entgegen oder verhindert dieses selbständig. Bei der in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehenen flexiblen Ausbildung des Trägerelements, insbesondere in Form einer flexiblen Matte oder Folie, kann zudem in vorteilhafter Weise einem Flattern entgegengewirkt bzw. dieses verhindert werden. Insgesamt ist es bevorzugt, wenn die Strömungskanäle und die zweiten Öffnungen so angeordnet sind, dass bei Überströmung der Antennenanordnung in einer vorbestimmten Richtung nach der beschriebenen Anordnung auf einem Außenhautabschnitt die Strömung über die zweiten Öffnungen von allen der Strömungskanäle strömt. Die Antennenanordnung wird dann bevorzugt so auf dem Außenhautabschnitt orientiert, dass im Flug des entsprechenden Flugzeugs die Antennenanordnung in der vorbestimmten Richtung überströmt wird. Die vorbestimmte Richtung kann insbesondere entgegengesetzt zur Flugrichtung ausgerichtet sein.
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Die Hohlräume können in einfacher Weise so dimensioniert, geformt und angeordnet werden, dass sie einen ausreichenden Teil der ersten Oberfläche und geeignete Teile der ersten Oberfläche abdecken, damit die Haltekraft für die vorgesehene Anwendung ausreichend ist. Da im Betrieb im Wesentlichen statische Bedingungen herrschen, in denen zum Aufrechterhalten des Unterdrucks in den Hohlräumen nur noch Luft, die durch Undichtigkeiten in die Hohlräume gelangt, abgesaugt wird, ist das Volumen der Hohlräume von relative geringer Bedeutung gegenüber der Flächenabdeckung der ersten Oberfläche durch die Hohlräume und ihre Form und Verteilung.
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Die beschriebene Antennenanordnung hat den Vorteil, dass sie zuverlässig und in einfacher Weise auf der Außenhaut eines Flugzeugs, wie zum Beispiel der Außenhaut eines Flugzeugrumpfes oder eines anderen Teils der Struktur, wie etwa einem Flügel oder einem Seitenleitwerk, befestigt werden kann. Insbesondere kann auf eine Klebeverbindung oder zumindest eine groß- oder vollflächige Klebeverbindung sowie auf Befestigungsmechanismen verzichtet werden, die ein hohes Gewicht aufweisen. Klebeverbindungen haben den Nachteil, dass die Kompatibilität zwischen dem eingesetzten Klebematerial und den Materialien der Antennenanordnung berücksichtigt werden muss, was die Materialwahl erheblich einschränkt, da die Materialien auch weitere Anforderungen in Hinblick auf z.B. dielektrische Eigenschaften, Materialalterung, thermische Stabilität, Elastizität und Wärmeleitfähigkeit erfüllen müssen. Großflächige Klebeverbindungen sind darüber hinaus schwer zu warten und zu reparieren, können den Zugang zu z.B. Nietverbindungen unter der Antennenanordnung verhindern, begünstigen das Auftreten von mechanischen Spannungen in der Antennenanordnung bei im Betrieb auftretenden Verformungen der darunter liegenden Außenhaut, können bei normalem Luftaustritt durch die Außenhaut zu Blasenbildung oder lokalen Abhebekräften führen und sind schwer ohne ihre Stabilität beeinträchtigende Lufteinschlüsse herzustellen. Diese Nachteile werden durch die vorliegende Antennenanordnung vermieden.
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Es ist lediglich erforderlich, die Antennenanordnung bereichsweise, d.h. nur an einem oder mehreren einzelnen, voneinander beabstandeten Punkten oder relativ kleinen Abschnitten, mit der Außenhaut zu verbinden bzw. an dieser zu befestigen, da die Antennenanordnung in vorteilhafter Weise einen Mechanismus aufweist, der im Flug den abhebenden Kräften, die durch die Strömung über der Antennenanordnung im Betrieb erzeugt werden, eine entgegengesetzte Haltekraft entgegensetzt, die ebenfalls durch dieselbe Strömung erzeugt wird. Dabei erhöht sich die Haltekraft mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit genauso wie die abhebende Kraft. Die Befestigung kann beispielsweise durch Halteklammern, die sich über das Trägerelement erstrecken und an der Außenhaut oder einem unter der Außenhaut befindlichen Versteifungselement einer Versteifungsstruktur des Flugzeugs befestigt sind, oder durch eine - dann nicht vollflächige - Klebeverbindung erfolgen.
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Außerdem ist es möglich, flexible Antennenelemente und flexible Antennenstrukturen zu verwenden, für die eine Lösung mit einer Adapterplatte zu einem unverhältnismäßig hohen Gewicht führen würde.
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Bevorzugt sind in oder an dem Trägerelement elektrische Leitungen, elektrische Anschlüsse, Masseelemente, Abschirmelemente und/oder Wellenleiter angeordnet. Sie können zum Beispiel in ein Material des Trägerelements, wie zum Beispiel ein flexibles Folienmaterial, eingebettet und/oder auf der zweiten Oberfläche angeordnet sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind mehrere separate Hohlräume vorgesehen, so dass bei einer für einen Hohlraum auftretenden Undichtigkeit, die zu einer Absenkung oder einem Ausfall der entsprechenden Haltekraft im Bereich dieses Hohlraums führt, der oder die anderen Hohlräume nicht betroffen sind. Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, wenn für jeden Hohlraum mehrere separate Strömungskanäle vorgesehen sind, so dass für jeden Hohlraum in Bezug auf die Strömungskanäle Redundanz herrscht und bei z.B. Verstopfung eines Strömungskanals dennoch weiter ein Unterdruck erzeugt werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Öffnung von einem, mehreren oder allen der Strömungskanäle an einem Leitungsabschnitt ausgebildet, in dem sich ein Teil des Strömungskanals erstreckt und der nach der Anordnung der Antennenanordnung auf dem Außenhautabschnitt von dem Trägerelement - und zum Beispiel insbesondere von der zweiten Oberfläche des Trägerelements - bzw. der Dichtungseinrichtung in die Umgebung vorsteht. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass es besonders einfach möglich ist, die zweite Öffnung gezielt in einer Position und/oder in einer Orientierung anzuordnen, in der bei Überströmung der Antennenanordnung die aerodynamischen Effekte, die die Saugwirkung hervorrufen, ausreichend groß oder maximal sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform, die mit der vorhergehenden Ausführungsform kombiniert werden kann, ist die zweite Öffnung von einem, mehreren oder allen der Strömungskanäle in der zweiten Oberfläche oder der Dichtungseinrichtung ausgebildet. Bei Ausbildung in der zweiten Oberfläche öffnet sich die zweite Öffnung in die an die zweite Oberfläche angrenzende Umgebung bzw. die zweite Öffnung verbindet die Umgebung und den Strömungskanal, so dass Luft aus dem Strömungskanal durch die zweite Öffnung in die Umgebung strömen kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Trägerelement ein flächiges Element. Mit anderen Worten hat es zwei gegenüberliegende ausgedehnte Flächen, die in einer Dickenrichtung voneinander beabstandet sind, wobei die Dicke sehr viel geringer als die Ausdehnungen der Flächen ist. Die Dicke kann zum Beispiel 1 bis 5 cm betragen. Das Trägerelement kann zum Beispiel plattenförmig oder matten- oder folienförmig ausgebildet sein. Durch die flächige Ausbildung kann die Antennenanordnung in vorteilhafter Weise auf der Außenhaut angeordnet werden, ohne den Luftwiderstand stark zu erhöhen, wenn das Antennenelement bzw. die Antennenelemente in das Trägerelement integriert sind oder so ausgebildet sind, dass sie nicht oder nicht wesentlich von der zweiten Oberfläche des Trägerelements vorstehen. Letzteres kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass die Antennenelemente auf das Trägerelement aufgedruckt oder anderweitig als Leiterbahnen oder leitende Beschichtungen auf dem Trägerelement vorgesehen werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform - und insbesondere in Ausführungsformen, in denen das Trägerelement in der beschriebenen Weise ein flächiges Element ist - ist das Trägerelement und dadurch bevorzugt die gesamte Antennenanordnung flexibel. Die Flexibilität kann dabei bevorzugt über das gesamte Trägerelement bzw. die gesamte Antennenanordnung oder zumindest entlang zumindest einer Richtung entlang der ersten Oberfläche bestehen. Es ist aber auch denkbar, dass das Trägerelement bzw. die Antennenanordnung abschnittsweise flexibel ausgebildet ist. Das Trägerelement kann bevorzugt ein flexibles Material, wie etwa ein flexibles Kunststoffmaterial, aufweisen, das folien- oder mattenförmig ist und in das die Antennenelemente eingebettet sind oder an dem die Antennenelemente befestigt bzw. auf das die sie aufgedruckt sind. Das Trägerelement ist dann bevorzugt insgesamt matten- oder folienförmig und ist z.B. eine Folie und insbesondere ein Folienbauteil oder weist eine Folie und insbesondere ein Folienbauteil auf. Es ist zu beachten, dass es insgesamt und auch in dieser Ausführungsform bei flexibler Ausgestaltung des Trägerelements möglich ist, dass in dem Trägerelement eine Verstärkungsstruktur vorgesehen ist, die so angeordnet ist, dass während des Betriebs auftretende Lasten zu vorbestimmten Punkten oder Bereichen des Trägerelements geleitet werden, die dann als Befestigungsstellen zur Befestigung des Trägerelements an der Außenhaut bzw. einer darunter befindlichen Versteifungsstruktur benutzt werden können. Eine solche Verstärkungsstruktur muss aber nicht vorhanden sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform - die insbesondere mit den beschriebenen Ausführungsformen kombiniert sein kann, in denen das Trägerelement flexibel und bevorzugt flächig ist - weist die erste Oberfläche eine oder mehrere Vertiefungen auf, von denen jede nach der Anordnung der Antennenanordnung auf dem Außenhautabschnitt einen der Hohlräume zumindest teilweise oder bevorzugt vollständig definiert. Durch die Vertiefungen werden die Hohlräume nach der Anordnung auf einem Außenhautabschnitt auch dann definiert, wenn die erste Oberfläche außerhalb der Vertiefungen an der Außenhaut anliegt, wobei ggf. noch die Dichtungseinrichtung zwischen der ersten Oberfläche und der Außenhaut angeordnet sein kann. Die Antennenanordnung der vorliegenden Erfindung lässt sich dann auch unabhängig von der Anordnung auf der Außenhaut wie folgt definieren: Die Antennenanordnung für ein Flugzeug oder eines Flugzeugs weist ein Trägerelement mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche auf gegenüberliegenden Seiten des Trägerelements, ein oder mehrere Antennenelemente, die an oder im Trägerelement angeordnet sind, und eine Dichtungseinrichtung auf. Die Dichtungseinrichtung ist in Kontakt mit dem Trägerelement und bevorzugt mit der ersten Oberfläche bzw. kann damit in Kontakt gebracht werden. Die erste Oberfläche weist die eine oder die mehreren Vertiefungen auf. Das Trägerelement oder die Dichtungseinrichtung weist für jede der Vertiefungen mindestens einen Strömungskanal mit einer ersten und einer zweiten Öffnung an gegenüberliegenden Enden des Strömungskanals auf, wobei sich jeder solche Strömungskanal bevorzugt durch das Trägerelement oder durch die Dichtungseinrichtung erstreckt. Jeder der Strömungskanäle ist so ausgestaltet und angeordnet, dass er die entsprechende Vertiefung und die Umgebung der Antennenanordnung abseits der Vertiefung bzw. an einer anderen Seite des Trägerelements miteinander verbindet und dass er sich an der ersten Öffnung in die entsprechende Vertiefung öffnet und an der zweiten Öffnung in die Umgebung abseits der Vertiefung öffnet. Somit verbindet die erste Öffnung, die bevorzugt in der ersten Oberfläche ausgebildet ist, die jeweilige Vertiefung und den Strömungskanal, so dass Luft aus der Vertiefung durch die erste Öffnung in den Strömungskanal strömen kann. In ähnlicher Weise verbindet die zweite Öffnung den Strömungskanal und die Umgebung der Antennenanordnung, so dass Luft aus dem Strömungskanal durch die zweite Öffnung in die Umgebung strömen kann, auch wenn die entsprechende Vertiefung luftdicht abgedeckt oder verschlossen wird. Alle weiteren strukturellen Ausgestaltungen, die hierin beschrieben werden, gelten auch für diese Beschreibung. Die so beschriebene Antennenanordnung kann in der beschriebenen Weise auf einem Außenhautabschnitt eines Flugzeugs angeordnet werden.
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In einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung einer Antennenanordnung, bei der das Trägerelement in der beschriebenen Weise flexibel ist und bei der das Trägerelement in der beschriebenen Weise in der ersten Oberfläche eine oder mehrere Vertiefungen aufweist, weist das Trägerelement für jede der Vertiefungen einen starren oder steifen Einsatz auf, der die jeweilige Vertiefung definiert. Mit anderen Worten wird die Wandung der jeweiligen Vertiefung durch den Einsatz gebildet. Sie stellen sicher, dass trotz der flexiblen Ausgestaltung des Trägerelements die Hohlräume bzw. Vertiefungen auch im Einsatz vorbestimmte Formen und Abmessungen haben. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft für Ausführungsformen, in denen das Trägerelement ein flexibles Material aufweist, das folien- oder mattenförmig ist und in das die Antennenelemente eingebettet sind oder an dem die Antennenelemente befestigt sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist jedes der Antennenelemente eine Patchantenne und/oder eine KU- oder KA-Antenne. Bei Antennen, die im Millimeterbereich arbeiten hat die vorliegende Erfindung den besonderen Vorteil, dass zuverlässig lokale Verformungen oder ein Flattern verhindert werden kann, was die Antennenfunktion bei solchen Antennen ansonsten erheblich beeinträchtigt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist jedes von dem mindestens einen Antennenelement auf das Trägerelement oder einen Teil davon aufgedruckt, insbesondere in dem Fall, dass das Trägerelement flächig und flexibel ist und bevorzugt eine Folie oder ein Folienbauteil ist oder aufweist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die zweite Oberfläche mindestens eine Erhebung auf, in der mindestens eine elektrische Leitung und/oder mindestens ein Befestigungselement angeordnet ist oder die durch mindestens eine elektrische Leitung und/oder mindestens ein Befestigungselement gebildet wird. Die zweite Öffnung von mindestens einem der Strömungskanäle ist an der Erhebung oder unmittelbar angrenzend an die Erhebung angeordnet. Zum Beispiel kann ein vorstehender Leitungsabschnitt, an dessen Ende sich die zweite Öffnung befindet, unmittelbar benachbart zu der Erhebung angeordnet sein oder verlaufen. An den Erhebungen entstehen in Anströmrichtung hohe lokale Drücke, so dass im Bereich der Erhebungen aerodynamische Effekte besonders groß sein können, die die Saugwirkung an den zweiten Öffnungen positiv beeinflussen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind an oder in dem Trägerelement ein oder mehrere Wärme oder Elektrizität leitende Elemente vorgesehen, von denen jedes einen Teil der ersten Oberfläche bildet oder von der ersten Oberfläche vorsteht, so dass die Wärme oder Elektrizität leitenden Elemente nach Anordnung des Trägerelements auf der Außenhaut mit der Außenhaut in Kontakt sind. In dieser Weise ist es möglich, Wärme und Elektrizität zwischen der Außenhaut und der Antennenanordnung auszutauschen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Antennenanordnung ferner einen Außenhautabschnitt eines Flugzeugs aufweist, der dann dem oben beschriebenen Außenhautabschnitt entspricht. Das Trägerelement ist demnach so auf dem Außenhautabschnitt angeordnet, dass die erste Oberfläche dem Außenhautabschnitt zugewandt ist, sich die Dichtungseinrichtung zwischen dem Trägerelement - zum Beispiel insbesondere der ersten Oberfläche - und dem Außenhautabschnitt befindet und durch die Dichtungseinrichtung, den Außenhautabschnitt und die erste Oberfläche der mindestens ein Hohlraum definiert wird.
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In dieser Ausführungsform ist es ferner bevorzugt, wenn in der Außenhaut eine oder mehrere Bohrungen vorgesehen sind, durch die Kabel geführt sind oder werden können, wobei die Bohrungen außerhalb des von dem Trägerelement bzw. der Antennenanordnung überdeckten Bereichs der Außenhaut angeordnet sind. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Anforderungen an eine Druckdichtigkeit der Öffnungen nach Durchführung von Kabeln geringer sind. Bei Anordnung unter dem Trägerelement müsste gewährleistet sein, dass kein Luftaustritt durch die Öffnungen in einen der Hohlräume erfolgt.
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Alternativ oder zusätzlich ist es in dieser Ausführungsform ferner bevorzugt, wenn in dem Außenhautabschnitt eine Vertiefung vorgesehen ist, in der die Antennenanordnung angeordnet ist. Dies kann bevorzugt so erfolgen, dass die zweite Oberfläche bündig mit Bereichen der Außenhaut am Rand der Vertiefung ist.
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Nach der vorliegenden Erfindung ist auch ein Flugzeug mit einer Außenhaut und einer Antennenanordnung nach einer der oben beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen, wobei der oben beschriebene Außenhautabschnitt dann ein Abschnitt der Außenhaut des Flugzeugs ist. Das Trägerelement ist demnach so auf dem Außenhautabschnitt angeordnet, dass die erste Oberfläche dem Außenhautabschnitt zugewandt ist, sich die Dichtungseinrichtung zwischen dem Trägerelement - zum Beispiel insbesondere der ersten Oberfläche - und dem Außenhautabschnitt befindet und durch die Dichtungseinrichtung, den Außenhautabschnitt und die erste Oberfläche der mindestens ein Hohlraum definiert wird. Die Antennenanordnung ist so ausgestaltet, angeordnet und ausgerichtet, dass im Flug des Flugzeugs durch die Überströmung der Antennenanordnung an den zweiten Öffnungen in der beschriebenen Weise die Saugwirkung erreicht wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, in denen zwei Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
- 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Flugzeugs mit einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung,
- 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Antennenanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
- 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Antennenanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
- 4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Antennenanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und
- 5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Antennenanordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Das in 1 gezeigte Flugzeug 1 weist einen Rumpf 2 und eine erfindungsgemäße Antennenanordnung 3 auf. Neben der Antennenanordnung 3 sind zu Illustrationszwecken auch noch konventionelle Blattantennen 4 gezeigt, die von außen an dem Rumpf 2 befestigt sind und nach außen von dem Rumpf 2 vorstehen. Demgegenüber ist die Antennenordnung 3 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als flächiges und flexibles Folienbauteil ausgestaltet und von außen auf einem Abschnitt der Außenhaut 5 des Rumpfes 2 angeordnet. In dieser Weise wird der Luftwiderstand des Rumpfes 2 durch die Antennenanordnung 3 nicht oder nicht wesentlich erhöht. In der 1 ist die Antennenanordnung 3 beispielhaft an der Oberseite des Rumpfes 2 angeordnet. Die Antennenanordnung kann sich aber auch an beliebiger anderer Stelle des Rumpfes 2 befinden, zum Beispiel an einer Seite oder an der Unterseite, oder auch an anderen Stellen des Flugzeugs, wie zum Beispiel einem Flügel oder einem Seitenleitwerk.
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Die Antennenanordnung 3, von der ein erstes Ausführungsbeispiel in 2 im Querschnitt gezeigt ist, weist ein Trägerelement 6 auf, das in Form einer flächigen, flexiblen Folie bzw. eines flächigen, flexiblen Folienbauteils vorgesehen ist, die zum Beispiel eine Dicke von 1 bis 5 cm haben kann. In den Figuren ist das Trägerelement 6 aus Darstellungsgründen jeweils mit übertriebener Dicke dargestellt. Das Trägerelement 6 kann eine Schicht aus einem flexiblen Material oder mehrere übereinander angeordnete Schichten aus einem oder mehreren flexiblen Materialien aufweisen. Das Trägerelement 6 weist eine erste Oberfläche 7 und eine zweite Oberfläche 8 auf, die auf gegenüberliegenden Seiten des Trägerelements 6 vorgesehen und in der Dickenrichtung des Trägerelements 6 voneinander beabstandet sind. Die erste Oberfläche 7 und die zweite Oberfläche 8 sind die beiden ausgedehnten Oberflächen der Folie bzw. des Folienbauteils. Das Trägerelement 6 ist in der Weise auf einem Abschnitt 9 der Außenhaut 5 eines Flugzeugs angeordnet und befestigt, dass die erste Oberfläche 7 dem Außenhautabschnitt 9 zugewandt ist und die zweite Oberfläche 8 von dem Außenhautabschnitt 9 weg gerichtet ist. Die Befestigung erfolgt dabei durch nicht dargestellte Mittel lediglich an einzelnen voneinander beabstandeten Punkten, zum Beispiel durch Verklebung oder durch Halteklammern, die sich über die zweite Oberfläche 8 erstrecken und beidseitig des Trägerelements 6 an dem Außenhautabschnitt 9 oder einer darunter befindlichen Versteifungsstruktur befestigt sind.
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Das Flugzeug kann insbesondere das Flugzeug 1 sein, das in 1 gezeigt ist, und die Antennenanordnung 3 ist dann so ausgerichtet und positioniert, zum Beispiel in der in 1 gezeigten Position, dass im Flug des Flugzeugs 1 Luft in der mit dem Pfeil 10 bezeichneten Richtung an dem Trägerelement 6 und der Antennenanordnung 3 angreift und über diese in dieser Richtung 10 überströmt. Die entgegen der Strömungsrichtung 10 weisende Vorderkante 11 des Trägerelements 6 ist genau wie die gegenüberliegende Hinterkante 12 abgeschrägt, um günstige Strömungsbedingungen zu erreichen und aerodynamische Effekte möglichst gering zu halten, die zu Kräften auf das Trägerelement 6 führen, die bestrebt sind, es von dem Außenhautabschnitt 9 abzuheben bzw. zu lösen. Derartige abhebende Kräfte entstehen nicht nur durch den Anprall der Strömung im Bereich der Vorderkante 11, sondern insbesondere auch durch die Überströmung des von dem Außenhautabschnitt 9 vorstehenden Trägerelements 6, die eine Sogwirkung auf das Trägerelement 6 ausübt, die in der 2 nach oben wirkt. Dies ist in 2 durch die Pfeile 13 angedeutet, deren Dicke jeweils die Stärke der durch den Umgebungsdruck auf das Trägerelement wirkenden Kraft angibt. Es ist zu sehen, dass diese Kräfte im Bereich der Vorderkante 11 sehr viel höher sind, als im restlichen Bereich des Trägerelements 6. Im Bereich der Vorderkante 11 ist der Druck durch die Ablenkung der Luftströmung nach oben größer als der Umgebungsdruck und kann zum Beispiel 200% des Umgebungsdrucks betragen, während der Druck im restlichen Bereich des Trägerelements 6 geringer als der Umgebungsdruck ist und zum Beispiel 50% des Umgebungsdrucks betragen kann, so dass eine abhebende Kraft auf das Trägerelement 6 ausgeübt wird.
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In der ersten Oberfläche 7 ist eine Vertiefung 14 ausgebildet, und zwischen der ersten Oberfläche 7 und dem Außenhautabschnitt 9 ist im Randbereich des Trägerelements 6 umlaufend ein Dichtungsring 15 angeordnet. Dadurch wird zwischen der ersten Oberfläche 7, dem Außenhautabschnitt 9 und dem Dichtungsring 15 ein Hohlraum 16 gebildet, der im Wesentlichen der Vertiefung 14 entspricht. Der Dichtungsring 15 kann so ausgestaltet sein, dass die erste Oberfläche 7 außerhalb der Vertiefung 14 an dem Außenhautabschnitt 9 anliegt, so dass der Hohlraum 16 der Vertiefung 14 entspricht. In jedem Fall kann Luft aus dem Hohlraum 16 bzw. der Vertiefung 14 in die Umgebung nur durch zwei Strömungskanäle 17 gelangen, die sich in Dickenrichtung durch das Trägerelement 6 erstrecken. Jeder der Strömungskanäle 17 weist an seinem einen Ende eine erste Öffnung 18 auf, die sich in die Vertiefung 14 bzw. den Hohlraum 16 öffnet, und an seinem gegenüberliegenden Ende eine zweite Öffnung 19 auf, die sich in die Umgebung öffnet. Die zweite Öffnung 19 ist dabei an einem von der zweiten Oberfläche 8 vorstehenden starren Leitungsabschnitt 20 vorgesehen, in dem ein Teil des entsprechenden Strömungskanals 17 verläuft.
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Durch die Überströmung des Trägerelements 6 und der Antennenanordnung 3 im Flug des Flugzeugs 1 wird an den zweiten Öffnungen 19 ähnlich wie bei dem Prinzip einer Wasserstrahlpumpe eine Saugwirkung hervorgerufen, die Luft durch die Strömungskanäle 17 aus der Vertiefung 14 bzw. dem Hohlraum 16 absaugt und auf diese Weise dort einen Unterdruck zwischen der zweiten Oberfläche 7 und dem Außenhautabschnitt 9 erzeugt. Dieser Unterdruck ist geringer als der Druck 13, der auf die erste Oberfläche 8 wirkt, wie es durch die Pfeile 21 angedeutet ist. Dadurch entsteht im Bereich der Vertiefung 14 bzw. des Hohlraums 16 insgesamt eine in der 2 nach unten gerichtete Kraft auf das Trägerelement 6, die das Trägerelement 6 und die Antennenanordnung 3 gegen den Außenhautabschnitt 9 drückt und somit eine den abhebenden Kräften entgegenwirkende Haltekraft darstellt. Diese wird durch dieselbe Strömung erzeugt, wie die abhebenden Kräfte und nimmt z.B. proportional zu diesen zu. Daher sind die Anforderungen an eine anderweitige Befestigung des Trägerelements 6 an dem Außenhautabschnitt 9 deutlich reduziert. So kann beispielsweise auf eine vollflächige Verklebung zwischen dem Trägerelement 6 und dem Außenhautabschnitt 9 verzichtet werden.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zweite Öffnung 19 in Strömungsrichtung 10 ausgerichtet, so dass durch Luftverwirbelungen an dem Trägerelement 6 und dem Leitungsabschnitt 20 eine besonders hohe Saugwirkung erzielt werden kann. Die Anordnung und Ausrichtung der zweiten Öffnungen 19 kann flexibel so gewählt werden, dass für die vorgesehene Anwendung und eine vorbestimmte Überströmungsrichtung 10 eine geeignete hohe Saugwirkung an den zweiten Öffnungen 19 erreicht wird.
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Auf der zweiten Oberfläche 8 des Trägerelements 6 sind ein Vielzahl von Antennenelementen 21 in Form von Patchantennen aufgedruckt, und elektrische Zuleitungen 22 für die Patchantennen 21 können in das Material des Trägerelements 6 eingebettet sein (in 2 nicht gezeigt, aber siehe 3 und 5).
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Ein zweites Ausführungsbeispiel der Antennenanordnung 3 ist in 3 im Querschnitt gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel gleicht weitestgehend dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, so dass nur auf Unterschiede eingegangen wird.
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Die Antennenanordnung 3 der 3 weist einen sich über zumindest einen Teil der Breite des Trägerelements 6 verlaufenden Kanal 23 auf, von dem ein Teil eine von der zweiten Oberfläche 8 vorstehende Erhebung 24 bildet. In dem Kanal 23 können beispielsweise elektrische Leitungen oder ein Befestigungsbügel verlaufen, der sich über die gesamte Breite des Trägerelements 6 und beidseitig über dieses hinaus erstreckt und dort zur Befestigung des Trägerelements 6 an dem Außenhautabschnitt 9 mit dem Außenhautabschnitt 9 oder einer darunter liegenden Versteifungsstruktur des Flugzeugs 1 verbunden sein kann. Die Erhebung 24 stellt eine Störung für die das Trägerelement 6 in der Richtung 10 überströmende Strömung dar, und einer der Leitungsabschnitte 20 und die zweite Öffnung 19 sind unmittelbar angrenzend an und, in Strömungsrichtung 10, hinter der Erhebung 24 angeordnet. Dadurch kann die Saugwirkung an der zweiten Öffnung 19 verbessert werden. Die Erhebung 24 kann in Richtung entgegen der Strömungsrichtung 10 abfallend abgeschrägt sein oder eine andere geeignete Form haben, um sowohl eine Erhöhung des Luftwiderstands gering zu halten als auch eine Verbesserung der Saugwirkung zu erreichen.
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In der 3 sind die Patchantennen 21 nicht aufgedruckt, sondern als in die zweite Oberfläche 8 eingelassene Antennenelemente ausgebildet. Sie sind über elektrische Leitungen 22 mit elektrischen Leitungen in dem Kanal 23 verbunden.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Antennenanordnung 3, das u.a. in jedem der Ausführungsbeispiele der 2, 3 und 5 Verwendung finden kann. Es ist zu erkennen, dass in das Material des Trägerelements 6 nicht nur Antennenelemente 21 und elektrische Leitungen 22 eingebettet sind, sondern auch Masseelemente 27. Außerdem sind in der ersten Oberfläche 7 eine Vielzahl von Vertiefungen 14 vorgesehen, die jeweils kanalförmig senkrecht zur Zeichenebene verlaufen und durch geeignete Dichtungen 15 sowohl voneinander als auch von der Umgebung getrennt sind. Dadurch entstehen mehrere voneinander getrennte Hohlräume 16, für die jeweils eigene der Strömungskanäle 17 zu deren Evakuieren vorgesehen sind. Die Wandungen der Vertiefungen 14 werden durch steife bzw. starre Einsätze 26 gebildet, die auch bei sehr flexiblem Material des Trägerelements 6 sicherstellen, dass die Vertiefungen 14 und die Hohlräume 16 eine definierte Form und Größe haben. Dennoch kann eine ausreichende Flexibilität der gesamten Antennenanordnung 3 gewährleistet werden, um eine Anpassung an die gekrümmte Oberfläche des Außenhautabschnitts 9 zu ermöglichen, der zum Beispiel an einem Rumpfabschnitt 25 des Flugzeugs 1 vorgesehen sein kann.
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Ein viertes Ausführungsbeispiel der Antennenanordnung 3 ist in 5 im Querschnitt gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel gleicht weitestgehend dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel, so dass nur auf Unterschiede eingegangen wird.
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Bei der Antennenanordnung 3 der 5 ist das Trägerelement in einer Vertiefung 29 in dem Außenhautabschnitt 9 angeordnet, und zwar so, dass die zweite Oberfläche 8 bündig oder im Wesentlichen bündig mit der Oberfläche des Außenhautabschnitts 9 jenseits der Vertiefung 29 ist. Außerdem sind in der ersten Oberfläche 7 keine Vertiefungen vorgesehen. Vielmehr weist der Außenhautabschnitt 9 in der Vertiefung 29 eine weitere Vertiefung 30 auf, in die die erste Öffnung 18 eines Strömungskanals 17 mündet und in die ein unteres Ende des Kanals 23 vorsteht. Der Hohlraum 16 wird vornehmlich im Bereich dieser weiteren Vertiefung 30 gebildet und in geringerem Maße zwischen den übrigen Bereichen der ersten Oberfläche 7 und dem Außenhautabschnitt 9.
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Ferner weist die Antennenanordnung 3 eine Vielzahl von metallischen Elementen 28 auf, die in die erste Oberfläche 7 eingebettet sind und mit einem Teil von dieser vorstehen. Sie stehen in elektrischem und thermischem Kontakt mit dem Außenhautabschnitt 9, so dass ein Austausch von Wärme und elektrischer Ladung zwischen der Antennenanordnung 3 und dem Außenhautabschnitt 9 möglich ist.
