JP2010111380A - ダクテッドファン型無人飛翔体のコンフォーマルアンテナ - Google Patents
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Abstract
【課題】無人飛翔体の面に加えられることができる無人飛翔体用コンフォーマルアンテナを提供すること。
【解決手段】コンフォーマルアンテナは飛翔体の面に一体化されることができ、効果的に映像、指令信号および/または制御信号を送信、および受信するために使用される。コンフォーマルアンテナは任意の方向から信号の送信および受信を可能にし、4分の1波長よりも長い信号で機能することができる。保護層がコンフォーマルアンテナ上に配置されることができる。
【選択図】図2
【解決手段】コンフォーマルアンテナは飛翔体の面に一体化されることができ、効果的に映像、指令信号および/または制御信号を送信、および受信するために使用される。コンフォーマルアンテナは任意の方向から信号の送信および受信を可能にし、4分の1波長よりも長い信号で機能することができる。保護層がコンフォーマルアンテナ上に配置されることができる。
【選択図】図2
Description
政府の権利
本発明は、米国陸軍によって授与された主契約第56HZV−05−C−0724号の下で政府の支援によりなされたものであった。政府は本発明中において、一定の権利を有することができる。
本発明は、米国陸軍によって授与された主契約第56HZV−05−C−0724号の下で政府の支援によりなされたものであった。政府は本発明中において、一定の権利を有することができる。
本発明は、一般に無人飛翔体に関する。より具体的には、本発明は、ダクテッドファン型無人飛翔体に使用するためのコンフォーマルアンテナに関する。
無人飛翔体(「UAV」)は、カメラ、センサ、通信機器またはペイロードを搬送することができる遠隔操縦式または自己操縦式飛翔体である。UAVは、制御され、維持される水平飛行が可能であり、ジェットまたはエンジンのどちらかによって動力を供給される。UAVは遠隔制御されることができ、あるいは事前にプログラムされた飛行計画またはより複雑で動的な自律操作システムに基づき自律的に飛行することができる。
UAVは、有人飛翔体の使用が適切でない、または可能でない様々な用途のために益々使用されるようになってきている。こうした用途には、監視、調査、目標捕捉、データ捕捉、通信中継、おとり、嫌がらせまたは配給飛行など、軍事状況が含まれることがある。これらの飛翔体はまた、人間の監視者が危険にあるときの消火、市民騒乱または犯罪現場の警察の監視、自然災害時の調査支援およびハリケーン内からのデータ収集などの科学的調査など、数が増加している民生にも使用される。
UAVは、遠隔コントローラと通信するために信号の送信および受信に頼っている。現在、ホイップアンテナが、ダクテッドファン型UAV上に信号を送信および受信するために使用される。ホイップアンテナは典型的には、通常は垂直に取り付けられたワイヤを有するアンテナを備え、その一方の端部が地表面に隣接している。垂直に取り付けられることにより、ホイップアンテナは垂直な極性を有し、アンテナはそのまっすぐ上方に円錐形の死角領域を有するであろう。したがって、入力信号および発信信号の両方が、UAVが送信者とアンテナとの間にあるようにUAVが方向付けられているとき、ダクテッドファン型UAVによって遮断されることがありうる。加えて、アンテナの長さがその波長を決定するので、より長いアンテナが所望されるが、より長いアンテナは飛翔体にかなりの重さを加える。重量制限のために、UAV上のホイップアンテナ用の現在の波長限界は4分の1波長である。
これらの両方の問題は、映像信号ならびに命令信号および制御信号にあてはまる。もしアンテナが死角を有するならば、操作中のデータ転送および効果的な通信が妨害されるであろう。同様に、もし波長限界が、重量制限のためにより短いならば、データ転送および効果的な通信が一定の距離で不可能であろう。
本発明により、無人飛翔体用ダクテッドファン中心部と共に使用するためのコンフォーマルアンテナが、提供される。このコンフォーマルアンテナは、効果的に映像、命令および制御信号を送信し、受信することができるであろう。
一実施形態では、ダクテッドファン中心部はフレームを備える。フレームは、第1の面と、第1の面の少なくとも一部分に一体化されている少なくとも1つのコンフォーマルアンテナとを備える。
別の実施形態では、無人飛翔体がダクテッドファンを備え、ダクテッドファンはファンの外側を形成する複数の面を備える。無人飛翔体は、ファンの面上に少なくとも1つのコンフォーマルアンテナも備える。コンフォーマルアンテナは第1の面を形成する前に金型内に一体化されてもよく、コンフォーマルアンテナが完成されたダクト面に加えられてもよい。
この飛翔体は、事実上飛翔体の任意の方向で送信および受信のための放射パターンを提供して、明瞭な映像転送ならびに妨害されない命令および制御信号を可能にするであろう。
これらの態様および利点、ならびに他の態様および利点が、添付の図面に適切な参照と共に、以下の詳細な説明を読むことにより当業者に明らかになるであろう。さらに、この発明の概要は、単なる例示に過ぎず、特許請求された本発明の範囲を限定するように意図するものではないことが理解されよう。
様々な実施形態が、本明細書に以下の図面に関連して説明される。図面の特定の側が、見やすいように簡単な方法で表示されている。すべての代替案および選択肢が図面に示されているわけではなく、したがって、本発明は、図面の内容の範囲に限定されるのではない。
図1は、本発明の一実施形態による無人飛翔体(「UAV」)100の斜視図を示す。UAV100は、遠隔操作されることができ、または特定の行程のために自己制御されることができる。UAV100は、米国特許出願第12/179,690号「Ducted Fan Core for Use with an Unmanned Aerial Vehicle」に記載されたUAVであることができ、本明細書に参照として組み込まれている。
UAV100は、中心本体110、フレーム120、エンジン130、複数の制御翼140、ファン150、ダクト部分160、複数のバー(図示せず)、複数の作動装置(図示せず)、変速機アセンブリ(図示せず)、複数の支持腕部112および排気口132を備える。ダクト部分160は、面164上にコンフォーマルアンテナ162を備える。ダクト部分160は、UAVの全体形状を備えることができる。面164は、図1に示すようにダクト部分160の外側面であることができる。加えて、着陸足部114が複数の支持腕部112に取り付けられ、UAVを地面から持ち上げるように働き、制御翼140を移動可能にし、その結果、飛翔体は離陸の準備がされることができる。
中心本体110は、UAVに動力を供給するエンジン130を含む。エンジン130は、タービンエンジンであることができる。しかし、エンジン130はこの型のエンジンに限定されず、他の型のエンジンが使用可能である。排気口132はエンジン130に取り付けられ、流体連通することができ、中心本体110からの開口として働くことができて、排出ガスがエンジン130を出ることを可能にする。中心本体110はまた、変速機アセンブリも含むことができる。変速機アセンブリはエンジン130を制御するように作動することができる。例えば、変速機アセンブリは、ファン150に結合され、エンジン130がいかに早くファン150の翼を回転させるかを制御することができる。中心本体110はまた、アビオニクスシステムなどの飛翔体操作のための追加の構成要素も含むことができる。
支持腕部112は、中心本体110をフレーム120に取り付けることができる。複数のバーの各バーは、制御翼140に取り付けられ、フレーム120と制御翼との間に延在する。複数のバーは複数の制御翼140を安定させるように働く。制御翼140は、飛行中のUAV100の方向を案内するように空気流を方向付ける。
UAV100は、ポッド122、124、126および128など、フレーム120に取り付けられたポッドを含むことができる。ポッドは、フレーム120から容易に除去され、再び取り付けられることが可能である。ポッドは、ポッド自体の分解をせずにユニット単位として交換可能である。ポッドは様々なペイロードを保持するために使用されうる。UAV内では、ペイロードは、例えば機材または器具を保持することができる。より具体的には、ポッドはカメラ、燃料、ガス、電子機器を保持することができる。例えば、ポッドは燃料ポッド、または電子機器輸送用具を収納するポッドであることができる。各ポッドは、外殻121および最縁部123を備えることができる。最縁部は、ポッド側面の最先端の点を結合する線であり、それはポッドの前縁部である。飛翔体が前方に移動するとき、最縁部は最初に空気に接触する部分である。各ポッドの形状は、ポッドがフレーム120に取り付けられるとき、ポッドがUAV100の外側部分を形成するように構成することができる。空気は、外殻121の外に向く側および外殻121の内に向く側の両方の上を流れることができる。外殻121の内に向く側は、空気が最縁部にぶつかるとき、空気が内に向く側の下に案内され、ファン150にぶつかるように形成されることができる。
しかし、本発明のコンフォーマルアンテナは図1に図示されたモジュール式構造に限定されない。別法として、UAV100は個々のポッドを備えないこともあり、その代わりに円形の単一ダクトであってもよい。
コンフォーマルアンテナ162は、面164上に位置する。ダクト部分の面164が、コンフォーマルアンテナ162が面上にある図2に示されている。もしUAV100が複数のダクトを備えずに、その代わりに円形の単一ダクトであるならば、コンフォーマルアンテナ162は単一ダクト上に存在するであろう。別法として、コンフォーマルアンテナ162は、有翼型UAVの翼内、または胴体内に組み込まれることができる。
UAV100は、ダクテッドファン型UAVとしてかなりの外側面面積があるので、コンフォーマルアンテナ162の適用に特に良く適している。UAV100は、飛翔体骨格上に金属メッキ層を有することができない。ダクテッドファン型UAV100の非金属メッキ層が、2分の1波長または完全波長のコンフォーマルアンテナ162がその上に設計されうる、多くの大きな、比較的平坦な面164を提供する。コンフォーマルアンテナが、様々なアンテナパターンで配置されることができ、コンフォーマルアンテナ162がその上に設計されうるこうした大きな面の面積があるので、UAV100の実際に任意の方向で送信および受信用放射パターンが可能である。2分の1波長または完全波長の波動が、重量制限されたホイップアンテナによって使用される4分の1波長を越える改善された利得を与える。したがって、明瞭な映像送信および妨害されない命令および制御信号が任意の方向から送信および受信されることができ、全体の受信可能範囲が改善されうる。送信および受信された信号は、位置、案内または航法情報を提供することができる。
図2に示すように、コンフォーマルアンテナ162は、面164を形成するために使用される金型内に直接一体化されることができる。この状況では、コンフォーマルアンテナ162は、ダクト面を形成するより前に金型内に一体化される。コンフォーマルアンテナ162は、十分に薄く可撓性のある材料から構成することができて、その結果、コンフォーマルアンテナ162は、ダクト部分160の形状を取る。これにより、地表面から垂直で、ダクト部分160の形状を取ることができないホイップアンテナに利点をもたらす。コンフォーマルアンテナ162をダクト面に一体化するために、付与によって、選択されたアンテナの型およびサイズの両方を決定することになり、アンテナが、堆積され次いでパターン形成された銅でできた非常に薄い可撓性基板上に作り出されることができ、次いでダクトまたは面に塗布される接着剤で補強されることができる。コンフォーマルアンテナ162は、銅から作製される必要はないが、しかし任意の導電金属または導電材料から作製されることができる。
別法として、図3aおよび3bに示すように、コンフォーマルアンテナ162は、既に形成されたダクト面に加えられることができる。コンフォーマルアンテナ162が既に形成され、完成されたダクト面に加えられるとき、コンフォーマルアンテナ162を覆うための層166が加えられることができる。層166は、アンテナを覆い、保護するためにコンフォーマルアンテナ162上に加えられることができる。図3bは、図3aの断面1−1で取られた横断面図であり、面164の上部上のコンフォーマルアンテナ162およびコンフォーマルアンテナ162の上部上の層166を示す。層166はエポキシ被覆であることができる。
コンフォーマルアンテナ162は、雨および適度の風を含む様々な気象状況で作動するように作製される。
コンフォーマルアンテナ162は様々なサイズを備えることができ、したがって、コンフォーマルアンテナ162の実際の配置および近接は、各設計に対してシミュレートされることが好ましい。図4aから図4iは、ダクト面に一体化されることができるアンテナ形状のいくつかの例を図示する。双極子のように簡単なアンテナが、図4aに示すように使用されうる。図4b、4cおよび4dは、全方向性特性を改善するために設計された双極子形状を示する。図4eは偏向したホイップアンテナを示し、図4fはF型アンテナを示す。図4g、4hおよび4iは環状アンテナを示す。図4gは完全な波動ループアンテナを示し、図4hは2分の1アンテナを示し、図4iは直列負荷ループアンテナを示す。コンフォーマルアンテナ162は、チップ抵抗またはチップキャップなどの整合素子もまた備えることができ、それはアンテナの性能を改良するためにアンテナ面上に一体化されることができる。プリント配線板のようなダクト面は、整合素子の配置のために適した面を備える。
コンフォーマルアンテナ162は様々なサイズを備えることができ、したがって、コンフォーマルアンテナ162の実際の配置および近接は、各設計に対してシミュレートされることが好ましい。図4aから図4iは、ダクト面に一体化されることができるアンテナ形状のいくつかの例を図示する。双極子のように簡単なアンテナが、図4aに示すように使用されうる。図4b、4cおよび4dは、全方向性特性を改善するために設計された双極子形状を示する。図4eは偏向したホイップアンテナを示し、図4fはF型アンテナを示す。図4g、4hおよび4iは環状アンテナを示す。図4gは完全な波動ループアンテナを示し、図4hは2分の1アンテナを示し、図4iは直列負荷ループアンテナを示す。コンフォーマルアンテナ162は、チップ抵抗またはチップキャップなどの整合素子もまた備えることができ、それはアンテナの性能を改良するためにアンテナ面上に一体化されることができる。プリント配線板のようなダクト面は、整合素子の配置のために適した面を備える。
UAV100はバックパック内で運搬されるように設計されることができる。より具体的には、UAVは機材パック(「MOLLE」)を有するモジュール式軽量負荷内で運搬されうる。MOLLEパックは、バットパック付きの耐荷重性ベスト、支持ポーチを有する主ひだ、および外側フレームに取り付けられたスリーピングバッグコンパートメントからなる、完全に一体化されたモジュール式負荷支持システムである。UAV100は約2.72〜3.62kg(約6〜8ポンド)の重さであることができる。しかし、UAV100は、使用される材料およびサイズに応じて、この値より大きい、または小さい重量であることができる。コンフォーマルアンテナ162は、その利点の1つである、極端に軽い重量を備える。重量は30.98g(1オンス)内であろう。
UAV100は地表面の上方に30.48m〜152.4m(100〜500フィート)の高度で作動することができ、通常、UAVは地面上方に30.48〜152.4m(100〜500フィート)の間を飛行するであろう。携帯できる地表ステーションが、飛翔体を案内し、カメラからの画像を受信するために使用されることができる。地表ステーションは、UAVのための飛行経路をプログラムし、それを手動で制御するために使用可能である。飛翔体はまた、日中操作用電気光学カメラまたは夜間任務飛行用赤外線カメラを装備されることができる。
作動中、一旦飛翔体が発射されてしまうと、制御翼140が、コンフォーマルアンテナ162によって受信された信号に基づき、調整されることができる。作動される制御翼140は受信された信号に応答して動き、ファン150からの空気流のコースを変更し、UAVのための飛行方向を案内することになる。飛行中、コンフォーマルアンテナ162もまた、信号を送信するために使用される。転送された信号は、UAVの位置、飛行速度、任意の検出された近づきつつある障害物ならびに他の情報について伝えることができる。
UAVは自律的に動作し、プログラムまたは偵察などの簡単な任務を実行し、または乗員の制御の下で動作することができる。乗員はパイロットおよびセンサ操作者を含むことができる。パイロットは、Cバンド見通し線データリンクまたはKuバンド衛星リンクによって指令を送信する制御を使用して、飛翔体を操縦することができる。飛翔体は、L−3 Com衛星データリンクシステムを介して命令を受信することができる。パイロットおよび他の乗員メンバは、UAVの制御に関する決定を下すために飛翔体から受信した画像およびレーダを使用する。
100 無人飛翔体(UAV)
110 中心本体
112 支持腕部
114 着陸足部
120 フレーム
121 外殻
122 ポッド
123 最縁部
124 ポッド
126 ポッド
128 ポッド
130 エンジン
132 排気口
140 制御翼
150 ファン
160 ダクト部分
162 コンフォーマルアンテナ
164 面
166 層
110 中心本体
112 支持腕部
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122 ポッド
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162 コンフォーマルアンテナ
164 面
166 層
Claims (3)
- フレームと、
前記フレーム上の第1の面と、
前記フレーム上の前記第1の面の少なくとも一部分に一体化されている、少なくとも1つのコンフォーマルアンテナと
を備える、ダクテッドファン。 - 前記コンフォーマルアンテナが完成されたダクト面に加えられた、請求項1に記載のダクテッドファン。
- 第2の面をさらに備え、前記少なくとも1つのコンフォーマルアンテナのコンフォーマルアンテナが、前記第2の面の少なくとも一部分に一体化されている、請求項1に記載の飛翔体。
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JP2009201667A Withdrawn JP2010111380A (ja) | 2008-11-07 | 2009-09-01 | ダクテッドファン型無人飛翔体のコンフォーマルアンテナ |
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