用于飞行器的天线组件的制作方法

本申请涉及一种用于飞行器的天线组件，该天线组件具有载体元件和安排在该载体元件处或该载体元件中的至少一个天线元件，还涉及一种具有此类天线组件的飞行器。

背景技术：

飞行器典型地具有一个或多个天线，通过这些天线可以在飞行器与外部设备或地面处或空中的参与者(例如其他的飞行器或卫星)之间产生无线电连接。

在现有技术中，此类天线尤其安装在飞行器机身的外部，使得这些天线从飞行器机身大大地向外向周围空气中突出。由此不仅提高了飞行器的空气阻力，而且这还对天线产生了空气动力学上的力，该力试图将天线与机身脱离。因此，为了安全地固定天线，必须采取广泛的措施，这些措施通常是复杂的和/或与大重量相关。例如有时通过基板将天线元件紧固在机身处，该基板具有相对大的重量并且与实际的天线元件一起向周围空气中突出。

在其他的设计中，此类天线的天线元件直接整合到飞行器机身的外表层中，其方式为将其设置为多层外表层的一个层。然而，在此类天线的情况下，在制造之后的维护工作以及稍后的更换是费时费力的。

技术实现要素：

因此本发明的目的是，提供一种用于飞行器的天线组件，该天线组件构造简单且成本低廉、容易安装和维护并且具有较小的重量，还有提供一种具有此类天线组件的飞行器。

这个目的通过具有权利要求1特征的用于飞行器的天线组件并且通过具有权利要求15特征的飞行器来实现。该天线组件的有利实施方式是相应的从属权利要求的主题。

根据本发明提出一种用于飞行器的天线组件或者一种飞行器的天线组件，该天线组件具有载体元件、一个或多个天线元件以及密封装置，该载体元件在该载体元件的相反侧上具有第一和第二表面，该天线元件安排在该载体元件处或该载体元件中。

该第一表面和该密封装置以如下方式设计，使得该天线组件可以如此安排在飞行器的外表层区段中：该第一表面朝向该外表层区段，该密封装置位于该载体元件与该外表层区段之间并且例如尤其位于该第一表面与该外表层区段之间，并且通过该密封装置、该外表层区段和该第一表面限定一个或多个空腔。在此该外表层区段例如可以具有与该第一表面对应的形状，使得通过该第一表面的形状来确定适合于与特定的载体元件和特定的天线组件一起使用的外表层区段的形状。但是替代性或附加地可能的是，通过该密封装置来实现该外表层区段的形状与该第一表面的形状之间的匹配。然而，在再下文仍将详述的一个优选设计中，该载体元件并且优选整个天线组件是柔性的并且尤其是垫状或箔状的，使得该天线组件可以匹配不同的外表层区段。与此无关地，该密封装置可以具有例如一个或多个密封元件、粘合材料和/或该载体元件的被匹配或设置为用于贴靠外表层区段的区段或者由之构成。

当设置有多个空腔时，则在将该载体元件安排在该外表层区段上之后这些空腔彼此分离，使得在不同空腔之间不能进行空气流动。例如可以通过密封装置进行密封。

载体元件或密封装置对于这些空腔中的每一个具有至少一个流动通道，该流动通道在该流动通道的相反末端处具有第一和第二开口，其中此类流动通道中的每一个优选延伸穿过该载体元件或穿过该密封装置，这些流动通道中的每一个被设计和安排为，使得在将该天线组件安排在该外表层区段上之后该流动通道将对应的空腔和该天线组件的环境彼此相连，并且该流动通道在该第一开口处向对应的空腔中开放并且在该第二开口处向该环境中开放。因此，优选形成在第一表面中的第一开口连接相应的空腔和该流动通道，使得空气可以从该空腔穿过该第一开口流入该流动通道中。以类似的方式，该第二开口将该流动通道和该天线组件的环境相连，使得空气可以从该流动通道穿过该第二开口流入该环境中。通过该密封装置，在将该天线组件安排在该外表层区段之后，该空腔或这些空腔被如下密封，使得从该空腔或这些空腔出来的空气只能通过与所涉及的空腔相关的流动通道之一流动。

通过天线组件的这种设计，在将该天线组件安排在飞行器的外表层区段之后，在该飞行器的飞行中空气流过该流动通道的第二开口并且这些第二开口如在喷射泵的情况下作为抽吸开口起作用，使得对应的流动通道作为抽吸通道起作用，通过这些抽吸通道在对应的空腔中产生负压，该负压小于环境压力并且因此产生固持力，该固持力将载体元件和天线组件一起固定在外表层处并且抵消了由于空气动力学的力造成的升力。因为最后的升力是通过还产生负压的同一个空气流产生的并且导致升力的空气动力学效果越强则负压也就越强，所以以有利的方式实现了该天线组件自发且被动地抵消升力。固持力总体抵消抬升或者独立地防止抬升。在一个优选设计中提出的该载体元件的柔性构造、尤其以柔性垫或箔的形式，可以另外以有利的方式抵消或防止波动。总体上优选的是，这些流动通道和第二开口安排为，使得在所说明的安排在外表层区段上之后，在一个预定方向上流过该天线组件时，该流动流过所有这些流动通道的第二开口。于是该天线组件优选在该外表层区段上如此定向，使得在对应的飞行器的飞行中，该天线组件在该预定方向上被流过。该预定方向尤其可以与飞行方向相反地定向。

这些空腔能够以简单的方式如此确定大小、成形和安排，使得它们覆盖第一表面的足够大的部分和第一表面的适合的部分，从而使得固持力对于所提出的应用而言是足够的。因为在运行中以基本上静态状况为主导，其中为了保持负压，只有由于不密封而到达这些空腔中的空气被吸入空腔中，所以相对于由空腔及其形状和分布造成的第一表面的面覆盖率而言，这些空腔的体积具有相对较小的重要性。

所说明的天线组件具有以下优点：它可以可靠地且以简单的方式紧固在飞行器的外表层上，例如飞行器机身的外表层或该结构的另一部分，如机翼或垂直尾翼。尤其可以省去粘合连接或至少一个大面积的或整个面的粘合连接并且省去具有大重量的紧固机构。粘合连接具有以下缺点：必须考虑所使用的粘合材料与天线组件的材料之间的相容性，这严重限制了材料选择，因为材料还必须满足在例如介电特性、材料老化、热稳定性、弹性和热导率方面的其他要求。

此外，大面积的粘合连接还难以维护或维修，可能阻挡例如接近在天线组件之下铆钉连接的通道，在运行中位于其下方的外表层出现变形时容易在天线组件中产生机械应力，在正常的空气流出时可能导致穿过外表层气泡或局部升力，并且难以在没有损害其稳定性的夹带空气的情况下制造。这些缺点通过本发明的天线组件来避免。

仅仅需要将天线组件局部地(即仅在一个或多个单独的、彼此间隔开的点处或相对小的区段处)与外表层相连或与之紧固，因为天线组件以有利的方式具有如下机构，该机构在飞行中将由于在运行中流动通过天线组件而产生的升力以同样由于这种流动而产生的相反的固持力来抵消。在此，固持力与升力完全相同地随着增大的流动速度而提高。紧固例如可以通过固持夹具(这些固持夹具在载体元件上延伸并且紧固在外表层处或飞行器的增强结构的位于外表层下方的增强元件处)或者通过(此时并非整个面的)粘合连接来进行。

此外可能的是使用柔性的天线元件和柔性的天线结构，对于这些天线元件和天线结构，具有适配器板的解决方案可能会导致过大的重量。

优选在该载体元件中或在该载体元件处安排有电导线、电端子、接地元件(masseelemente)、屏蔽元件和/或波导。它们例如可以嵌入该载体元件的材料(例如柔性箔片材料)中和/或安排在该第二表面上。

在一个有利的实施方式中设置有多个分开的空腔，使得在对于一个空腔出现不密封(导致在这个空腔的区域中对应的固持力下降或失效)的情况下，不牵涉到其他空腔。替代地或附加地优选的是，对于每个空腔设置多个分开的流动通道，使得对于每个空腔在流动通道方面主要都是冗余的并且例如在一个流动通道堵塞的情况下仍然可以继续产生负压。

在一个优选的实施方式中，这些流动通道中的一个、多个或所有流动通道的该第二开口在引导区段处形成，该流动通道的一部分在该引导区段中延伸并且在将该天线组件安排在该载体元件(并且尤其例如该载体元件的第二表面)或该密封装置的外表层区段上之后向该环境中突出。这种设计的优点是，可以特别简单地将该第二开口针对性地安排在如下位置和/或取向中：其中在流过该天线组件时引起抽吸作用的空气动力学效果是足够大的或最大的。

在可以与前一实施方式组合的一个优选实施方式中，这些流动通道中的一个、多个或所有流动通道的该第二开口在该第二表面中或该密封装置中形成。在形成在第二表面中的情况下，该第二开口向邻接该第二表面的环境开放，或者该第二开口将环境与流动通道相连，使得空气可以从流动通道穿过第二开口流入环境。

在一个优选的实施方式中，该载体元件为平面元件。换言之，该载体元件具有两个彼此相反地伸展的平面，这些平面在厚度方向上彼此间隔开，其中该厚度比这些平面的伸展尺寸小得多。该厚度可以例如为1至5cm。该载体元件可以例如形成为板状或垫状或箔状。通过这种平面式的构造，该天线组件能够以有利的方式安排在外表层上，而当该天线元件或这些天线元件整合到载体元件中或者形成为使其不从或基本上不从载体元件的第二表面突出时不会大幅度提高空气阻力。后者例如可以如下地实现：将天线元件印刷到载体元件上或者以其他方式作为导电轨道或导电涂层设置在载体元件上。

在一个优选实施方式中并且尤其在该载体元件以所说明的方式为平面元件的实施方式中，该载体元件且由此优选整个天线组件是柔性的。柔性在此可以优选在整个载体元件上或整个天线组件上或至少沿着第一表面的至少一个方向存在。但是还可以设想，该载体元件或该天线组件形成为局部柔性的。载体元件可以优选具有柔性材料，例如柔性塑料材料，该柔性材料为箔状或垫状的并且天线元件嵌入该柔性材料中或者该天线材料紧固在该柔性材料处或印刷到该柔性材料上。该载体元件于是优选总体上为垫状或箔状的，并且例如为箔且尤其为箔构件或者具有箔且尤其具有箔构件。要注意的是，总体上并且还有在这个实施方式中，在载体元件的柔性设计下可能的是，在载体元件中设置增强结构，该增强结构如此安排，使得在运行过程中出现的负载被引导到载体元件的预定的点或区域，这些点或区域然后可以用作紧固位置，用于将载体元件紧固在外表层处或位于其下方的增强结构处。但此类的增强结构并非必须存在。

在一个优选实施方式(尤其可以与所说明的如下实施方式组合，其中该载体元件为柔性且优选平面的)中，该第一表面具有一个或多个凹陷部，其中每一个在将该天线组件安排在该外表层区段上之后至少部分地或优选完全地限定这些空腔之一。在安排在外表层区段上之后，只有当该第一表面在这些凹陷部之外贴靠在外表层处时，才通过这些凹陷部来限定这些空腔，其中在适当时该密封装置仍然可以安排在该第一表面与该外表层之间。本发明的天线组件然后还可以独立于在该外表层上的安排而如下定义：该用于飞行器的天线组件或飞行器的天线组件具有载体元件、一个或多个天线元件以及密封装置，该载体元件在该载体元件的相反侧上具有第一和第二表面，该天线元件安排在该载体元件处或该载体元件中。该密封装置与该载体元件处于接触并且优选与该第一表面处于接触，或者可以与之进行接触。该第一表面具有该一个或多个凹陷部。该载体元件或密封装置对于这些凹陷部中的每一个具有至少一个流动通道，该流动通道在该流动通道的相反末端处具有第一和第二开口，其中每个此类的流动通道优选延伸穿过该载体元件或穿过该密封装置。这些流动通道中的每一个被设计和安排为，使得该流动通道将对应的凹陷部和该天线组件的远离该凹陷部或在该载体元件的另一侧的环境相连，并且该流动通道在该第一开口处向对应的凹陷部中开放并且在该第二开口处远离该凹陷部向该环境中开放。因此，优选形成在第一表面中的第一开口连接相应的凹陷部和该流动通道，使得空气可以从该凹陷部穿过该第一开口流入该流动通道中。以类似的方式，该第二开口将该流动通道和该天线组件的环境相连，使得即使在对应的凹陷部被气密地遮盖或封闭时，空气也可以从该流动通道穿过该第二开口流入该环境中。在此中描述的所有其他的结构设计也适用于此说明。如此说明的天线组件可以在所说明的方式中安排在飞行器的外表层区段上。

在其中该载体元件以所说明的方式为柔性并且其中该载体元件以所说明的方式在第一表面中具有一个或多个凹陷部的其他优选的天线组件设计中，该载体元件对于这些凹陷部中的每一个具有刚性的或硬质的插入件，该插入件限定相应的凹陷部。换言之，相应的凹陷部的壁部由该插入件构成。它们确保了，虽然载体元件为柔性设计，这些空腔或凹陷部在使用中还具有预定的形状和尺寸。这种设计对于其中该载体元件具有柔性材料(该柔性材料为箔状或垫状且天线元件嵌入其中或者天线元件紧固在其上)的实施方式而言是特别有利的。

在一个优选的实施方式中，这些天线元件中的每一个为贴片天线和/或ku或ka天线。在以毫米范围工作的天线的情况下，本发明具有特别的优点：可以可靠地防止局部变形或波动，否则这种局部变形或波动在此类天线的情况下显著不利地影响天线功能。

在一个优选实施方式中，将该至少一个天线元件中的每一个印刷到该载体元件上或其一部分上，尤其在该载体元件为平面且柔性并且优选为或具有箔或箔构件的情况下。

在一个优选实施方式中，该第二表面具有至少一个突起部，至少一条电导线和/或至少一个紧固元件安排在该突起部中或者该突起部由至少一条电导线和/或至少一个紧固元件构成。这些流动通道中的至少一个的第二开口安排在该突起部处或安排为直接邻接该突起部。例如可以将突起的引导区段(第二开口位于其末端处)直接邻接该突起部安排或延伸。在该突起部处在流入方向上出现局部高压力，使得在这些突起部的区域中，有利地影响在第二开口处的抽吸作用的空气动力学效果可以特别大。

在一个优选实施方式中，在该载体元件处或该载体元件中设置有一个或多个导热或导电的元件，其中每个导热或导电的元件构成该第一表面的一部分或者从该第一表面突出，使得在将该载体元件安排在该外表层上之后该导热或导电的元件与该外表层处于接触。以此方式可以实现在外表层与天线组件之间的热和电交换。

在一个优选实施方式中，该天线组件还具有飞行器的外表层区段，该外表层区段于是对应于上文说明的外表层区段。据此该载体元件如下安排在该外表层区段上，使得第一表面朝向该外表层区段，该密封装置位于该载体元件(例如尤其该第一表面)与该外表层区段之间，并且通过该密封装置、该外表层区段和该第一表面来限定该至少一个空腔。

在这个实施方式中还优选的是，在该外表层中设置有一个或多个通孔，线缆被引导或可以被引导穿过这些通孔，其中这些通孔安排在该外表层的被该载体元件或该天线组件遮盖的区域之外。这种设计的优点是，在引导线缆穿过之后对开口的压力密封性的要求更低。在安排在该载体元件下方的情况下必须保证，没有空气通过开口逸出到这些空腔之一中。

替代地或附加地，在这个实施方式中还优选的是，在该外表层区段中设置有凹陷部，该天线组件安排在该凹陷部中。这可以优选如下进行：该第二表面在该凹陷部的边缘处与该外表层的区域齐平。

根据本发明还提出一种具有外表层和根据上述实施方式之一的天线组件的飞行器，其中上述的外表层区段于是为该飞行器的外表层的区段。据此该载体元件如下安排在该外表层区段上，使得第一表面朝向该外表层区段，该密封装置位于该载体元件(例如尤其该第一表面)与该外表层区段之间，并且通过该密封装置、该外表层区段和该第一表面来限定该至少一个空腔。该天线组件被设计、安排且定向为，使得在该飞行器的飞行中通过在第二开口处以所说明的方式流过该天线组件实现抽吸作用。

附图说明

在下文中参照附图详细说明本发明，附图中展示了两个实施例。

图1示出了具有本发明天线组件的飞行器的示意性透视图，

图2示出根据本发明第一实施例的天线组件的示意性横截面图，

图3示出根据本发明第二实施例的天线组件的示意性横截面图，

图4示出根据本发明第三实施例的天线组件的示意性横截面图，并且

图5示出根据本发明第四实施例的天线组件的示意性横截面图。

具体实施方式

图1中所示的飞行器1具有机身2和本发明的天线组件3。除了天线组件3之外，为了展示的目的还示出了常规的刀片形天线4，该刀片形天线固定在机身2处的外部并且从机身2向外突出。与之相对的，在所示的实施例中，天线组件3设计为平面的且柔性的箔构件并且从外部安排在机身2的外表层5的区段上。以此方式，没有或基本没有由于天线组件3而提高机身2的空气阻力。在图1中，天线组件3例如安排在机身2的上侧。但是天线组件也可以位于机身2的任意其他位置，例如在侧面或底侧，或者还可以在飞行器的其他位置，例如机翼或垂直尾翼处。

天线组件3(图2中以横截面示出其第一实施例)具有载体元件6，该载体元件设置为具有例如1至5cm厚度的呈平面的、柔性的箔或者平面的、柔性的箔构件的形式。在附图中，出于展示目的分别用夸大的厚度展示载体元件6。载体元件6可以具有一个由柔性材料形成的层或者由一种或多种柔性材料形成的多个彼此重叠安排的层。载体元件6具有第一表面7和第二表面8，这些表面设置在载体元件6的相反侧上并且在载体元件6的厚度方向上彼此间隔开。第一表面7和第二表面8是该箔或箔构件的两个伸展表面。载体元件6以此方式安排并紧固在飞行器的外表层5的区段9上，使得第一表面7朝向外表层区段9并且第二表面8远离外表层区段9定向。在此紧固通过未示出的手段仅仅在单独的彼此间隔开的点处进行，例如通过粘合或通过固持夹具，这些固持夹具在第二表面8上延伸并且在载体元件6的两侧紧固在外表层区段9或位于其下方的增强结构处。

飞行器尤其可以为在图1中所示的飞行器1，并且天线组件3于是如此定向且定位，例如在图1中所示的位置中，使得在飞行器1的飞行中空气在用箭头10标注的方向上接触载体元件6和天线组件3并且在这个方向10上流过它们。载体元件6的与流动方向10相反指向的前边缘11与相反的后边缘12完全相同地倾斜，以便实现有利的流动条件并且将导致作用于载体元件6的试图将其从外表层区段9抬升或脱离的力的空气动力学效果保持得尽量小。此类升力不仅由于流动在前边缘11的区域中的冲击产生，而且尤其还由于流过从外表层区段9突出的载体元件6产生，这对载体元件6施加在图2中向上作用的抽吸作用。这在图2中通过箭头13指明，其粗细分别指示由于环境压力而作用于载体元件的力的强度。可以看到，这个力在前边缘11的区域中比在载体元件6的其余区域中大得多。在前边缘11的区域中，由于气流的向上倾斜，压力大于环境压力并且可以例如为环境压力的200％，而在载体元件6的其余区域中的压力小于环境压力并且可以例如为环境压力的50％，从而将升力施加于载体元件6。

在第一表面7中形成了凹陷部14，并且在第一表面7与外表层区段9之间在载体元件6的边缘区域中环绕地安排有密封环15。由此在第一表面7、外表层区段9与密封环15之间形成了空腔16，该空腔基本上对应于凹陷部14。密封环15可以设计为使第一表面7在凹陷部14外部贴靠外表层区段9，使得空腔16对应于凹陷部14。在每种情况下，空气只能通过两个流动通道17从空气16或凹陷部14中到达环境中，这两个流动通道在厚度方向上延伸穿过载体元件6。流动通道17中的每一个在其一端具有第一开口18并且在其相反端具有第二开口19，该第一开口向凹陷部14或空腔16中开放，该第二开口向环境中开放。第二开口19在此设置在从第二表面8突出的刚性引导区段20处，对应的流动通道17的一部分在该引导区段中延伸。

通过在飞行器1的飞行中流过载体元件6和天线组件3，在第二开口19处如喷射水泵的原理下类似地引起抽吸作用，通过流动通道17将空气从凹陷部14或空腔16中抽出并且以此方式在那里产生第二表面7与外表层区段9之间的负压。这个负压小于作用于第一表面8的压力13(如通过箭头21指示的)。由此在凹陷部14或空腔16的区域中总体上产生了在图2中向下指向的作用于载体元件6的力，该力将载体元件6和天线组件3向下压靠外表层区段9并且因此形成了抵消升力的固持力。这通过与升力相同的流动产生并且与之成比例地增大。因此，明显降低了对载体元件6在外表层区段9处的其他紧固方式的要求。于是例如可以省去在载体元件6与外表层区段9之间的整个面的粘合。

在所示的实施例中，第二开口19在流动方向10中定向，使得通过空气旋流在载体元件6和引导区段20处可以实现特别大的抽吸作用。第二开口19的安排和定向可以灵活选择，使得对于所提出的应用和预定的流过方向10在第二开口19处实现适合大小的抽吸作用。

在载体元件6的第二表面8上印刷了呈贴片天线形式的多个天线元件21，并且用于贴片天线21的供电线22可以嵌入到载体元件6的材料中(在图2中未示出，但参见图3和5)。

天线组件3的第二实施例在图3中以横截面示出。这个实施例基本上等同于在图2中所示的实施例，所以仅详述不同之处。

图3的天线组件3具有在载体元件6的宽度的至少一部分上延伸的通道23，该通道的一部分构成从第二表面8突出的突起部24。例如电导线或紧固线束可以在通道23中延伸，该紧固线束在载体元件6的整个宽度上延伸并且在两侧伸出载体元件并且在那里可以与外表层区段9或位于其下方的飞行器1的增强结构相连，以便将载体元件6紧固在外表层区段9处。突起部24形成对于在方向10上流过载体元件6的流动的干扰，并且引导区段20之一和第二开口19安排为直接邻接突起部24并在流动方向10上位于其后。由此可以改进第二开口19处的抽吸作用。突起部24可以在与流动方向10相反的方向上下降式倾斜或者具有其他适合的形状，以便将空气阻力的升高保持得较小并且实现抽吸作用的改进。

在图3中没有印刷贴片天线21，而是形成了插入第二表面8中的天线元件。这些天线元件通过电导线22与通道23中的电导线相连。

图4示出尤其可以在图2、3和5的实施例的每一个中应用的天线组件3的实施例。可以看到，在载体元件6的材料中不仅嵌入了天线元件21和电导线22，还嵌入了接地元件27。此外，在第一表面7中设置有多个凹陷部14，这些凹陷部分别通道状地垂直于图平面延伸并且通过适合的密封件15彼此分离并且与环境分离。由此产生了多个彼此分离的空腔16，对于这些空腔自身分别设置有用于其抽空的流动通道17。凹陷部14的壁部通过硬质的或刚性的插入件26构成，这些插入件即使在载体元件6为非常柔性材料的情况下也确保凹陷部14和空腔16具有限定的形状和大小。仍然可以保证整个天线组件3的充分的柔性，以便能够匹配外表层区段9的弯曲的表面，该表面例如可能设置在飞行器1的机身区段25处。

天线组件3的第四实施例在图5中以横截面示出。这个实施例基本上等同于在图3中所示的实施例，所以仅详述不同之处。

在图5的天线组件3中，载体元件安排在外表层区段9的凹陷部29中，确切地说使得第二表面8在凹陷部29的另一侧与外表层区段9的表面齐平或基本齐平。此外，在第一表面7中不设置凹陷部。相反，外表层区段9在凹陷部29中具有另外的凹陷部30，流动通道17的第一开口18汇入其中并且通道23的下端突出到其中。空腔16主要在这个另外的凹陷部30的区域中形成并且在第一表面7的其余区域与外表层区段9之间以更小的尺度构成。

此外，天线组件3具有多个金属元件28，这些金属元件嵌入到第一表面7中并且以一部分从该第一表面突出。这些金属元件与外表层区段9处于电和热接触，使得可以在天线组件3与外表层区段9之间交换热量和电荷。