(57)【要約】【課題】航空機のプロペラを利用して受動アンテナシステムを実現する。【解決手段】１つの実施形態において、システムは、航空機本体と、該航空機本体に結合したプロペラとを含む。プロペラは、航空機本体の長手方向に延在する軸線に対して後ろ向きの曲率を形成する複数のブレードを含む。システムは、プロペラの第１のブレードに結合した、無線周波数（ＲＦ）波を反射するように機能する表面をさらに含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機本体と、
前記航空機本体に結合され、前記航空機本体の長手方向に延在する軸線に対して後ろ向きの曲率を形成する複数のブレードを備えるプロペラと、
前記プロペラの第１のブレードに結合され、無線周波数（ＲＦ）波を反射するように機能する表面と、
を備える、システム。
【請求項２】
前記航空機本体に結合され、前記ＲＦ波を反射する表面に向かってＲＦ信号を送信するように構成された送受信機をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記送受信機は、指向性ＲＦアンテナである、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記後ろ向きの曲率は、放物線曲率である、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記後ろ向きの曲率は、球面曲率である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記表面は、第１のブレードの後ろ向き部分に結合されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記プロペラの回転時に前記第１のブレードの相対位置を検出するよう機能するセンサをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記センサは、前記プロペラの軸に結合され、前記センサは、回転角を検出してコード化するように機能する、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記センサは、前記航空機本体に結合されたレーザ又は他の光学的コード化デバイスを含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１のブレードの検出された相対位置及び所望の伝搬方向に基づいて、送信ＲＦパルスをゲート制御するように構成された送受信機をさらに備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
航空機本体と、
前記航空機本体に結合され、前記航空機本体の長手方向に延在する軸線にほぼ直交する複数のブレードを備えるプロペラと、
前記プロペラの第１のブレードに結合され、各々が前記航空機本体の長手方向に延在する軸線に対して後ろ向きの曲率を形成すると共に無線周波数（ＲＦ）波を反射するように機能する複数の表面と、
を備えるシステム。
【請求項１２】
前記航空機本体に結合され、前記複数の表面に向かってＲＦ信号を送信するように構成された送受信機をさらに備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記送受信機は、指向性ＲＦアンテナである、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記後ろ向きの曲率は、放物線曲率である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記後ろ向きの曲率は、球面曲率である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記複数の表面の各々の表面は、前記第１のブレードの後ろ向き部分に結合される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記プロペラの回転時に前記第１のブレードの相対位置を検出するように機能するセンサをさらに備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記センサは、前記プロペラの軸に結合され、前記センサは、回転角を検出してコード化するようにさらに機能する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記センサは、前記航空機本体に結合されたレーザ又は他の光学的コード化デバイスを含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
無人機（ＵＡＶ）本体と、
前記ＵＡＶ本体に結合され、複数のブレードを備えるプロペラと、
前記プロペラの前記ブレードの各々に結合され、各々が前記ＵＡＶ本体の長手方向に延在する軸線に対して放物線曲率を形成する表面と、
複数の前記表面に向かって無線周波数（ＲＦ）信号を送信するように構成された送受信機と、
を備えるシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的には航空機アンテナシステムに関し、より詳細には、航空機のプロペラを利用して受動アンテナシステムを提供することに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、航空機は、飛行中に情報を送受信する必要がある。しかしながら、小型航空機（例えば、無人機（ＵＡＶ））では、サイズ及び／又は重量の問題により従来型アンテナ装置の設置には制約がある。これらの制約は、一般に、低指向性及び／又は低利得の小型航空機上のアンテナをもたらす。電力消費量及び放射電力の厳しい制限、並びに高帯域ビデオ信号の必要性と相まって、ＵＡＶに関する運用可能な送信／受信範囲は十分でない場合が多い。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
１つの実施形態において、システムは、航空機本体と、該航空機本体に結合したプロペラとを含む。プロペラは、航空機本体の長手方向に延在する軸線に対して後ろ向きの曲率を形成する複数のブレードを含む。システムは、プロペラの第１のブレードに結合した、無線周波数（ＲＦ）波を反射するように機能する表面をさらに含む。
【０００４】
別の実施形態において、システムは、航空機本体と、該航空機本体に結合したプロペラとを含む。プロペラは、航空機本体の長手方向に延在する軸線に対してほぼ直交する複数のブレードを含む。システムは、プロペラの第１のブレードに結合した複数の表面をさらに含む。第１のブレードに結合した複数の表面の各々は、航空機本体の長手方向に延在する軸線に関して後ろ向きの曲率を形成して、無線周波数（ＲＦ）波を最適に反射するように機能する。
【０００５】
本開示は、一般的なシステムよりも優れた多くの技術的利点を提供する。１つの例として、特定の実施形態は、プロペラブレードに結合した高利得アンテナシステムを用いて長距離にわたる実質的に単一方向での小型航空機からのデータ送信を可能にすることができる。例えば、特定の実施形態は、小型航空機と遠く離れた基地位置との間の高密度、高速ビデオ信号（例えば、高解像度ビデオ信号）の送信を可能にすることができる。
【０００６】
当業者であれば、以下の図面、説明、及び特許請求の範囲から他の技術的利点を容易に理解できるはずである。さらに、上記では特定の利点が列挙されているが、種々の実施形態は、列挙された利点の全て又は一部を含むことができ、また含まない場合もある。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本開示の実施形態による、航空機プロペラのブレードに結合した表面を利用する高利得アンテナシステムの例示的な実施形態を示す。
【図２】本開示の実施形態による、航空機プロペラのブレードに結合した表面を利用する高利得アンテナシステムの他の例示的な実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
一般に、無人機（ＵＡＶ）などの小型航空機は、飛行中にデータを送受信する。これらの小型航空機では、重量及び機内で許容可能な電力消費量に制限があり、これは、データ送信装置の選択を厳しく制限する可能性がある。例えば、小型航空機上の一般的な送受信機としては、ハーフダイポールアンテナなどの小型の無指向性又はほぼ無指向性アンテナを挙げることができる。このようなアンテナは、送信（及び受信）信号の広範な角度有効範囲をもたらすことができるが、任意の１つの角度方向において感度及び利得が低い。無指向性アンテナの低い指向性利得性能は、データを伝達することができる範囲及び速度を制限する場合がある。従って、一般的な無指向性ＵＡＶアンテナは、航空機の健全状態の送信及び航空機の制御機能の受信などの特定の低速度データ機能のみを満たすことができる。
【０００９】
しかしながら、多くの場合、長距離にわたって、実質的に単一方向で、場合によっては可変方向で航空機からデータを送信することが望まれる場合がある。例えば、航空機と遠く離れた基地位置との間で、高密度の高速ビデオ信号（例えば、高解像度ビデオ信号）を送信することが望まれる場合がある。このような信号は、一般に、大型の指向性ＲＦアンテナなどの、より高利得及びより長い送信／受信距離を可能にする伝送システムを必要とする。しかしながら、小型航空機に関するサイズ、重量、空力的制限は、大型の指向性アンテナを航空機上に統合する能力を制限する場合がある。
【００１０】
従って、本開示の実施形態は、ＵＡＶ及び他の小型航空機及び制御ステーションへ又はこれらから高密度、高速信号を送信するための高利得アンテナを備えるシステムを含む。ＵＡＶの元々のプロペラ径は、ＲＦ放射の数波長まで広がり、指向性ＲＦデータリンクの感度、利得、及び伝送速度を著しく向上させるのに十分である。従って、本開示の態様は、プロペラのブレードを利用して、高い利得、感度、及び指向性の後ろ向きの受動アンテナを提供する。これは、プロペラブレードに結合する表面を利用して達成することができる。１つの実施形態において、プロペラブレード及びこれに結合した表面は、後ろ向きの曲率（例えば、放物線曲率）を有する。他の実施形態において、プロペラブレードは、航空機に対して長手方向に延在する軸に直交することができ、ブレードに結合した表面は、後ろ向きの曲率（放物線又はトーリック曲率）を有することができる。
【００１１】
本開示のさらなる理解を助けるために、特定の実施形態の実施例が以下に提示される。以下の実施例は、本開示の範囲を限定又は規定するように解釈すべきではない。本開示の実施形態及びその利点は、図１から図２を参照することでさらに理解することができ、同じ参照符号は同じ又は対応する要素を示すために用いられる。
【００１２】
図１は、本開示の実施形態による、航空機のプロペラ１１０のブレード（複数）に結合した表面１１５（複数）を利用する高利得アンテナシステム１００の例示的な実施形態を示す。システム１００は、プロペラ１１０が結合された航空機本体１０５を含む。プロペラ１１０は、航空機を推進するための任意の適切な数のブレード、例えば、３枚、４枚、５枚、又は６枚のブレードを備えることができる。一部の実施形態において、図１に示すように、航空機本体１０５はＵＡＶの胴体とすることができる。しかしながら、航空機本体１０５は、プロペラで駆動される何らかの他のタイプの航空機の本体又は胴体とすることができることを理解されたい。駆動軸に対して直交して延びるのではなく、一般的なプロペラブレードを形成できるように、プロペラ１１０のブレードは、後ろ向きの曲率を有することができる。本明細書で使用される場合、後ろ向きの曲率は、航空機本体１０５の後部又は後方部に対して凹形の曲率を意味することができる。特定の実施形態において、後ろ向きの曲率は、放物形の曲率とすることができる。
【００１３】
一部の実施形態において、プロペラ１１０のブレードの各々は、１又は２以上の表面１１５を備えることができ、これらはＲＦ波を反射するよう機能する。図１に示すように、表面１１５は、プロペラブレードの後ろ向きの部分に結合することができる。表面１１５は、ＲＦ波を反射するために金属又は何らかの他の適切な導電体から成ることができ、及び何らかの適切な手段を用いてプロペラ１１０のブレードに結合することができる。特定の実施形態において、ブレード自体が金属から成ることができる。表面１１５は、任意の数のプロペラブレード、例えば、プロペラの１枚のブレード又は全てのブレードに結合することができる。特定の実施形態において、表面１１５は、滑らかな回転図形（ｆｉｇｕｒｅ−ｏｆ−ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）の放物面反射体のセクションに成形することができ、その光軸は、プロペラ駆動軸（すなわち、航空機本体１０５に対して長手方向に延在する軸）を中心とするか、もしくは受信するＲＦエネルギを適切に合焦するか又は送信するＲＦエネルギを平行にするのに必要な大きさだけ駆動軸からオフセットされる。表面１１５が放物線の場合、送受信機１２０は、実質的に表面１１５が形成する放物線の焦点に配置することができる。表面１１５が回転球面のセクションを形成する場合、表面１１５の曲率半径は、送受信機１２０の距離の２倍とすることができ、曲率の大きさは、送受信機１２０上に中心を置く球体の曲率の約半分である。
【００１４】
プロペラ１１０が静止した状態では、ブレードは要求される放物面輪郭を超えて僅かに湾曲することになり、プロペラ１１０が所望の速度で回転する場合、送受信機１２０に送られる／送受信機１２０から送られるＲＦ信号を平行にするために、遠心力がプロペラ１１０のブレードを所望の曲率（例えば、放物線形状）に向かって外向きに曲げることを理解できるはずである。
【００１５】
システムは、航空機本体１０５に結合された送受信機１２０をさらに備える。送受信機１２０は、プロペラ１１０のブレードの表面１１５にＲＦ信号を送信すること又は表面１１５からＲＦ信号を受信することができるような方法で構成すること又は航空機本体１０５に結合することができる。信号は、航空機本体１０５の概して遠い距離後方の基地又は他の場所に向けることができる。例えば、図１に示すように、ＲＦ信号１２５は、送受信機１２０から送信して、プロペラ１１０のブレード上の表面１１５で反射されることになり、ＲＦ信号１３０は、航空機の後方に位置する基地に向けられる。送受信機１２０は、何らかの適切なＲＦアンテナ、例えば、指向性ＲＦアンテナ（例えば、パッチアンテナ又はマイクロストリップアンテナ）又は無指向性ＲＦアンテナ（例えば、ダイポールアンテナ）とすることができる。
【００１６】
特定の実施形態において、システム１００は、プロペラの回転時に第１のブレードの相対位置を検出してコード化するよう機能するセンサ１４０を含むことができる。センサ１４０は、図示のように、プロペラ１１０の軸１１１に結合することができる。しかしながら、他の実施形態において、センサ１４０は、航空機本体１０５に結合した、プロペラ１１０の１又は２以上のブレードの相対位置を光学的に検出及びコード化するように構成された光学センサ（例えば、レーザ又はＬＥＤ）を含むことができる。
【００１７】
特定の実施形態において、送受信機１２０は、センサ１４０で検出した第１のブレードの相対位置に基づいてＲＦパルスを送信するように構成することができる。例えば、送受信機１２０から送信されたＲＦデータ信号は、プロペラの回転速度に同期するＲＦパルスとすることができる。例えば、送受信機１２０は、１又は２以上のプロペラブレードの位置が、送信（又は受信）動作時に所要の伝搬方向においてアンテナ利得を最大にする位置にある場合に、ＲＦパルスを送信することができる。
【００１８】
本開示の範囲から逸脱することなく図１に対する変更、省略、又は追加を行うことができる。例えば、プロペラ１１０のブレードの曲率は、所望の空力性能及びＲＦ性能の組み合わせを実現するように例示されたものとは異なる何らかの適切な曲率とすることができる。加えて、送受信機１２０及び／又はセンサ１４０の位置は、例示されたものとは異なることができる。
【００１９】
図２は、本開示の実施形態による、航空機プロペラ２１０のブレードに結合した表面２１５を利用する高利得アンテナシステム２００の他の例示的な実施形態を示す。システム２００は、プロペラ２１０が結合された航空機本体２０５を含む。プロペラ２１０は、航空機を推進するための任意の適切な数のブレード、例えば３枚、４枚、５枚、又は６枚のブレードを備えることができる。一部の実施形態において、図２に示すように、航空機本体２０５は、ＵＡＶの胴体とすることができる。しかしながら、航空機本体２０５は、プロペラで駆動される何らかの他のタイプの航空機の本体又は胴体とすることができることを理解されたい。
【００２０】
一部の実施形態において、プロペラ２１０のブレードの各々は、１又は２以上の表面２１５を備えることができ、これらはＲＦ波を反射するよう機能する。図２に示すように、表面２１５は、プロペラブレードの後ろ向きの部分に結合することができる。表面２１５は、ＲＦ波を反射するために金属又は何らかの他の適切な導電体から成ることができ、及び何らかの適切な手段を用いてプロペラ２１０のブレードに結合することができる。前述の後ろ向きの曲率を有するプロペラのブレードに代わる方法として、表面２１５自体が後ろ向きの曲率を有することができ、プロペラ２１０は、航空機本体２０５に対して長手方向に延在する駆動軸の軸線に直交するブレードを有する。表面２１５は、任意の数のプロペラブレード、例えば、プロペラの１枚のブレード又は全てのブレードに結合することができる。
【００２１】
特定の実施形態において、表面２１５は、滑らかな回転図形の放物面反射体のセクションに成形することができるが、所望の空気力学的推進力を維持する。表面２１５が放物線の場合、送受信機２２０は、実質的に表面２１５の各々が形成する放物線の焦点の近くに配置することができる。表面２１５が滑らかな球面のセクションを形成する場合、表面２１５の曲率半径は、送受信機２２０の距離の２倍とすることができ、曲率の大きさは、送受信機２２０上に中心を置く球体の曲率の約半分である。
【００２２】
システムは、航空機本体２０５に結合した送受信機２２０をさらに備える。送受信機２２０は、プロペラ２１０のブレードの表面２１５にＲＦ信号を送信すること又は表面２１５からＲＦ信号を受信することができるような方法で構成すること又は航空機本体２０５に結合することができる。信号は、航空機本体２０５の概して後方の基地又は他の場所に向けることができる。例えば、図２に示すように、ＲＦ信号２２５は、送受信機２２０から送信して、プロペラ２１０のブレード上の表面２１５で反射されることになり、ＲＦ信号２３０は、航空機の後方に位置する基地に向けられる。送受信機２２０は、何らかの適切なＲＦアンテナ、例えば、指向性ＲＦアンテナ（例えば、パッチアンテナ又はマイクロストリップアンテナ）又は無指向性ＲＦアンテナ（例えば、ダイポールアンテナ）とすることができる。
【００２３】
特定の実施形態において、システム２００は、プロペラの回転時に第１のブレードの相対位置を検出してコード化するよう機能するセンサ２４０を含むことができる。図示のように、センサ２４０は、航空機本体２０５に結合した、プロペラ２１０の１又は２以上のブレードの相対位置を光学的に検出するように構成された光学センサ（例えば、レーザ又はＬＥＤ）を含むことができる。しかしながら、他の実施形態において、センサ２４０は、プロペラ２１０の軸に結合したセンサとすることができる。
【００２４】
特定の実施形態において、送受信機２２０は、センサ２４０で検出した第１のブレードの相対位置に基づいてＲＦパルスをゲート制御するように構成することができる。例えば、送受信機２２０から送信されたＲＦデータ信号は、プロペラの回転速度に同期するＲＦパルスとすることができる。例えば、送受信機２２０は、１又は２以上のプロペラブレードの位置が、送信（又は受信）動作時に所要の伝搬方向においてアンテナ利得を最大にする位置にある場合に、ＲＦパルスを送信することができる。
【００２５】
本開示の範囲から逸脱することなく図２に対する変更、省略、又は追加を行うことができる。例えば、表面２１５の曲率は、空気力学的推進機能が保たれる限り、例示されたものとは異なる何らかの適切な曲率とすることができる。加えて、送受信機２２０及び／又はセンサ２４０の位置は、例示されたものとは異なることができる。
【００２６】
本明細書では、明確に他を意味する又は文脈上他を意味することのない限り、「又は」は包括的であって排除的ではない。従って、本明細書では、明確に他を意味する又は文脈上他を意味することのない限り、「Ａ又はＢ」はＡ、Ｂ、又はその両方を意味する。さらに、明確に他を意味する又は文脈上他を意味することのない限り、「及び」は結合的と併存的の両方である。従って、本明細書では、明確に他を意味する又は文脈上他を意味することのない限り、「Ａ及びＢ」は「結合又は併存したＡ及びＢ」を意味する。
【００２７】
本開示の範囲は、当業者が理解するであろう、本明細書で記載又は説明した例示の実施形態に対するあらゆる変更、代替、変形、改変、及び修正を包含する。本開示の範囲は、本明細書に記載又は説明した例示の実施形態に限定されるものではない。さらに、本開示は、本明細書において、特定の構成要素、要素、機能、動作、又はステップを含むものとしてそれぞれの実施形態を記載及び説明しているが、これらの実施形態のいずれも、本明細書のいずれかの箇所に記載又は説明した構成要素、要素、機能、動作、又はステップのいずれかの組合せ又は順列を含むことができ、当業者はこれを理解するであろう。さらに、特定の機能を果たすために適合される、配置される、能力をもつ、構成される、作動する、操作可能である又は動作する、装置、システム、あるいは装置又はシステムの構成要素への請求項での言及は、それ又はその特定機能が作動する、オンにされる、又は解除されるか否かに関わらず、その装置、システム又は構成要素がそのように適合される、配置される、能力をもつ、構成される、作動する、操作可能である又は動作する限り、その装置、システム、構成要素を包含する。
【符号の説明】
【００２８】
１００  システム
１０５  航空機本体
１１０  プロペラ
１１１  軸
１１５  表面
１２０  送受信機
１２５  ＲＦ信号
１３０  ＲＦ信号
１４０  センサ
【図１】
2018157566.tif 000003
【図２】
2018157566.tif 000004
【外国語明細書】
2018157566000001.pdf