DE102011107417A1

DE102011107417A1 - Antennenmodul

Info

Publication number: DE102011107417A1
Application number: DE102011107417A
Authority: DE
Inventors: Ralf Klukas
Original assignee: Aeromaritime Systembau GmbH
Current assignee: Aeromaritime Systembau GmbH
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2011-07-15
Publication date: 2013-01-17
Anticipated expiration: 2031-07-16
Also published as: EP2546925B1; ES2724524T3; TR201906102T4; EP2546925A1; DE102011107417B4

Abstract

Antennenmodul (1) mit wenigstens zwei voneinander unabhängig betreibbaren Strahlerelementen (2, 3), wovon einer eine Breitbanddipol-Antenne (2) und der andere eine Kreuzfaltdipol-Antenne ist, und die axial hintereinander auf einer gemeinsamen Achse A angeordnet sind dadurch gekennzeichnet, dass der eine Teil der Breitbanddipol-Antenne (2) Bestandteil der Kreuzfaltdipol-Antenne (3) ist.

Description

I. Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Antennenmodul mit mehreren Funktionen für die Verwendung in mehreren Frequenzbereichen. Der Hauptanwendungsbereich des erfindungsgemäßen Systems sind hierbei U-Boot-Antennensysteme.
II. Technischer Hintergrund
Bei der Verwendung von λ/2-Dipolantennen werden die Ausmaße der Antenne durch die dem jeweiligen Frequenzbereich zugehörigen Wellenlängen bestimmt. Bei der Verwendung von zwei Strahlern, also einer Gesamtlänge von λ/2, wird daher beispielsweise im Ultrakurzwellenbereich bei einer Frequenz von 100 MHz ein 1,5 m langer Antennenkörper benötigt, um eine resonante Abstrahlung zu erreichen. Durch geeignete Maßnahmen ist es zwar möglich, diese Längen zu verkürzen, jedoch meist nur in einem geringen Umfang.
Da darüber hinaus selbst bei der Verwendung von Breitbandantennen der jeweils zur Verfügung stehende Frequenzbereich der Antenne limitiert ist, wird üblicherweise für verschiedene Frequenzbereiche eine der Anzahl der Frequenzbereiche entsprechende Anzahl von Antennen benutzt.
Dies kann jedoch in Fällen, bei denen zwar verschiedene Frequenzbereiche benötigt werden, gleichzeitig jedoch die Abmessungen des Antennensystems durch den zur Verfügung stehenden Raum begrenzt sind, zu Problemen führen.

Ein Beispiel hierfür bildet ein Antennensystem eines U-Bootes. Hier werden zur Kommunikation bzw. Positionsortung oder Ähnlichem Antennen in verschiedenen Frequenzbereichen benötigt, beispielsweise in:

VHF_LOW	30–88 MHz
VHF	100–164 MHz
UHF	220–400 MHz
IFF (identification friend foe)	1030/1090 MHZ
GPS	1575,41/1227,6 MHz
Inmarsat RX	1530–1545 MHz
Inmarsat TX	1626,5–1646,5 MHz

Neben dem bereits erwähnten nur beschränkt zur Verfügung stehenden Raumangebot, besteht für ein von U-Booten benutztes Antennensystem eine weitere Anforderung darin, dass der gesamte Aufbau der Antenne aufgrund der Positionierung an der Außenhaut des U-Bootrumpfes während der Funkkommunikation und der damit verbundenen Belastungen durch das umströmende Wasser möglichst kompakt sein muss. Gleichzeitig ist auch eine möglichst große Stabilität des Antennensystems gegenüber mechanischen Belastungen zu gewährleisten, da durch Schockwellen im Wasser kurzzeitige Horizontalbelastungen bis zu 400 G sowie Vertikalbelastungen bis in den Bereich von 150 G auftreten können.
Verschiedene Lösungsansätze zu diesem Problem benutzen üblicherweise das Prinzip eines modulartig aufgebauten Antennensystems („stack antenna”), bei der die verschiedenen Strahler der jeweiligen Antennen auf ein längliches Bauteil, den Antennenträger, aufgebracht werden.
Aufgrund der Abmessungen der Strahler der verwendeten Einzelantennen weist ein derartiges Antennensystem üblicherweise eine entsprechende Länge auf, was sich nicht nur hinsichtlich der mechanischen Stabilität und dem Verhalten gegenüber Wasserdruck und Wasserumströmung negativ auswirkt, sondern eine Antenne mit solcher Gesamthöhe auch nicht mehr in den Rumpf des U-Bootes einfahrbar wäre.
Ein Lösungsansatz der Anmelderin, der sich als äußerst erfolgreich herausgestellt hat, besteht darin, bei einem entsprechenden Antennensystem wenigstens einen der Strahler für mehr als einen Frequenzbereich zu nutzen. Die Entkopplung der Antennen erfolgt hierbei über eine spezielle Geometrie mit entsprechend angepassten Kurzschlussleitungen. Dieses System ist in der DE 10239874 A1 beschrieben.
Jedoch können auch mit diesem System nicht alle Anforderungen hinsichtlich der gewünschten Funktionalität eines entsprechenden Antennensystems erfüllt werden.
Insbesondere Funktionen wie eine Anbindung bzw. Kommunikation von U-Booten im „Link 16”-Standard erfordern hier speziell angepasste Lösungen für entsprechend ausgelegte Antennenmodule. Link 16 bezeichnet hierbei einen militärischen Datenaustauschstandard der NATO und ist als der digitale Datendienst des Kommunikationsverfahrens MIDS im NATO-Standardization Agreement STANAG 5516 definiert.
III. Darstellung der Erfindung
a) Technische Aufgabe
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Antennenmodul zur Verfügung zu stellen, welches einen Einsatz für mindestens zwei verschiedene Kommunikationsdienste, insbesondere Frequenzbereichen, ermöglicht und dennoch einen kompakten, stabilen und konstruktiv einfachen Aufbau besitzt, bei guter Endkopplung der verschiedenen Kommunikationsdienste.
b) Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
c) Ausführungsbeispiele
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
1:
Bezugszeichenliste

1: Antennenmodul
2: Breitbanddipol-Antenne, Strahlerelement
3: Kreuzfaltdipol-Antenne, Strahlerelement
4: Spiralantenne
4a, b: Arme
5: Antennenschleife
6: Halbschale
7: Halbschale
7a–d: Segment
8: Schlitze
9: Zylinder
10: axiale Richtung, Symmetrieachse
11: Radom
12: Antennenmast
13: Torus
14: Freiraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10239874 A1 [0009]

Claims

Antennenmodul (1) mit wenigstens zwei voneinander unabhängig betreibbaren Strahlerelementen (2, 3), wovon einer eine Breitbanddipol-Antenne (2) und der andere eine Kreuzfaltdipol-Antenne ist, und die axial hintereinander auf einer gemeinsamen Achse A angeordnet sind dadurch gekennzeichnet, dass der eine Teil der Breitbanddipol-Antenne (2) Bestandteil der Kreuzfaltdipol-Antenne (3) ist.
Antennenmodul (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breitbanddipol-Antenne (2) zwei mit der konvexen Außenseite gegeneinander gerichtete, in axialer Richtung des Antennenmoduls orientierte, Halbschalen (6, 7) umfasst und die eine, insbesondere dem freien Ende des Antennenmoduls (1) benachbarte, Halbschale (7) Teil der Kreuzfaltdipol-Antenne (3) ist und diese Halbschale in axialer Richtung (10) mit Schlitzen (8), insbesondere mit vier über den Umfang verteilten Längsschlitzen (8), versehen ist, die zum freien oberen Rand der Halbschale (7) hin offen sind.
Antennenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kreuzfaltdipol-Antenne (3) von dem einem zentralen Zylinder (9) durchdrungen ist, der über das offene Ende der Kreuzfaltdipol-Antenne (3) insbesondere vorsteht und den Gegenpol zu jedem der Segmente (3a–d) der Kreuzfaltdipol-Antenne (3) darstellt und insbesondere – in dem hohlen Zylinder (9) das Anpassnetzwerk für das gesamte Antennenmodul (1), insbesondere für die Kreuzdipol-Antenne (3), angeordnet ist.
Antennenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem freien stirnseitigen Ende des Zylinders (9) eine Spiralantenne, insbesondere umfassend zwei Spiral-Arme, angeordnet ist.
Antennenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem freien Überstand des Zylinders (9) über die Kreuzfaltdipol-Antenne (3) hinaus eine den Antennenmast konzentrisch und fast vollständig umgebende Antennenschleife (5) als Empfangsantenne angeordnet ist.
Antennenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisung in die Kreuzfaltdipol-Antenne (3) jeweils zwischen den jeweilig freien Enden der Segmente (7a–d) der Außenschale der Kreuzfaltdipol-Antenne (3) erfolgt und der aus elektrisch leitendem Material bestehende Außenumfangswand des Zylinders (9) erfolgt.
Antennenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Einspeisepunkte für die Breitbanddipol-Antenne (2) im Bereich zwischen den beiden Halbschalen (6, 7) liegt und/oder – die Signalzuführung zur Kreuzfaltdipol-Antenne (3) und/oder zur Spiralantenne (4) und/oder zur Antennenschleife (5) durch das Innere des Koaxialkabels zur Speisung der Breitbanddipol-Antenne (2) erfolgt.
Antennenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Außenkontur der Halbschalen (6, 7) der Breitbanddipol-Antenne (2) geometrisch einer Exponentialfunktion entspricht und/oder – der Antennenmast (12) mit dem unteren Rand der unteren Halbschale (6) der Breitbanddipol-Antenne (2) elektrisch leitend, mechanisch so fest verbunden ist, dass der Antennenmast (12) nicht Hochfrequenz abstrahlendes Teil der Antenne ist.
Antennenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – entlang der Symmetrieachse (10) der Breitbanddipol-Antenne (3) ein feldfreies Rohr angeordnet ist, insbesondere als Bestandteil einer Vivaldiantenne, durch welches die Einspeiseleitungen zu den oberen Antennen (3, 4, 5) verlaufen und/oder – im Inneren am Boden der unteren Halbschale (6) ein um die Axialrichtung (10) umlaufender hohler Torus (13) angeordnet ist, dessen oberer Bereich elektrisch leitend mit der unteren Halbschale (6) verbunden ist, und durch den Freiraum (14) im Zentrum (10) des Torus die Signalzuführung insbesondere für die Kreuzfaltdipol-Antenne (3) erfolgt.
Antennenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (9) am Boden der oberen Halbschale (7) aufsitzt und mit dieser elektrisch leitend verbunden ist.
Antennenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (7a–d) der oberen Halbschale (7) von der Stelle ihres radial größten Abstandes aus zum freien Ende hin sich wieder an die Symmetrieachse (10) annähern und die Kreuzfaltdipol-Antenne (3) insbesondere die Form einer in die Länge gezogenen Kugel aufweist, die axial insbesondere länger ist als die axiale Länge der Halbschale (6).
Antennenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Einspeisung in die vier Segmente (7a–d) mit 90° Phasenversatz zueinander erfolgt, indem in dem Zylinder (9) ein Phasenschieber angeordnet ist, über den die Einspeiseleitungen verlaufen und/oder – die Form und Positionierung der Kreuzfaltdipol-Antenne (2) und der unteren Halbschale (6) so gewählt sind, dass sowohl die Kreuzfaltdipol-Antenne (3) als auch die Breitbanddipol-Antenne (2) sich nicht gegenseitig nachteilig beeinflussen.
Antennenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – bei der Spiralantenne (4) die Anpassung der Antenne durch die Formgebung der Arme (4a, b) am Speisepunkt erreicht wird und/oder – der mit seinem inneren Ende an dem Innenleiter der Koaxialzuleitung angeschlossene Arm der Spiralelemente (4) am äußeren Ende elektrisch leitend mit dem Außenleiter der Koaxialzuleitung verbunden ist, insbesondere indirekt über einen unter der Spiralantenne (4) angeordneten Reflektor.