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Die
Erfindung betrifft ein breitbandig arbeitendes Peilantennensystem
in kompakter Bauweise, bestehend aus mehreren in verschiedenen Frequenzbereichen
arbeitenden Teilantennensystemen, wobei diese Teilantennensysteme übereinander
angeordnet nach verschiedenen Peilverfahren, wie Rahmen-, Adcock-,
Interferometer- und Richtsystemverfahren arbeiten können und
ein entsprechendes Verfahren. Das Peilantennensystem soll breite
Frequenzbereiche überstreichen;
beispielsweise liegt die untere Frequenzgrenze im HF-Bereich bei
1–2 MHz,
wobei der gesamte Frequenzbereich bis 3 GHz lückenlos erfasst werden soll.
Das Peilantennnensystem soll äußerst kompakt
für beispielsweise
den Betrieb auf mobilen Plattformen ausgeführt werden.
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Weiterhin
sollen Kombinationen des vorgeschlagenen Peilantennensystems mit
anderen Antennenteilsystemen für
nichtpeiltechnischen Einsatz – beispielsweise
Rundstrahlantennen für
Monitoringzwecke – integriert
werden.
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Die
hohe Konzentration verschiedener Antennensysteme auf engstem Raum
beeinträchtigt
infolge Verkopplungseffekte und Wechselwirkungen zwischen den Antennenteilsystemen
die Peileigenschaften wie Peilgenauigkeit und Peilempfindlichkeit beträchtlich.
Um eine Rückwirkungsfreiheit
zu gewährleisten
und die Verkopplungseinflüsse
zu minimieren werden bei klassischer Bauweise zwischen den einzelnen
Antennenteilsystemen möglichst große Abstände (genannt
in dieser Beschreibung: Schutzabstände) in Größenordnung Wellenlängen der
jeweiligen Betriebsfrequenz angeordnet. Diese Ausführungsformen
sind beispielsweise im Prospekt [1] "3-fach Peilantennensystem DHA1082", C. Plath GmbH dargestellt.
In [2] "Funkpeiltechnik", Rudolf Grabau,
Klaus Pfaff, Seite 408, Bild 333 ist als Beispiel eine weitere Kombination
des Peilsystems mit großen
Schutzabständen
dargestellt. Bei einer Ausführung
für noch
größere Frequenzbereiche
als dargestellt, müssten
weitere Teilantennensysteme benutzt werden, wodurch die Abmessungen
des Gesamtsystems völlig
unhandlich würden
und die Anwendung auf stationär
beschränkt
wäre.
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Rückt man
die Teilantennensysteme zwecks Abmessungsverkleinerung einfach zusammen,
werden die Schutzabstände
zu klein oder sie verschwinden fast, was die Vergrößerung der
Verkopplungseffekte und Verwerfung der Strahlungsdiagramme der Teilantennensysteme
zur Folge hat und zum Anstieg der Azimutfehler und Veränderung
des Gesamtverhaltens führt.
In [3] "Integrated
Submarine COMIT/ELINT ES Antenna UA-506A", Southwest Research Institut ist ein
Ausführungsbeispiel
eines solchen Antennensystems dargestellt. Bei solchen Peilantennensystemen
wird die Verkopplung der Teilantennensysteme einfach in Kauf genommen.
Um Funkbeschickungskurven mit einigermaßen kleinen Peilfehlern zu
erhalten, muss bei dieser Antennenausführung anschließend eine
aufwendige Funkbeschickung durchgeführt werden. Die Vermessung
der Azimutabweichungen muss mit genügend kleinem Schritt jeweils über den
ganzen Kreis von 360° bei
allen Frequenzen und Einfallswinkeln erfolgen. Der Frequenz- und
Winkelschritt kann nur so groß gewählt werden,
dass zwischen den einzelnen Stützpunkten
eine Interpolation noch realisiert wird.
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Beispielsweise
in dem anfangs genannten Frequenzbereich ergibt sich in der Praxis
eine Funkbeschickung, wobei bei ca. 1000 Frequenzen jeweils ein
Kreis mit Winkelschritt 10° – d. h.
36 Stützpunkte – voll durchgefahren
werden muss. Dies ergibt eine sehr aufwendige Messung mit einigen
tausend Messpunkten, woraus anschließend die Korrekturkurven berechnet
und in der Peilanlage abgespeichert werden müssen. Beim Peilen werden dann
die gemessenen Rohwerte nach bekannten Verfahren mit Korrekturwerten
zur wahren Peilung korrigiert. Neben dem hohen Vermessungsaufwand
fällt wesentlich
schwerer, dass erfahrungsgemäß Frequenz-
und Winkelbereiche existieren, in denen der Anstieg des Peilfehlers
größer als
der Winkelschritt ist und die Winkelkorrektur dadurch nicht möglich wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Peilantennensystem in
kompakter Bauweise vorzugsweise für alle Anwendungsbereiche zu
konzipieren, wobei die genannten Nachteile herkömmlicher Anordnungen vermieden
werden sowie ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb des Peilantennensystems
bereit zu stellen.
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Die
Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.
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Die
Erfindung beruht auf den Grundgedanken, Absorbermaterialien zur
Verringerung der Wechselwirkung der einzelnen Teilantennensysteme einzusetzen.
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Die
US 5,521,608 betrifft ein
Peilantennensystem mit mehreren benachbart übereinander angeordneten Teilantennensystemen.
Die Teilantennensysteme sind entsprechend ihren geometrischen Abmessungen
von groß nach
klein sortiert angeordnet.
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Die
JP 63214005 A beschreibt
ein Peilantennensystem mit mehreren benachbart übereinander angeordneten Teilantennensystemen,
von denen eine nicht für
peiltechnische Zwecke vorgesehene Antenne ist.
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Die
DE 100 12 789 C1 beschreibt
eine Vorrichtung zum richtungsselektiven Senden und Empfangen elektromagnetischer
Wellen. Dabei sind einzelne Antennenkomponenten mittels elektronischer Schaltelemente
auftrennbar.
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Zusätzlich sollen
resonante Metallstrukturen insbesondere der nicht benutzten Teilantennensysteme
durch Unterbrechung mittels elektronischer Schaltelemente in Segmente
oder Elementarteile zerlegt werden, deren Eigenresonanzen außerhalb der
Nutzbereiche liegen.
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Elektromagnetische
Wechselwirkungsfelder zwischen benachbarten Antennensystemen können generell
durch Materialien mit elektrischer Leitfähigkeit oder dielektrische
bzw. magnetische Verluste gedämpft
werden. Abschirmungsmaßnahmen
mit metallischen Platten mit hoher Leitfähigkeit zwischen dicht angeordneten
Teilantennensystemen führen
bei Peilantennen in der Regel nicht zum Ziel, da der Dämpfungseffekt
durch Reflexion verläuft.
Dies führt meistens
zu weiteren Feldinterferenzen und Resonanzen aufgrund der endlichen
Maße der
Abschirmplatten.
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Die
Erfindung beruht auf Verwendung von absorbierenden Werkstoffen,
die die einfallenden elektromagnetischen Wellen in Wärme umwandeln. Um
die restlichen Reflexionen zu minimieren, werden Werkstoffe mit
niedriger Dielektrizitätszahl – d. h.
wenig größer als
1 – benutzt,
so dass der Reflexionsfaktor an der Grenzschicht Luft/Absorber gering
wird. Es werden Absorber in Plattenform verwendet, die bereits bei
geringer Dicke hohe Dämpfungswerte
erreichen. Um das Reflexionsverhalten zu minimieren und die Dämpfung bei
tieferen Frequenzen zu erhöhen,
werden auch Absorber verwendet, die aus mehreren Materialschichten
bestehen, wobei die äußeren Schichten
gutes Reflexions- und die inneren Schichten hohe Absorbtionswerte
aufweisen.
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(Literatur:
[4] "Taschenbuch
der Hochfrequenztechnik",
Meinke, Gundlach, 1986, S. E25ff, 10 Absorber und [5] WO 02/13311 "Elektromagnetisches
Absorbermaterial, Verfahren ...".)
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Durch
folgende Zusatzmaßnahmen
werden meist schmalbandig auftretende resonante Effekte unterdrückt. Erfahrungsgemäß können scharfe
Resonanzen hoher Güte
von metallischen Komponenten – beispielsweise
Strahlern oder Rahmenschleifen – der
nichtbenutzten Teilantennensysteme in den Nutzbereich der in Betrieb
befindlichen Teilantennensysteme fallen und durch Absorber nicht
ausreichend bedämpft
werden. Diese Komponenten werden deshalb nicht einfach als durchgehende
Stäbe,
Leiter, Leiterschleifen usw. ausgeführt, sondern werden aus Einzelstücken d.
h. Segmenten oder Elementarteilen gebildet, die mittels elektronischer
Schaltelemente beispielsweise Schaltdioden, entweder im Betriebsfall
zusammen geschaltet oder im Ruhefall auseinander geschaltet werden.
Die elektrischen Längen
dieser Einzelstücke
werden derart gewählt,
dass deren Resonanzfrequenz außerhalb
der Betriebsbereiche liegt. Durch diese Zusatzmaßnahme wird in Ergänzung zu
den Absorbern die Wechselwirkung zwischen einzelnen Teilantennensystemen
minimiert.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
werden die genannten Teilantennensysteme dicht übereinander angeordnet, wobei
die Schutzabstände
derart minimiert werden, dass jeweils zwischen benachbarten Teilantennensystemen
eine Schicht aus je nach Frequenzbereich geeignetem Material angebracht
wird. Zu einer weiteren Reduzierung der Systemrückwirkung werden zusätzlich die
metallischen Strukturen – beispielsweise Strahler – der nichtbenutzten
Nachbarsysteme mittels elektronischer Schaltelemente unterbrochen
und somit störende Einflüsse und
insbesondere Störresonanzen
unterdrückt.
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Der
erfindungsgemäße Aufbau
erreicht trotz kompakter Abmessungen und hoher Teilantennensystemeanzahl
gute Entkopplungseigenschaften und somit Peilgenauigkeit, die sonst
nur bei Einzelantennen in ungestörter
Umgebung erreicht werden.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen
erläutert.
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1 zeigt als Ausführungsbeispiel
eine schematische Ansicht im Schnitt des erfindungsgemäßen Peilantennensystems.
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2 stellt das Prinzip der
Unterbrechung der metallischen Teile des Peilantennensystems dar.
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Das
in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt einen Peilantennensystemaufbau mit vier Teilsystemen
für peiltechnische
Aufgaben und einer zusätzlichen
Antenne für
nicht gerichteten Empfang.
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Der
freie Abstand zwischen den Teilsystemen kann bezogen auf die Höhe der Teilantennensysteme
im Bereich von 0,05 bis 0,5 der Höhe liegen.
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Es
werden folgende Antennen dargestellt:
Kreuzrahmen 1, Adcockantenne
3, Richtantennensystem 4, Interferometerantenne 5 und eine Rundempfangsantenne
in Discone-Form 6.
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In
dem gezeigten Beispiel sind die Antennen entsprechend ihren geometrischen
Abmessungen von groß nach
klein sortiert benachbart angeordnet.
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Die
Peilantennensysteme überstreichen
in Teilbereichen lückenlos
den geforderten Frequenzbereich und werden mittels eines im metallischen
Gehäuse 9 angebrachten
HF-Umschalters jeweils für den
gewünschten
Teilfrequenzbereich umgeschaltet. In diesem Gehäuse mündet auch die mittig geführte Verkabelung 10 aller
Teilsysteme.
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Zwischen
allen Teilsystemen werden erfindungsgemäß Absorber angeordnet, wobei
bei je nach Betriebsfrequenzbereich des jeweiligen Teilantennensystems
einschichtiges Absorber-
7 oder mehrschichtige Absorbermaterial
8 verwendet
wird. In dem gezeigten Beispiel überragt
die Fläche
der Absorberplatte zwischen den einzelnen Teilantennensystemen die
Grundfläche
dieser Teilantennensysteme in allen Richtungen. Die gesamte Anordnung
befindet sich unter einem Radom
11, vorzugsweise aus GfK
gefertigt und benutzt die in [6]
DE
101 03 965 ausgeführte
Bauweise.
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In 2 wird am Beispiel eines
Details der Rahmenschleife 2 der Kreuzrahmenantenne 1 das Prinzip
der Unterbrechung der metallischen Teile erläutert.
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Die
Einzelstücke
bzw. Segmente oder Elementarteile 12 der Rahmenschleife 2 werden
mittels Schaltelemente 13 untereinander verbunden. Werden
die Schaltelemente 13, beispielsweise Schaltdioden, durch
Gleichstrom in Durchlaßrichtung
durchflossen, werden alle Elementarteile 12 miteinander verbunden
und die Rahmenschleife 2 ist betriebsbereit. Durch Gleichstromumpolung
wird die Schaltelementesperrung und somit das Isolieren der Elementarteile 12 bewirkt.
Die Gleichstromzufuhr erfolgt beispielsweise in bekannter Art mittels
Bypässe über die Kontaktierung 14 der
Rahmenschleife 2, die gleichzeitig als HF-Anschluss dienen.