DE10334090B3 - Peilantennensystem und Verfahren zum Betrieb des Peilantennensystems - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein breitbandig arbeitendes Peilantennensystem in kompakter Bauweise, bestehend aus mehreren in verschiedenen Frequenzbereichen arbeitenden Teilantennensystemen (2, 3, 4, 5), wobei diese Teilantennensysteme übereinander angeordnet nach verschiedenen Peilverfahren, wie Rahmen-, Adcock-, Interferometer- und Richtsystemverfahren, arbeiten können. Zwischen einzelnen Teilantennensystemen ist eine Platte (7, 8) aus Absorbermaterial angeordnet.

Description

• 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.
• Weiterhin sollen Kombinationen des vorgeschlagenen Peilantennensystems mit anderen Antennenteilsystemen für nichtpeiltechnischen Einsatz – beispielsweise Rundstrahlantennen für Monitoringzwecke – integriert werden.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.
• Die Erfindung beruht auf den Grundgedanken, Absorbermaterialien zur Verringerung der Wechselwirkung der einzelnen Teilantennensysteme einzusetzen.
• 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.
• Die JP 63214005 A beschreibt ein Peilantennensystem mit mehreren benachbart übereinander angeordneten Teilantennensystemen, von denen eine nicht für peiltechnische Zwecke vorgesehene Antenne ist.
• Die DE 100 12 789 C1 beschreibt eine Vorrichtung zum richtungsselektiven Senden und Empfangen elektromagnetischer Wellen. Dabei sind einzelne Antennenkomponenten mittels elektronischer Schaltelemente auftrennbar.
• 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.
• 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.
• 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.
• (Literatur: [4] "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik", Meinke, Gundlach, 1986, S. E25ff, 10 Absorber und [5] WO 02/13311 "Elektromagnetisches Absorbermaterial, Verfahren ...".)
• 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.
• 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.
• 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.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen erläutert.
• 1 zeigt als Ausführungsbeispiel eine schematische Ansicht im Schnitt des erfindungsgemäßen Peilantennensystems.
• 2 stellt das Prinzip der Unterbrechung der metallischen Teile des Peilantennensystems dar.
• Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt einen Peilantennensystemaufbau mit vier Teilsystemen für peiltechnische Aufgaben und einer zusätzlichen Antenne für nicht gerichteten Empfang.
• Der freie Abstand zwischen den Teilsystemen kann bezogen auf die Höhe der Teilantennensysteme im Bereich von 0,05 bis 0,5 der Höhe liegen.
• Es werden folgende Antennen dargestellt:
  Kreuzrahmen 1, Adcockantenne 3, Richtantennensystem 4, Interferometerantenne 5 und eine Rundempfangsantenne in Discone-Form 6.
• In dem gezeigten Beispiel sind die Antennen entsprechend ihren geometrischen Abmessungen von groß nach klein sortiert benachbart angeordnet.
• 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.
• 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.
• In 2 wird am Beispiel eines Details der Rahmenschleife 2 der Kreuzrahmenantenne 1 das Prinzip der Unterbrechung der metallischen Teile erläutert.
• 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.

Claims (11)

1. Peilantennensystem mit mindestens zwei nach verschiedenen Peilverfahren arbeitenden Teilantennensystemen (2, 3, 4, 5), wobei die einzelnen Teilantennensysteme benachbart übereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Teilantennensystemen jeweils eine Platte (7, 8) aus Absorbermaterial angeordnet ist.
2. Peilantennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (7, 8) aus Absorbermaterial elektromagnetische Wechselwirkungsfelder zwischen den benachbarten Teilantennensystemen durch dielektrische und/oder magnetische Verluste dämpft.
3. Peilantennensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (7, 8) aus Absorbermaterial mehrere Schichten aufweist, die vorzugsweise aus verschiedenen Materialien bestehen, wobei besonders bevorzugt die einem zu dämpfenden elektromagnetischen Feld zugewandte Schicht hohe Absorptionswerte aufweist und die dem zur dämpfenden elektromagnetischen Feld abgewandte Schicht gute Reflektionswerte aufweist.
4. Peilantennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (7, 8) aus Absorbermaterial eine Fläche aufweist, die vorzugsweise mindestens gleich einer Grundfläche des Teilantennensystems ist, besonders bevorzugt eine Fläche aufweist, die in allen Richtungen die Grundfläche des Teilantennensystems überragt.
5. Peilantennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilantennensysteme (2, 3, 4, 5) übereinander angeordnet sind, wobei vorzugsweise ein freier Abstand zwischen den Teilantennensystemen bezogen auf eine Höhe eines Teilantennensystems im Bereich von 0,05 bis 0,5 der Höhe beträgt.
6. Peilantennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Antennensystem für nicht peiltechnische Zwecke vorgesehen ist.
7. Peilantennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennensysteme mit ihrer jeweiligen Mittenachse zueinander ausgerichtet sind und/oder wobei die Teilantennensysteme und das Antennensystem entsprechend ihren geometrischen Abmessungen von groß nach klein sortiert benachbart zueinander angeordnet sind.
8. Peilantennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Peilantennensystem in einem Radom (11) angeordnet ist.
9. Peilantennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teilantennensystem metallische Antennenkomponenten aufweist, und diese Antennenkomponenten aus Segmenten bestehen, die mittels elektronischer Schaltelemente elektrisch verbindbar und trennbar sind.
10. Peilantennensystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Schaltelemente Schaltdioden aufweisen, die durch Anlegen eines Gleichstroms gesperrt werden können, und somit über die Schaltdioden verbundene Segmente voneinander isolieren.
11. Verfahren zum Betrieb eines Peilantennensystems nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch in Betrieb setzten mindestens eines der nach verschiedenen Peilverfahren arbeitenden Teilantennensysteme oder des Antennensystems für nicht peiltechnische Zwecke, und Auftrennen von mindestens einer Antennenkomponente eines der Antennensysteme in seine Segmente zur Unterdrückung resonanter Effekte.