DE2359877A1

DE2359877A1 - Antennenanordnung

Info

Publication number: DE2359877A1
Application number: DE19732359877
Authority: DE
Inventors: Rodney John Kirkby; Donald Geoffrey Pope
Original assignee: Post Office
Current assignee: Post Office
Priority date: 1972-12-01
Filing date: 1973-11-30
Publication date: 1974-06-20
Also published as: NL7316390A; CA997466A; GB1448559A; NL165009B; NO136691C; ES420981A1; SE388504B; FR2209225A1; DE2359877C3; JPS5731681B2; DE2359877B2; FR2209225B1; NO136691B; JPS5047541A; NL165009C

Description

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41-21.819P 3.0. 11. 1973

THE POST OFFICE, London (Großbritannien)

Ante nn e η ano r dnung

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung zur Regelung der Ausrichtung einer Richt-Empfangsantenne der Antennenanordnung auf einem Schiff; mit einer Baueinheit, die die Antenne aufweist und die Masse M kg besitzt, und mit einer Lagereinrichtung zur kardanischen und pendelartigen Aufhängung der Baueinheit auf dem Schiff, mit durch die Lagereinrichtung gebildeten Drehachsen der Baueinheit, wobei die Drehachsen sich in einem Schwenklagerpunkt kreuzen.

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Ein schiffsgebundenes Antennensystem bei dem Nachrichtenübermittlungsdienst auf See mittels Satelliten muß einen hohen Gewinn aufweisen, um die Leistungsaufnahme des Satelliten und damit die Kosten für die Nachrichtenübertragungsstrecke Satellit-Schiff möglichst klein zu halten. Wenn der Gewinn zunimmt, wird jedoch die Bandbreite enger, und damit nehmen die zulässigen Grenzen der Antennenausrichtung ab. Jedes Schiff auf See wird, außer bei absoluter Flaute, in einem gewissen Maße rollen und stampfen, was zur Folge hat, daß die Antennenausrichtung geregelt werden muß, um eine ausreichende Möglichkeit der Nachrichtenübermittlung aufrechtzuerhalten, wenn das Ausmaß des Rollens und Stampfens größer ist als die Bandbreite des Antennensystems.

Für eine Einfach-Wendelantenne beträgt der Randstrahlengewinn relativ zum Kugelstrahler (isotropischen Strahler) 6 dB und die entsprechenden Größen für Parabolantennen mit 1 m Durchmesser bzw. 2 l/k m Durchmesser lauten l8 dB bzw. 26 dB. Die Halbwertsbreiten dieser Antennen betragen 64 bzw. 15 bzw. 6 . Von Trawlern ist bekannt, daß sie mehr als - 35 rollen können, weshalb eine gewisse Regelung der Antennenausrichtung selbst dann notwendig ist, wenn eine einfache Wendelantenne mit 6 dB Gewinn verwendet wird.

Es ist bekannt, eine Antennenplattform mittels Gyroskopen und Servosystemen zu stabilisieren, aber diese sind teuer und erreichen Stabilitäten in der Größenordnung von i 1/2 , was sogar sehr viel stabiler ist, als es selbst für eine Parabolantenne mit 2 l/k m Durchmesser benötigt wird, die aber für viele Schiffe unpraktisch groß ist.

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Es ist auch bekannt, Antennen mit geringem Gewinn ohne irgendeine Stabilisierung vorzusehen, was aber wie bereits erwähnt zu höheren Satellitenkosten führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kompromiß zu finden, durch den eine Antenne mit mäßigem Gewinn bei nahezu allen Bedingungen auf hoher See innerbalb von - 5° der gewünschten Ausrichtung geregelt werden kann.

Allgemein ausgedrückt, zur Semi-Stabilisierung der Ausrichtung der Antennenanordnung auf einem Schiff wird eine kardanisch aufgehangene und auf einer Plattform befestigte Antennenanordnung verwendet, wobei die SemiStabilisierung während des Betriebes dadurch erreicht wird, daß die Antennenanordnung wie eben näher erläutert eine lange Eigenschwingungsdauer und ein-hohes Trägheitsmoment aufweist.

Eine derartige Antenne soll im folgenden unter einer semi-stabil.isierten Antenne verstanden werden; eine Antenne, die beispielsweise gyroskopisch um etwa -,1/2 geregelt wird, ist als stabilisiert zu bezeichnen.

Unter langer .Schwingungsdauer ist hier zu verstehen, daß die Schwingungsdauer langer ist als die längste signifikante Dauer der periodischen Anteile derjenigen, die das Schiff in der See bewegen. Ein hohes Drehmoment ist hier zu verstehen als ein so hohes Drehmoment, daß die Größe der periodischen Winkelbewegung, die durch periodische Translationsbewegung des Schiffes auf See auf die Antennenanordnung ausgeübt wird, etwa vergleichbar ist mit der Größe der periodischen Vinkelbewegung, die durch

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periodische Winkelbewegung des Schiffes auf See auf die Antennenanordnung ausgeübt wird.

Die Eigenschwingungsdauer ist dabei mindestens das 2fache und vorzugsweise das 2 l/2fache der längsten signifikanten Schwingungsdauer des Schiffes in der See, so daß das Ausmaß der Übertragung der Bewegung des Schiffes auf die der Antennenanordnung herabgesetzt wird.

Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch die Lagereinrichtung der Schwerpunkt der Baueinheit unterhalb des Schwenklagerpunkts angeordnet ist und von ihm einen Abstand aufweist, der in Metern, nicht das 0,002fache des minimalen Werts des Quotienten I/M uber-

schreitet, wobei I, in. kgm , das Trägheitsmoment der Baueinheit um jede der Drehachsen ist, und daß die Lagereinrichtung ein Gesamtdrehmoment der Coulombschen Reibung um jede der Drehachsen besitzt, das,in Nm, nicht größer ist als das O,OO75fache von I₁ wodurch die Ausrichtung der Antenne semi-stabilisiert ist.

Die Baueinheit kann Justiereinrichtungen aufweisen, um die Antenne in eine vorherbestimmte Ausrichtung zu bringen, wobei eine solche Justiereinrichtung zur azimutalen Ausrichtung und eine zur Höhenausrichtung, der Ausrich tung des Elevationswinkels, vorgesehen sind. Die Justiereinrichtung zur azimutalen Ausrichtung kann dabei während des Betriebes, um Gieren und Kurswechsel des Schiffes zu kompensieren, mit einem Schiffskompaß verbunden sein, so daß die azimutale Stellung der Antenne erhalten bleibt.

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Die Erfindung wird in der Zeichnung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Phasenbeziehung der periodischen Bewegungen eines Schiffes zwischen Transversal-, Translationsund Winkelbewegung und der periodischen Winkelbewegung, die dadurch auf eine auf dem Schiff befestigte pendelartige Baueinheit ausgeübt wird;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Beziehung zwischen Antennenbandbreite und der benötigten Stabilität einer pendelartig befestigten Antenne;

Fig. 3 schematisch eine Frontansicht einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung;

Fig. ^!t eine Seitenansicht dazu;

Fig. 5 eine erprobte kardanisch aufgehangene Plattformanordnung einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung; und

Fig. 6 einen Schnitt durch einen Teil der Anordnung nach Fig. 5·

Auf See unterliegt ein Schiff, außer bei absoluter Flaute, Schwankungen, die in periodische Bewegungskomponenten aufgelöst werden können. Die signifikanten Schwankungen

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zumindest in bezug auf die Erfindung,.sind als Stampfen, Krängung, Rollen und Trimm bekannt. Stampfen ist eine Winkelbewegung um eine Achse in Richtung Backbord-Steuerbord. Krängung ist eine translatorische Längsbewegung, also eine Bewegung entlang einer Linie zwischen Bug und Achtern. Hollen oder Schlingern ist eine Winkelbewegung um eine Längsachse, und Trimm ist eine Translationsbewegung in Richtung Backbord-Steuerbord.

In Fig. 1 ist das Schiff bei 10 in einer Extremlage bei Trimmbewegung dargestellt, d. h. es ist an seiner weitesten Auslenkung von seiner normalen Bewegungslinie in der Ebene 11. An diesem Punkt erfolgt seine Beschleunigung in Richtung des Pfeils 12. Trimm, das auftritt, wenn das Schiff in bewegter See ist und die Wellen von der Seite kommen (Dwarssee^ wird teilweise hervorgerufen durch die Neigung des Schiffes, die Welle hinunter zu gleiten, und teilweise durch die Zirkularbewegung des Wassers in der Welle und tritt zusammen mit dem Rollen des Schiffes auf, so daß das Schiff in dem Moment, in dem es durch die Ebene 11 hindurchtritt, eine Neigung aufweist, wie sie bei 13 dargestellt ist. Zu dem Zeitpunkt in dem das Schiff, wie bei lk dargestellt, die andere Extremlage des Trimms erreicht hat, ist es wieder im wesentlichen senkrecht. In dieser anderen Endlage ist es einer Beschleunigung in Richtung des Pfeils 15 unterworfen.

Wenn das Schiff in der mit 10 dargestellten Lage ist, rollt es in Richtung des Pfeils l6. In Lage l4 rollt es in Richtung des Pfeils l4.

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Jede pendelartig befestigte Baueinheit, in oder auf dem Schiff ist wegen der Schwankungsbewegungen des Schiffes Drehmomenten unterworfen, und aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß sowohl das Rollen als auch das Trimm gleichzeitig Drehmomente in der gleichen Richtung ergeben, d. h., wenn das Schiff in der Lage 10 ist, sind die Drehmomente aufgrund des Trimms und Rollens in Richtung des Pfeils l8, und in der Lage 1A sind beide Drehmomente in Richtung des Pfeils 19· Auf diese Weise wirken Rollen und Trimm des Schiffes zusammen, um die pendelartige Baueinheit zu schwankenden Bewegungen anzuregen.

Darüber hinaus ruft das Rollen des Schiffes hervor, daß die pendelartige Baueinheit eine zusätzliche translatorische Schwankung in Richtung Backbord-Steuerbord aufweist, es sei denn, die pendelartige Baueinheit ist etwa im Rollzentrum des Schiffes kardanisch aufgehängt,· also in der Linie, um die das Schiff rollt.

Die Schwankungsamplitude, die durch das Trimm des Schiffes auf die pendelartige Baueinheit übertragen wird, kann dadurch vermindert werden, daß an seiner Dreh- oder Schwenklagerung ein Dämpfungsdrehmoment durch Reibung vorgesehen ist. Das vergrößert jedoch die Kopplung zwischen der Winkelbewegung der pendelartigen Baueinheit und der des Schiffes, so daß die Schwankungsamplitude, die durch das Rollen des Schiffes auf die pendelartige Baueinheit übertragen wird, zunimmt. Deshalb müssen außer der Regelung der Lagerreibung andere Möglichkeiten vorgesehen werden, die die durch das Trimm des Schiffes hervorgerufenen Schwankungen begrenzen, ohne gleichzeitig die durch das Rollen des Schiffes übertragenen Schwankungen zuneh-

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men zu lassen. Gemäß der Erfindung wird dies erreicht, indem die pendelartige Baueinheit der kardanisch aufgehangenen und auf einer Plattform montierten Antennenanordnung ein hohes Drehmoment und eine lange Schwingungsdauer der oben definierten Größen besitzt.

Der Zusammenhang zwischen Stampfen und Krängung ist ähnlich dem beschriebenen zwischen Rollen und Trimm. Die Betrachtung des Zusammenhangs führt zu einem ähnlichen Ergebnis, nämlich, daß die pendelartige Baueinheit oin hohes Drehmoment und eine lange Schwingungsdauer aufweisen muß, um die Schwankungsamplituden, die durch die Bewegung des Schiffes übertragen werden, zu begrenzen.

Die benötigten Begrenzungen der Schwankungsamplitude einer kardanisch aufgehangenen und auf einer Plattform montierten Antennenanordnung kann aus Fig. 2 abgeleitet werden. In Fig. 2 gibt die Linie 20 die tatsächliche Ausrichtung eines Nachrichtensatelliten bezüglich des Schiffes und die Linie 21 die Ausrichtung der Antenne an einem seiner äußersten Grenzlagen seiner Winkelschwankungen wieder. Der Winkel A ist die zulässige Winkelstabilität der Antenne, der Winkel B ist die Halbwertsbandbreite (3 dB - Halbwertsbreite), und der Winkel C ist ein Toleranzwinkel, um der Notwendigkeit vorzubeugen, die Antennenstrahlrichtung ständig neu festlegen zu müssen. Ein schnelles Schiff auf einer Großkreisroute kann stündlich eine Strecke zurücklegen, die groß genug ist, um die Ausrichtung eines geo-stationären Satelliten bezüglich des Schiffes um mehr als 1° pro Stunde zu ändern. Als zumutbar und zulässig kann angenommen wer-

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den, die Ausrichtung der Antenne jede fünf Stunden neu einzustellen, weshalb eine Winkeltoleranz von 5 bei der Abschätzung der benötigten Stabilität der Antenne berücksichtigt werden muß. Das heißt, der Winkel C wird mit 5 veranschlagt.

Die Geometrie der Fig. 2 ergibt A = (B - 5) /2 in

Die Bandbreite einer Parabolantenne mit 1 m Durchmesser beträgt, wie bereits ausgeführt, 15 , und daraus folgt, daß die benötigte Stabilität für eine derartige Antenne i 5° beträgt.

Mit einer Simulationsrechnung, beispielsweise mittels eines Rechners, kann dieses Ausmaß an Stabilität erreicht werden mit einer Antennenanordnung in Form einer pendelartigen Baueinheit, die die folgenden Parameter besitzt:

2 gesamtes Trägheitsmoment I = 2000 kgm ,

Masse der pendelartigen Baueinheit χ Abstand des Schwerpunkts der Baueinheit von der Dreh- oder Schwenklagerung ML = k kgm, .

Gesamtdrehmoment der Coulombschen Reibung zwischen Schiff und dem auf einer Plattform befestigten Antennensystem -■ T =1,5 Nm.

Eine Antennenanordnung mit Parametern dieser Werte erreicht die gewünschte Stabilität von - 5°, wenn es auf einem Frachter mit 14.000 t Totgewicht angebracht ist,

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das der bei Windstärke 9 der Beaufort-Skala herrschenden See ausgesetzt ist.

Ein System mit Parametern dieser Werte erreicht auch die gewünschte Stabilität, wenn es bei den gleichen See- und Windbedingungen auf einem Trawler angebracht ist. Es kann angenommen werden, daß die gewünschte Stabilität selbst bei den genannten widrigen Bedingungen während mehr als 99 % der Betriebszeit aufrechterhalten werden kann.

Da die Parameter ML, I und T in den Bewegungsgleichungen nur als Verhältnisse auftauchen,können diese Parameter in ein weiteres Paar von Parametern umgeformt werden, nämlich in T/I und ML/I, für die die Werte mit den Verhältnissen der genannten Ausgangsparameter gleich sind.

Das heißt:

T/I = 1,5/2000 = 7,5 x 10 N/kgm

ML/I= 4/2000 = 2 χ 1O~³ m"¹.

Die Werte dieser Parameter sind die Grenzwerte für ein System, das die gewünschte Stabilität erreicht.

Da der Parameter L₁ der lediglich den Abstand des Schwingungszentrums von dem Schwerpunkt des Systems darstellt, nach Wunsch geändert werden kann, kann der korrekte Wert des Parameters ML/I relativ einfach eingestellt werden. Der Parameter T/I ist deshalb der kritische Faktor. Ein

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Nadelrollenlager mit einen Nenndurclimesser von etwa 4.cm ergibt einen Wert für T/l etwa gleich dem Grenzwert. Da die Belastung auf das Lager durch ein System, das Parameter der genannten Werte aufweist, auch in der gleichen Weise von einem Kegelrollenlager getragen werden kann, das einen Durchmesser von nur etwa 0,5 cm hat, so folgt daraus, daß eine geeignete Konstruktion durch die Verwendung von Nadelrollenlagern mit Durchmessern zwischen diesen Werten erreicht werden kann.

In Fig. 3 und 4 ist eine semi-stabilisierte Antennenanordnung schematisch dargestellt, die Parameter besitzt, die den genannten Bedingungen genügen. Die insgesamt mit 23 bezeichnete Antennen-Baueinheit besteht aus einer Parabolantenne 24 mit 1 m Durchmesser, die drehbar bei 25 ani oberen Ende eines aufrechtstehenden Arms 26 gelagert ist. Um die Parabolantenne 24 um das Lager. 25 so drehen zu können, daß ihre Höhenlage eingestellt bzw. wieder eingestellt werden kann, ist eine Justiereinrichtung zur Höhenlagenverstellung vorgesehen, und zwar in Form eines fernsteuerbaren elektrischen Motors 35a· Ein Halter 27 ist fest mit dem unteren Ende des Arms 26 verbunden.

Die Antennenbaugruppe," die die Parabolantenne 24, den Arm 26, den Halter 27 und den Motor 35a umfaßt, ist auf einer Plattform 28 befestigt, wobei eine Justiereinrichtung zur azimutalen Verstellung in Form eines fernsteuerbaren Motors 35b vorgesehen ist, um die Antennenbaugruppe um eine Achse drehen zu können, die senkrecht zur gemeinsamen Berührungsebene zwischen Halter 27 und Plattform 28 ist.

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Wie aus dem folgenden hervorgeht, ist die gemeinsame Berührungsebene zwischen Halter 27 und Plattform 28 im wesentlichen horizontal, so daß die Justiereinrichtungen zur azimutalen Verstellung lediglich zum Drehen der Antennenbaugruppe um eine im wesentlichen senkrechte Achse betrieben werden müssen. Die Justiereinrichtungen zur azimutalen Verstellung sind mit dem Schiffskompaß verbunden und regeln auf diese Weise die Antennenlagerung so, daß das Gieren und die Kursschwankungen des Schiffes aufgehoben werden.

Die Plattform 28 ist mittels eines ünivei"salgelenks 29 auf einem mit 3O bezeichneten festen Teil der Schiffskonstruktion kardanisch aufgehangen. Das Teil 30 kann dabei ein Mast oder ein Teil der Deck- oder Brückenkonstruktion sein. Das Universalgelenk 29 weist ein Paar orthogonaler Achsen auf, die jeweils parallel zu den horizontalen Hauptachsen des Schiffes sind, nämlich der Längsachse Bug-Achtern und der Querachse Backbord-Steuerbord. Man kann eine kardanische Aufhängung, wie bei einem Universalgelenk, jedoch auch so betrachten, als ob sie Achsen habe, die sich in einem "Schwenklagerpunkt" schneiden, wobei als Schwenklagerpunkt ein Punkt bezeichnet wird, um den die Drehbewegung einer Baueinheit erzwungen ist, die an dem Universalgelenk befestigt ist.

Von der Plattform 28 ragen in zwei orthogonalen Ebenen angeordnet vier Schenkel 31 hinaus.

Am äußeren Ende jeder der Schenkel 31 ist ein Gewicht 32 befestigt. Die vier Gewichte 32 sind im wesentlichen von gleicher Masse und erfüllen einen doppelten Zweck. Einerseits haben sie genügend Masse und sind in geeig-

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neter Weise angeordnet, um der Anordnung eine pendelartige Konstruktion zu gehen* die an dem Universalgelenk 29 dreh- und schwenkbar gelagert ist und die eine lange Schwingung^dauer besitzt, und andererseits sind ihre Massen und ihre Abstände von dem Sehwenklagerpunkt des Universalgelenk^ 29 derart, daß die Antennenanordnung ein hohes Trägheitsmoment besitzt« Die Parabolantenne 24 wird im wesentlichen mittels eines Gegengewichtes 33 ausbalanciert, so daß Änderungen in der Höhenlage der Parabolantenne 24 weder eine wesentliche Änderung des Trägheitsmoments der Anordnung noch des Schwerpunkts der Baueinheit nach sich zieht*

Jedes der Gewichte 32 besitzt die Masse 25 kg* Sie sind so angeordnet> daß der Schwerpunkt der Anordnung ungefähr 3/4 mm unterhalb des Sehwenklagerpunkts liegt* Eine derartige Anordnung hat ein Trägheitsmoment von ungefähr 30 kgi
45 Sekunden»

gefähr 30 kgm und eine SchwingungsdÄuer von ungefähr

Die Antennenanordnung ist von einem Radom 34 überspannt, das Windkräfte davon abhält, die Einstellung der Antenne zu verändern, und das die Antennenanordnung vor den Umwelteinflüssen durch die See schützt. Das Radom 34 kann aus jedem Material hergestellt sein, das von seiner Art her geeignet ist und das für elektromagnetische Strahlen der Arbeitsfrequenz durchlässig iilt, die im vorliegenden Fall bei etwa 1,6 GHz liegt.

Die beschriebene Antennenänordnung ist derart, daß die Antenne für alle Schiffe, vom Trawler bis zum Tanker, und bei eigentlich allen Bedingungen auf See innerhalb von

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- 5° stabilisiert werden kann. Dieses Maß an Stabilität ermöglicht es, auf einem Schiff eine Antenne zu verwenden, die so groß ist wie eine Parabolantenne mit 1 m Durchmesser, wovon angenommen wird, daß dies eine vernünftige obere Grenze für Antennen ist,die an einer geeigneten Stelle bei der Mehrheit der hochseetüchtigen Schiffe verwendet werden können. Wenn auch die volle theoretische Stabilität in der Praxis nicht realisiert werden kann, so ist doch eine Stabilisierung innerhalb voti ungefähr - 7 l/2° erreichbar, was die Verwendung einer 4fach Wendelantenne erlaubt, die einen Randstrahlengewinn von l6 dB besitzt. Die Verwendung einer 4fach Wendelantenne hätte den Vorteil, daß die Größe des Radoms 34, und demnach die Kosten für die Antennenanordnung, herabgesetzt werden können. Wenn das Schiff anderen periodischen Bewegungen unterworfen wird, als den bereits beschriebenen signifikanten Bewegungen, kann doch angenommen werden, daß die Perioden derartiger Bewegungen entweder so kurz sind wie beispielsweise bei den Vibrationen durch die Schiffsmaschine, daß sie nur einen unbedeutenden Einfluß auf "ie Stabilität der Antennenanordnung haben oder daß sie so lang sind wie z. B. die Gezeitenbewegungen der See, daß sie in das System nur so viel Energie einbringen, wie es von der Lagerreibung aufgenommen werden kann. Es muß auch bemerkt werden, daß das Trägheitsmomenttgegenüber den Einflüssen von beispielsweise Änderungen der Lagerreibung und der Nachgiebigkeit der Motorzuleitungen 36 genügend groß ist, so daß diese Einflüsse vernachlässigbar sind.

Fig. 5 zeigt eine erprobte kardanisch aufgehangene Plattform. Die Plattform besteht aus einem Lagergehäuse 37 und

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vier wegragenden, mit Gewichten versehenen Armen 38· Oberseite des Gehäuses 37 ist derart ausgebildet, daß es einen Halter aufnehmen und tragen kann, wie den, der in den Figuren 3 und 4 mit 27 bezeichnet ist. Am Ende jedes Arms 38 ist ein Gewicht 39 angeschraubt und dort in einer gewünschten Stellung mittels einer Kontermutter arretiert. Jedes Gewicht 40 ist bleigefüllt und besitzt eine Masse von ungefähr 30 kg. Die Arme 38 sind in zwei koaxialen, zueinander orthogonalen Paaren angeordnet,und die Gewichte 39 jedes Paars sind etwa 1,4 m voneinander entfernt.

Die Plattform wird mittels eines Universalgelenks innerhalb des Gehäuses 37 von einer Stütze 4l getragen, die so ausgeführt ist, daß sie fest mit einem Teil der Schiffskonstruktion verbunden ist. Ein Verbindungsteil des Universalgelenks ist mit dem oberen Ende der Stütze 4l verbunden und das andere mit der Unterseite eines Abstandshalters 42 gemäß der Fig. 6. Bemerkenswert ist dabei, daß Abstandshalter 42 von verschiedenen vertikalen Abmessungen verwendet werden können, um die Lage der Plattform und der Antennenbaugruppe in vertikaler Richtung relativ zum Schwenklagerpunkt des Universalgelenks ändern zu können, so daß die Antennenanordnung nachstellbar ist, um Antennen verschiedener Größen und Formen verwenden zu können, oder daß die Plattform für sich ausbalanciert werden kann, wenn dies erwünscht ist. Bei der erprobten Ausführungsform wurde ein Abstandshalter verwendet, durch den der Schwerpunkt der Anordnung 0,75 mm unter dem Schwenklagerpunkt des Universalgelenks angeordnet wurde. Das verwendete Gelenk war eine Eigenfertigung

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mit Nadelrollenlagern von etwa 11 mm Nenndurchmesser. Das Trägheitsmoment der erprobten Anordnung lag etwas

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über 29 kgm .

In den Versuchen war die Stütze 4l auf der Gierbrücke eines unstabilisierten Schiffes von ungefähr 1.^5O t Totgewicht befestigt, das mit einer Einrichtung für einen künstlichen bzw. gyroskopischen Horizont verbunden war, die ein genaues Referenzmaß gegenüber einer echten Horizontalebene gab. Um Informationen über die momentanen Bewegungen der Plattform infolge des Rollens und Stampfens relativ zum wahren Horizont zu erhalten, war die Plattform mit Instrumenten versehen. Dabei wurden Winkelaufnehmer mit geringer Reibung verwendet und deren Meßwerte mit denen des künstlichen Horizonts verglichen. Anschließend wurden die Momentanwerte der Winkel durch das Rollen und Stampfen der Plattform vektoriell addiert, um den absoluten Winkel bzw. die Neigung der Plattform zu jedem Zeitpunkt zu erhalten. Die Neigungswinkel wurden einer statistischen Analyse unterworfen, und ein Histogramm wurde gezeichnet.

Das Histogramm zeigt, daß der Neigungswinkel der Plattform den Wert - 5 während der Versuchszeit nur in 0,15 % der Zeit überschritt, obwohl angemerkt werden muß, daß dies eigentlich nur abhängig ist von der zeitlichen Änderung der Umweltbedingungen auf See während dieser Zeit. Eine genauere Anzeige des Stabilisierungseffekts wird durch die Tatsache gegeben, daß der Winkel beim Stampfen für das Schiff für 0,13 % der Zeit die - 5° überschritt, während der Winkel beim Stampfen für die Plattform nur für 0,05 % der Zeit die ί 5° überschritt, und zwar sowohl nach vorn als auch nach hinten. Während der Winkel durch

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das Stampfen bei dem Schiff für 0,015 % der Zeit die -überschritt, war der entsprechende Winkel für die Plattform nur für 0,001 % der Zeit größer als ± 10°. Die Plattform war also offensichtlich deutlich erheblich stabiler als das Schiff.

Bei einer späteren Überprüfung der erprobten Anordnung ergab sich, daß die Reibung in den Lagern des Universalgelenks größer als angenommen war. Das heißt also, daß Lager besserer Qualität die Ergebnisse bei der Anordnung noch verbessern. Eine weitere Verbesserung kann erreicht werden durch die Verwendung eines Universalgelenks vom Gleich-Geschwindigkeits-Typ, d. h. dessen Geschwindigkeitskomponenten konstant sind bzw. dessen Übertragungsverhältnis 1 ist. Das bei den Versuchen verwendete Universalgelenk war eine Kreuzgelenkkupplung und war deshalb nicht von der gewünschten Art, d. h. eine Drehbewegung um eine Drehachse des Verbindungsstücks der Gelenkkupplung wurde nicht ununterbrochen gleichförmig in eine Drehbewegung des anderes Verbindungsstücks um seine Drehachse umgesetzt, wenn die Verbindungsstücke gemeinsam geneigt wurden. Es ergab sich also eine Änderung der Winkelgeschwindigkeit des oberen Verbindungsstücks um seine Drehachse, also demjenigen, das mit der Plattform verbunden ist, woraus sich eine Rückkopplung um diese Drehachse ergibt, wodurch der gyroskopische Effekt sich als Bewegung um eine andere Drehachse zeigt und dadurch die Neigung der Plattform erhöht. Daraus kann entnommen werden, daß die Verwendung eines Universalgelenks des Übertragungsverhältnisses 1 dieses Problem überwindet. Es wurde auch festgestellt, daß die Reibung um beide

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Drehachsen des Universalgelenks unterschiedlich war, wodurch sich eine sehr kleine, aber im wesentlichen konstante Neigung oder Schlagseite ergab. Eine Antenne auf d,er Plattform kann trotz dieser Schlagseite genau eingestellt werden, aber es ist selbstverständlich vorzuziehen, die Anordnung symmetrisch auszuführen mit im wesentlichen dem gleichen Gesamtdrehmoment der Coulombschen Reibung um jede der beiden Drehachsen.

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Claims

Patentansprüche

1. Antennenanofdnung zur Regelung der Ausrichtung einer Richt-Empfangsantenne der Antennenanordnung auf einem Schiff; mit einer Baueinheit, die die Antenne aufweist und die Masse M kg besitzt, und mit einer Lagereinrichtung zur kardanischen und pendelartigen Aufhängung der Baueinheit auf dem Schiff, mit durch die Lagereinrichtung gebildeten Drehachsen der Baueinheit, wobei die Drehachsen sich in einem Schwenklagerpunkt kreuzen, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Lagereinrichtung (29) der Schwerpunkt der Baueinheit (23) unterhalb des Schwenklagerpunkts angeordnet ist und von ihm einen Abstand aufweist, der, in Metern, nicht das 0,002fache des minimalen Werts des Quotienten I/M über-

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schreitet, wobei I₁ in kgm , das Trägheitsmoment der Baueinheit (23) um jede der Drehachsen ist, und daß die Lagereinrichtung (29) ein Gesamtdrehmoment der Coulombschen Reibung um jede der Drehachsen besitzt, das, in Nm, nicht größer ist als das O,OO75fache von I₁ wodurch die Ausrichtung der Antenne (24) semi-stabilisiert ist·

2. Antennenanordnung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (23) eine Stellvorrichtung aufweist, um den Abstand des Schwerpunkts der Baueinheit (23) von dem Schwenklagerpunkt einzustellen.,

3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtdrehmoment der Coulombschen Reibung um jede der Drehachsen im wesentlichen gleich groß ist.

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4. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche l-3i dadurch gekennzeichnet, daß die Lagereinrichtung (29) ein Universalgelenk aufweist.

5» Antennenanordnung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß das Universalgelenk vom Gleich-Geschwindig' keits-Typ ist.

6. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (23) Justiereinrichtungen (35a, 35b) enthält, um die Antenne (2k) in eine vorbestimmbare Ausrichtung zu bringen»

7. Antennenanordnung naci~· einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Justiereinrichtungen (35a, 35b) eine Justiereinrichtung (35b) zur azimutalen Ausrichtung und eine Justiereinrichtung (35a) zur Höhenausrichtung der Antenne (2k) aufweisen.

8. Antennenanordnung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Justiereinrichtung (35b) zur azimutalen Ausrichtung während des Betriebes mit einem Schiffskompaß gekoppelt ist.

9. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (23) von einem Radom (Jk) abgedeckt ist.

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