DE2750401A1

DE2750401A1 - Drehbare antennenanlage, insbesondere fuer satellitenschiffs- und -bodenstationen

Info

Publication number: DE2750401A1
Application number: DE19772750401
Authority: DE
Inventors: Ole Th Snedkerud
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1977-09-30
Filing date: 1977-11-11
Publication date: 1979-04-12
Also published as: US4209789A; FR2404929A1; BE870826A; DE2750401C2; GB2005478A; NO783253L; NO150459C; FR2404929B1; NO150459B; CH622129A5; GB2005478B; NL7809808A

Description

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BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Drehbare Antennenanlage, insbesondere für Satellitenschiffs- und -bodenstationen.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine drehbare Antennenanlage, insbesondere für Satellitenschiffs- und -bodenstationen, mit einer Säule, an deren oberem Ende in einem drehbaren Korb die Sende- und Empfangsantenne untergebracht ist.

Ursprünglich waren bei solchen Satellitensende- und -empfangsstationen Sender, Empfänger und Sende- bzw. Empfangsantenne im drehbaren Korb an der Spitze der Säule untergebracht.

Da man insbesondere auf Hochseeschiffen Schleifkontakte für die Stromzuführung zu den Elektromotoren für die Steuerung der Azimuth- und Elevationswinkel der Parabolantenne sowie für die HF-Systeme vermeiden wollte, ist man dazu übergegangen, für die elektrische Speisung lange

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Kabel vorzusehen, die die Stromquelle unter Deck mit den Verbrauchern im drehbaren Korb an der Mastspitze verbinden. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, dass der Schwenkbereich für den Azimuthbereich, je nach Bauart, auf 370° C bis 5^0° beschränkt ist.

Die eingangs erwähnte Bauart, bei der alle Empfangs-, Sende-, Antriebs- und Steuerungseinrichtungen in einem drehbaren Korb an der Mastspitze untergebracht sind, weist neben dem obengenannten noch den weiteren Nachteil auf, dass die Zugänglichkeit zu diesen Einric..tungen sehr erschwert ist, was insbesondere im Falle von Pannen bei schlechtem Wetter oder hohem Seegang kritisch werden kann.

Bei der schleifringlosen Ausführung mit langen Kabeln kann der begrenzte Azimuthdrehwinkel zu Unterbrechungen in der Nachrichtenübermittlung führen, was bei manchen Anwendungen unbedingt vermieden werden muss.

Mit der vorliegenden Erfindung sollen diese Nachteile vermieden werden. Insbesondere liegt ihr die Aufgabe zugrunde, eine schleifringlose Verbindung zwischen dem Sende/Empfangsteil und der Antenne sowie eine Konstruktion für die Azimuthund Elevationswinkelsteuerung zu schaffen, bei der die elektrischen Antriebs- und Steuereinrichtungen unter dem Schiffsdeck bzw. im Puss oder unterhalb des Mastes unter·* gebracht sind.

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Die erfindungsgemässe drehbare Antennenanlage ist dadurch

im
gekennzeichnet, dass in einem Mastkorb um eine senkrechte Achse drehbaren Drehgestell ein einfach verzahnter Zahnkranz für die Azimuthverstellung und ein doppelt verzahnter Zahnkranz für die Elevationsverstellung vorgesehen ist, die koaxial und voneinander unabhängig drehbar gelagert sind, dass ein Differentialgetriebe mit je einer Antriebswelle und je einer Abtriebswelle zum Antrieb der beiden Zahnkränze vorgesehen ist, das einen Antrieb der beiden Zahnkränze mit gleichem oder entgegengesetztem Drehsinn und gleich r odaer beliebig unterschiedlicher Drehzahl;erlaubt,um die Azimuth- und die Elevationsverstellung jeweils getrennt für sich oder gleichzeitig vornehmen zu können, dass eine Vorgelegewelle zwischen dem Zahnkranz zur Elevationsverstellung und der Drehachse der Antenne vorgesehen ist, und dass ein zur Azimuthdrehachse konzentrischer, feststehender Hohlleiter, ein am Drehgestell befestigter, das obere Ende des Hohlleiters mit Spiel umgebender λ./^-Kurzschluss und eine Hohlleitersonde zur Uebertragung der Nachrichtensignale zwischen der innerhalb oder ausserhalb des Mastrohres untergebrachten Sende/Empfangsanlage zur Antenne bzw. umgekehrt vorhanden sind.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser stellen dar:

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Fig. 1 die äussere Gestalt einer erfindungsgemässen Nachrichtenstation in Form eines schiffsgestützten Mastes,

Fig. 2 schematisch eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes im Schnitt,

Fig. 3 das Differentialgetriebe der Ausführung nach Fig. 2,

Fig. H eine weitere Ausführungsform in schematischer Darstellung,

Fig. 5 das Differentialgetriebe der Ausführung nach Fig. 4, und die

Fig. 6 und 7 eine weitere Ausführungsform im Auf- und Grundriss.

Die in Fig. 1 dargestellte, schiffsgestützte Sende- und Empfangsstation in Form eines stromlinienförmig ausgebildeten Mastes unterscheidet sich äusserlich nicht von den eingangs beschriebenen konventionellen Ausführungen. Im Gegensatz zu diesen enthält jedoch der auf der Mastspitze um eine senkrechte Achse drehbare Korb 1 nur die Antenne und die Getriebeelemente zu deren Verstellung nach Azimuth und EIevation.

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Fig. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen solchen Mast. Die Antenne, im vorliegenden Falle eine Parabolantenne, und ihre Lagerung sind mit 2 bezeichnet. Die Lagerung der Antenne ruht auf Stützen 3, die mit einem Drehgestell 4 fest verbunden ist. Dieses Drehgestell ist auf beweglichen Rollen 5 und festen Rollen 6, die in kreisförmigen Schienen 7 geführt bzw. in einem zylindrischen Mantel 8 gelagert sind, drehbar gelagert bzw. gegen Kippen gesichert. Die Kreisschienen 7 und der Mantel 8 sind mit einer Plattform 9> die den oberen Abschluss des Mastrohres 10 bildet, fest verbunden.

Das Drehgestell Jj weist einen Innenzahnkranz 11 für die Azimuthverstellung auf, der mit einem Stirnzahnrad 12 am oberen Ende einer Hohlwelle 13 im Eingriff steht. Im Drehgestell 4 ist oberhalb des Innenzahnkranzes 11 ein aussen- und innenverzahnter Zahnkranz 1*J für die Elevationsverstellung koaxial zum Zahnkranz 11 drehbar gelagert. Dieser Zahnkranz 14 kämmt innen mit einem auf dem oberen Ende einer Vollwelle 15 sitzenden Stirnzahnrad 16 und aussen mit einem Stirnzahnrad 17, dessen Bewegung von einer Welle 18 auf das Kegelradpaar 19 und damit auf die Schwenkachse 20 der Antennenlagerung übertragen wird.

Die nicht dargestellte Sende- und Empfangsanlage ist unzer dem Schiffsdeck untergebracht und daher für die Wartung und Ueberwachung leicht zugänglich. Für die schleifringlose

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Uebertragung der ankommenden bzw. ausgesandten Signale dient ein koaxial zur Drehachse des Drehgestells 4 angeordneter Hohlleiter 21, ein dessen oberes Ende mit Spiel umschliessender λ/^-Kurzschluss 22, der an der Unterseite des Drehgestells befestigt ist, sowie eine in der Achse des letzteren angeordnete Hohlleitersonde 23, die mittels eines Koaxialkabels 2k mit der Antenne 2 verbunden ist.

Unter dem Schiffsdeck liegen ferner das Differentialgetriebe 25, das in Fig. 3 vergrössert dargestellt ist, die beiden Motoren 26 und 27 -ür die Azimuth- bzw, Elevationssteuerung sowie die nicht dargestelltenPositionsgeber.

Das Differentialgetriebe 25 (Pig· 3) weist einen feststehenden Planetenträger 2%- und einen beweglichen Planetenträger 29 auf, deren Planetenräder 30 bzw. 31 über ein freilaufendes Doppelkegelzwischenrad 32 zusammenwirken. Die Planetenräder 31 stehen mit einem Kegelrad 33 am unteren Ende der Vollwelle 15 zur Steuerung des Elevationswinkels im Eingriff. Die Hohlwelle 13 weist an ihrem unteren Ende ein Stirnrad 34 auf, das mit einem Kegelrad 35 starr verbunden und vom Elektromotor 26 (siehe Fig. 2) über ein Stirnrad 36 in Antriebsverbindung steht.

Der bewegliche Planetenträger 29 ist an seinem Umfang als Stirnrad ausgebildet, das über ein Stirnrad 37 mit dem Elektromotor 27 (siehe Fig. 2) in Antriebsverbindung steht.

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Wenn nur der Azimuthwinkel verstellt werden soll, wird die Hohlwelle 13 vom Elektromotor 26 im gewünschten Drehsinne angetrieben, wobei der Elektromotor 27 stillgesetzt und festgebremst ist. Ueber die Kegelräder 35, 30, 32 und 31 wird die Vollwelle 15 dabei gleichsinnig und mit gleicher Drehzahl angetrieben wie die Hohlwelle I3. Da die oberen Stirnräder 12 und 16 (siehe Fig. 2) der Hohlwelle I3 bzw. der Vollwelle 15 ebenso wie die Innenverzahnungen der Zahnkränze 11 und IiJ unter sich gleiche Teilkreisdurchmesser und Zähnezahlen aufweisen, so bleiben die Zahnkränze 11 and 14 relativ zueinander in Ruhe. Da die Welle 18 der Elevations steuerung im mit dem Zahnkranz 11 eine starre Einheit bildenden Drehgestell 4 gelagert ist, bleibt auch das Stirnrad 17 auf der Welle 18 in Ruhe und die Elevationssteuerung somit unbeeinflusst. Es wird also nur der Azimuthwinkel verstellt.

Wenn nur der Elevationswinkel verstellt werden soll, so erfolgt der Antrieb der Hohlwelle 15 durch den Elektromotor 27 über das Stirnrad 37 und die Planetenräder 31» die mit ihrem Planetenträger 29 frei umlaufen können. Der Elektromotor 26 für die Azimuthsteuerung ist dabei festgebremst

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und die Hohlwelle 13 sowie die Räder 36, 3¹I, 35, 30 und 32 befinden sich in Ruhe. Ueber das Stirnrad 16, den gegenüber dem Drehgestell ¹J drehbar gelagerten,doppeltverzahnten Zahnkranz 14, das Stirnrad 17 und das Kegelradpaar 19 wird^

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die Drehung der Vollwelle auf die Schwenkachse 20 der Antenne übertragen und damit die Elevation verstellt.

Falls Azimuth und Elevation gleichzeitig verstellt werden sollen, so erfolgt die Azimuthverstellung wie oben geschildert durch den Motor 26 und die Hohlwelle 13, während die Elevation durch Ueberlagerung einer vom Elektromotor 27
ausgehenden Drehbewegung der Vollwelle 27 bewirkt wird. Der Motor 27 kann dabei gleichsinnig mit oder gegensinnig zur Hohlwelle angetrieben werden, wodurch der Zahnkranz lh

gegenüber dem drehgestellfesten Zahnkranz 11 voreilt oder zurückbleibt und damit das Stirnrad 17 und die Antenne 2
in der einen oder anderen Richtung gedreht werden.

Die Unterbringung der Motoren, des Differentialgetriebes,
der Positionsgeber usw. unter Deck ist vom Standpunkt der Zugänglichkeit und Wartung sowie aus Gewichtsgründen leichterer Mastkorb und Mast selbst - vorteilhaft.

In gewissen Fällen kann es aber auch angebracht sein, Antriebsmotoren und Getriebe unter der Plattform zu installieren, wodurch der grosse Verdrehwinkel der langen Welle vermieden werden kann. Dieser kann aber auch durch die erwähnten Positionsgeber kompensiert werden, wodurch die Vorteile der unter Deck installierten Anlageteile erhalten
bleiben.

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In Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes mit zwei räumlich voneinander getrennten Vollwellen 37 und 38 zum Antrieb der Zahnkränze für die Azimuth- und die Elevationsverstellung. Die übrigen Elemente im Mastkorb sind im wesentlichen die gleichen wie bei der vorher beschriebenen Ausführung, nur hinsichtlich der unter Deck installierten Antriebsanlage 39» die Fig. 5 in grösserem Massstab zeigt, unterscheidet sich diese Variante von der in Fig. 2 dargestellten.

Die Antriebsanlage 39 weist wieder zwei Motor in 40" bzw. 41 (Fig. 4) für die Azimuth- und die Elevationssteuerung auf. Zur reinen Azimuthverstellung treibt der Motor 40 über das Stirnradpaar 42, 43 die Welle 37 und über das Kegelradpaar 44, 45, den feststehenden Planetenträger 46, den beiden Kegelrädern 47 und 48, den Planetenrädern 49 und 50 sowie das Kegelradpaar 51* 52 die Welle 38 gleichsinnig und mit gleicher Drehzahl an, wodurch wie bei dem früher beschriebenen Beispiel keine Relativdrehung zwischen den Zahnkränzen zur Azimuth- und zur Elevationsverstellung auftritt und die augenblickliche Elevation folglich erhalten bleibt. Der Elevationsmotor 41 ist hierbei festgebremst und der Planetenträger blockiert.

Zur reinen Elevationsverstellung wird der Azimuthmotor 40 festgebremst, so dass nur die Welle 38 vom Motor 41 angetrieben wird.

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Zur gleichzeitigen Verstellung von Azimuth und Elevation wird, wie früher beschrieben, der vom Motor 40 synchron mit der Welle 37 angetriebenen Welle 38 vom Motor 41 eine Drehung überlagert.

Eine weitere, bezüglich des Drehgestells im Mastkorb vereinfachte Ausführung ist in den Fig. 6 und 7 im Grund- und Aufriss dargestellt. Hierbei besteht das Drehgestell aus einer runden, den Zahnkranz 53 für die Azimuthverstellung bildenden Scheibe, auf der der Zahnkranz 54 und die Welle 55 für die Elevation; /erstiellung gelagert sind, sowie den Stützen 56 für die Aufnahme der Antennenlagerung. Die Hohlwelle 57 für die Azimuthverstellung und die Vollwelle 58 für die Elevationsverstellung sind hier am äusseren Umfang der beiden Zahnkränze angeordnet. Als Antrieb für die beiden Wellen wird hier die Variante nach Fig. 3 verwendet.

Die Ausführung nach den Fig. 6 und 7 hat den Vorteil, dass sich das Drehgestell mittels eines Lagers von verhältnismässig kleinem Durchmesser ausserhalb des A/4-Kurzschlusses billiger lagern lässt als die Ausführung nach Fig. 2 mit ihren Lauf- und Stützrollen.

Der Erfindungsgegenstand wurde hier anhand von Ausführungsbeispielen für Schiffsstationen beschrieben, doch ist er mit den entsprechenden Modifikationen auch für Bodenstationen, Radartürme oder dergleichen verwendbar.

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Claims

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Patentansprüche

( l.yDrehbare Antennenanlage, insbesondere für Satellitenschiffs- und -bodenstationen, mit einer Säule, an deren oberen Ende in einem drehbaren Korb die Sende- und Empfangsantenne untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem im Mastkorb um eine senkrechte Achse drehbaren Drehgestell (4) ein einfach verzahnter Zahnkranz (11, 53) für die Azimuthverstellung und ein doppelt verzahnter Zahnkranz (14, 54) für die Elevationsverstellung vorgesehen ist, die koaxial und voneinander unabhängig drehbar gelagert sind, dass ein Differentialgetriebe mit je einer Antriebswelle und je einer Abtriebswelle (13, 15; 37, 38; 57, 58) zum Antrieb der beiden Zahnkränze (11, 53; 14, 54) vorgesehen ist, das einen Antrieb der beiden Zahnkränze mit gleichem oder entgegengesetztem Drehsinn und gleicher oder beliebig unterschiedlicher Drehzahl erlaubt, um die Azimuth- und die Elevationsverstellung jeweils getrennt für sich oder gleichzeitig vornehmen zu können, dass eine Vorgelegewelle (18; 55) zwischen dem Zahnkranz (14, 54).zur Elevationsverstellung und der Drehachse der Antenne (2) vorgesehen ist, und dass ein zur Azimuthdrehachse konzentrischer, feststehender Hohlleiter (21), ein am Drehgestell befestigter, das obere Ende des Hohlleiters mit Spiel umgebender /( /4-Kurzschluss (22) und eine Hohlleitersonde (23)

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5ä^i*^{r Ä} ORIGINAL INSPECTED

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zur Uebertragung der Nachrichtensignale zwischen der innerhalb oder ausserhalb des Mastrohres (10) untergebrachten Sende/Empfangsanlage zur Antenne bzw. umgekehrt vorhanden sind
2. Antennenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (11) zur Azimuthverstellung innenverzahnt ist, dass die beiden Abtriebswellen des Differentialgetriebes (25) konzentrisch zueinander als Hohlwelle (13) und Vollwelle (15) ausgeführt sind und die Antriebs Stirnräder (12, 16) am oberen Ende der beiden Abtriebswellen mit der Innenverzahnung ihrer Zahnkränze (11, 14) im Eingriff stehen, dass das Differentialgetriebe (25) zwei Antriebe (26, 27) sowie einen feststehenden und einen beweglichen, vom Elevationsmotor (27) antreibbaren Planetenträger (28 bzw. 29) aufweist, deren Planetenräder (30 bzw. 31) durch ein Doppelkegelrad miteinander in Antriebsverbindung stehen, und dass die beiden Antriebe (26, 27) blockierbar sind.
3. Antennenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (53) zur Azimuthverstellung aussenverzahnt ist, dass die beiden Abtriebswellen des Differentialgetriebes (25) konzentrisch zueinander als Hohlwelle (57) und Vollwelle (58) ausgeführt sind und die Antriebsstirnräder am oberen Ende derbeiden Abtriebswellen (57» 58) mit der Aussenverzahnung der zwei

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Zahnkränze (53, 5¹I) im Eingriff stehen, dass das Differentialgetriebe (25) zwei Antriebe (26, 27) sowie einen feststehenden und einen beweglichen vom Elevationsmotor (27) antreibbaren Planetenträger (28 bzw. 29) aufweist, deren Planetenräder (30 bzw. 31) durch ein Doppelkegelrad miteinander in Antriebsverbindung stehen, und dass die beiden Antriebe (26, 27) blockierbar sind.

Ί. Antennenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (11) zur Azimuthverstellung innenverzahnt ist, dass die beiden Abtriebswellen (37> 3&) des· Differentialgetriebes (39) parallel zueinander innerhalb

der beiden Zahnkränze (11, 14) liegen und ihre Antriebsstirnräder diametral gegenüberliegend mit der Innenverzahnung ihrer Zahnkränze (11, I¹J) im Eingriff stehen, dass das Differentialgetriebe (39) zwei Antriebe (¹JO, ¹Il) sowie einen beweglichen, vom Elevationsmotor (¹Il) antreibbaren Planetenträger (46), dessen Planetenräder sowohl mit der Abtriebswelle (37) für den Azimuthantrieb als auch mit der Abtriebswelle (38) für den Elevationsantrieb in Verbindung stehen, und dass die beiden Antriebe (¹IO, ¹Il) blockierbar sind.

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri \ Cie.

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