DE3027095A1 - Aerial with large surface area parabolic reflector - consists of parallel carbon fibre reinforced plastic slats fed from horns, for marine radar - Google Patents
Aerial with large surface area parabolic reflector - consists of parallel carbon fibre reinforced plastic slats fed from horns, for marine radarInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Antennen, und insbesondere ntenn¼The invention relates to antennas, and more particularly to antennas
mit relativ großen Reflektoren. Antennen dieser Art werden üblicherweise für Zwecke wie Marine-Radarsysteme benutzt und sind üblicherweise abtastbar. Eine bei derartigen Antennen auftretende Schwierigkeit besteht darin, daß aufgrund ihrer Größe und aufgrund der Tatsache, daß sie notwendigerweise in exponierter Stellung, z.B. an einer Mastspitze im Falle einer Marine-Radarantenne, angebracht werden müssen und damit eine erhebliche Windbelastung auftritt.with relatively large reflectors. Antennas of this type are commonly used used for purposes such as marine radar systems and are usually scannable. One The difficulty encountered with such antennas is that due to their Size and due to the fact that they are necessarily in an exposed position, e.g. at the top of a mast in the case of a marine radar antenna and thus a considerable wind load occurs.
Diese Windbelastung der Antenne macht diese anfällig für mechanische Beschädigungen.This wind load on the antenna makes it susceptible to mechanical ones Damage.
Es ist bekannt, die Auswirkungen der Windbelastung sowie das Gewicht der Antenne zu verringern, indem der Reflektor nicht aus einer festen Tafel aus reflektierendem Material, sondern in Form eines Gerippes unter Verwendung einer Vielzahl leitender Leisten aufgebaut wird.It is known the effects of wind load as well as weight reduce the antenna by not making the reflector from a solid panel reflective material, but in the form of a framework using a A large number of leading strips is built up.
Eine typische Antenne dieser Art ist in schematischer Weise in der Figur 1 gezeigt.A typical antenna of this type is shown schematically in FIG Figure 1 shown.
Bei der in Figur 1 gezeigten Antenne handelt es sich um eine Marine-Radarantenne, wie sie an der Spitze eines Mastes 1 angeordnet ist und sich im Azimuth entsprechend dem angegebenen Pfeil 2 drehen kann. Ein Hauptteil der Antenne wird von dem Reflektor 3 gebildet, der in diesem Falle als einfach gekrümmter parabolischer Reflektor ausgebildet ist. Der Reflektor 3 besteht aus einem Rahmen 4, der mit der Trägerstruktur 5 verbunden ist. Von dem Rahmenwerk 4 wird eine Reihe von sich in horizontaler Richtung erstreckenden Leisten 6 getragen, von denen jede - wie in Figur 2 dargestellt - aus einem im Querschnitt rechteckigen Aluminiumrohr besteht.The antenna shown in Figure 1 is a marine radar antenna, as it is arranged at the top of a mast 1 and in azimuth accordingly the indicated arrow 2 can rotate. A major part of the antenna is made up of the reflector 3 formed, which in this case is designed as a simply curved parabolic reflector is. The reflector 3 consists of a frame 4 which is connected to the support structure 5 is. From the framework 4 is a series of horizontally extending Strips 6 carried, each of which - as shown in Figure 2 - from one in cross section rectangular aluminum tube.
Auf diese Weise werden die Windbelastungen der Antenne stark verringert, und zwar aufgrund der Luftspalte zwischen den einzelnen Leisten, welche die reflektierende Oberfläche bilden. Der elektrische Entwurf eines solchen Reflektors ist allgemein bekannt, und seine Reflexionsleistung hängt ab von dem Luftspalt zwischen den Leisten 6, der Tiefe der Leisten 6, den elektrischen Eigenschaften des Leistenmaterials und der relativen Richtung der Leisten 6. Der durch die Leisten 6 gebildete Reflektor wird mittels einer sich geradlinig erstreckenden Reihe von Hornstrahlern 7 gespeist, die so angebracht sind, daß sie sich zusammen mit dem Reflektor drehen. Für die Leisten 6 wird normalerweise Rohrmaterial anstelle von Festmaterial in Stangenform verwendet, und zwar aus Gründen der Gewichtsersparnis.In this way, the wind loads on the antenna are greatly reduced, due to the air gap between the individual strips, which are the reflective Form surface. The electrical design of such a reflector is general known, and its reflection performance depends on the air gap between the strips 6, the depth of the strips 6, the electrical properties of the strip material and the relative direction of the strips 6. The reflector formed by the strips 6 is fed by means of a straight line of horn antennas 7, which are mounted so that they rotate together with the reflector. For the Last 6 is usually pipe material instead of solid material in rod form used for reasons of weight saving.
Ein wesentlicher Nachteil, der aus der Verwendung von Aluminiumrohren für diesen Zweck resultiert, besteht darin, daß der Bruchwiderstand solcher Aluminiumrohre relativ niedrig ist und damit der gesamte Reflektor relativ zerbrechlich wird, und zwar sogar dann, wenn eine kräftige rückwärtige Stützstruktur vorgesehen wird.A major disadvantage resulting from the use of aluminum pipes for this purpose is that the resistance to rupture of such aluminum pipes is relatively low and thus the entire reflector becomes relatively fragile, and even if a strong rear support structure is provided.
Aufgabe der Erfindung ist es, Antennen der geschilderten Art zu verbessern und die aufgezeigten Schwierigkeiten zumindest zu verringern, vorzugsweise jedoch vollständig zu beseitigen.The object of the invention is to improve antennas of the type described and at least to alleviate the difficulties identified, preferably however to be completely eliminated.
Gemäß der Erfindung wird eine Antenne mit einer relativ großen Reflektorfläche aus einer Vielzahl von leitenden Leisten mit dazwischenliegenden Luftspalten aufgebaut, wobei diese Leisten aus Kohlefaser verstärktem Kunststoffmaterial bestehen.According to the invention, an antenna with a relatively large reflector surface is provided made up of a large number of conductive strips with air gaps between them, these strips are made of carbon fiber reinforced plastic material.
Vorzugsweise besitzt der Reflektor die Form eines einfach gekrümmten parabolischen Reflektors, und die Leisten sind geradlinig und erstrecken sich in Axialrichtung.The reflector preferably has the shape of a single curved one parabolic reflector, and the ledges are straight and extend in Axial direction.
Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Verwendung bei Marine-Radarantennen, die abtastbar sind und so ausgebildet werden, daß sie auf einer Mastspitze angebracht werden können.The invention is particularly suitable for use in marine radar antennas, which are scannable and adapted to be mounted on a mast top can be.
Es wurde festgestellt, daß nicht nur die Reflexionseigenschaften des Reflektors einer Antenne nach der Erfindung voll zufriedenstellend sind, sondern daß im Vergleich zu einem äquivalenten Reflektor bekannter Art, bei dem feste oder rohrförmige Aluminiumleisten verwendet werden, die Dicke der Leisten aus mit Kohlefasern verstärkten Kunststoffmaterial wesentlich verringert werden kann, so daß sich eine bedeutsame Verringerungdes Windzugs bzw. der bei Windbelastung auftretenden Beanspruchung ergibt. Im Vergleich mit Leisten aus rohrförmigem Aluminium oder festem Aluminium wird jedoch die Stärke der durch die vorliegende Erfindung bereitgestellten Leisten wesentlich verbessert und erhöht.It was found that not only the reflective properties of the Reflector of an antenna according to the invention are fully satisfactory, but that compared to an equivalent reflector of known type in which fixed or tubular aluminum strips are used, the thickness of the strips made with carbon fibers reinforced plastic material can be reduced significantly, so that a Significant reduction in the draft or the stress that occurs when there is wind load results. Compared to strips made of tubular aluminum or solid aluminum however, becomes the strength of the lasts provided by the present invention significantly improved and increased.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird das tragende und formgebende Rahmenwerk, an dem die Leisten befestigt sind, ebenfalls aus mit Kohlefasern verstärktem Kunststoffmaterial hergestellt.According to a feature of the invention, the load-bearing and shaping Frame to which the strips are attached, also made of reinforced with carbon fibers Plastic material made.
Vorzugsweise besteht das Rahmenwerk aus einer Mehrzahl von geformten Rückplatten, die sich quer zu den Leisten erstrecken, wobei diese geformten Rückplatten Oberflächen besitzen, an denen die Leisten befestigt sind und diese Oberflächen so geformt sind, wie es im Hinblick auf die gewünschte Reflektorform benötigt wird.Preferably the framework consists of a plurality of shaped Back panels that extend transversely to the ledges, these molded back panels Have surfaces to which the strips are attached and these surfaces are shaped as required with regard to the desired reflector shape.
Zweckmäßigerweise sind die geformten Rückplatten mechanisch unabhängig von den Leisten verbunden, und zwar durch wenigstens zwei Elemente, die sich in gleicher Richtung wie die Leisten erstrecken und mit jeder der geformten Rückplatten verbunden sind. Conveniently, the molded back plates are mechanically independent connected by the strips by at least two elements that are in extend in the same direction as the strips and with each of the molded back panels are connected.
Vorzugsweise sind die vorstehend erwähnten wenigstens zwei Elemente als rohrförmige Elemente ausgebildet, die zumindest abwechselnd durch die geformten Rückplatten geführt sind.Preferably the aforementioned are at least two elements designed as tubular elements, which at least alternately by the shaped Back plates are guided.
Nach einer weiteren Besonderheit der Erfindung ist der Reflektor mit seinem tragenden und formgebenden Rahmenwerk auf einer Aluminium-Trägerstruktur angebracht, die einen Teil des Fußgestells der Antenne bildet, und zwar über ein Material (z.B. Titan oder rostfreier Stahl), welches die Effekte elektrolytischer Korrosion im Vergleich zu den Effekten verringert, die andererseits auftreten würden, wenn das mit Kohlefaser verstärkte Kunststoffmaterial des tragenden und formgebenden Rahmenwerkes direkt mit der Aluminium-Trägerstruktur verbunden werden würde.According to a further special feature of the invention, the reflector is with its load-bearing and shaping framework on an aluminum support structure attached, which forms part of the base of the antenna, via a Material (e.g. titanium or stainless steel) that has the effects of electrolytic Reduced corrosion compared to the effects that would otherwise occur when the carbon fiber reinforced plastic material of the supporting and shaping Framework would be connected directly to the aluminum support structure.
Vorzugsweise erstreckt sich eine Anzahl der geformten bzw. Preferably, a number of the shaped or
gekrümmten Rückplatten über die Leisten hinaus in Richtung der Trägerstruktur, und die Trägerstruktur besitzt eine gleiche Anzahl von Stäben, die mit den gekrümmten Rückplatten ausgerichtet sind und sich in Richtung dieser Platten erstrecken, wobei die Stäbe und die überstehenden gekrümmten Rückplatten miteinander durch Laschen aus dem Zwischenmaterial verbunden sind. curved back panels beyond the strips in the direction of the support structure, and the support structure has an equal number of rods that correspond to the curved Back panels are aligned and extend towards these panels, wherein the rods and the protruding curved back plates together by tabs are connected from the intermediate material.
Üblicherweise ist vorgesehen, daß der Reflektor durch eine Anordnung von Hornstrahlern gespeist wird, die sich parallel zu einer Längskante des Reflektors erstrecken und angrenzend an diese Längskante angeordnet sind, wobei in diesem Fall vorzugsweise eine Reihe weiterer Leisten von progressiv abnehmender Länge sich von dieser Längskante aus so erstreckt, daß ein Vorhang gebildet wird, dessen Tendenz es ist, -den Raum abzuschirmen, der sonst zwischen der Anordnung von Hornstrahlern und der Längskante des Reflektors vorhanden wäre, wodurch Störstrahlungseffekte verringert werden. Usually it is provided that the reflector by an arrangement is fed by horn antennas, which are parallel to a longitudinal edge of the reflector extend and are arranged adjacent to this longitudinal edge, in this case preferably a series of other strips of progressively decreasing length extend from this longitudinal edge extends from so that a curtain is formed, the tendency of which is - the space shield that would otherwise be between the arrangement of horn antennas and the longitudinal edge of the reflector would be present, whereby radiated interference effects are reduced.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 3, 4a und 4b der Zeichnung näher erläutert.The invention is described below with reference to FIGS. 4a and 4b of the drawing explained in more detail.
Fig. 3 zeigt eine Leiste aus mit Kohlenstoff verstärktem Kunststoffmaterial, wie sie gemäß vorliegender Erfindung verwendet wird, um rohrförmige Aluminiumleisten 6 in Antennen von der in Fig. 1 dargestellten Art zu ersetzen.Fig. 3 shows a bar made of carbon reinforced plastic material, as used in the present invention to make tubular aluminum strips 6 to replace antennas of the type shown in FIG.
Die Fig. 4a und 4b stellen jeweils Vorder- und Seitenansichten einer praktisch ausgeführten Antenne gemäß der Erfindung dar.Figures 4a and 4b represent front and side views of one, respectively practically executed antenna according to the invention.
Die Ausgestaltung des in Fig. 3 gezeigten Reflektors ist in elektrischer Hinsicht konventionell, und seine Reflexionsleistung hängt in üblicher Weise ab von dem Luftspalt zwischen den Leisten, der Tiefe der Leisten, den elektrischen Eigenschaften des Leistenmaterials und der reflektierenden Richtung der Leisten. Es wurde jedoch festgestellt, daß für die gleiche elektrische Leistung, wie sie mit einem mit Aluminiumleisten ausgestatteten Reflektor erzielt werden, die Leisten aus kohlefaserverstärktem Kunststoffmaterial, wie sie gemäß der Erfindung vorgesehen sind, erheblich dünner als entsprechende Aluminiumleisten (rohrförmig oder voll) sein können. Dabei wird in diesem Falle eine wesentlich erhöhte Festigkeit bei niedrigem Gewicht erreicht, und zusätzlich wird der Windzug beträchtlich verringert, und zwar aufgrund der verringerten Dicke der Leisten.The embodiment of the reflector shown in Fig. 3 is electrical Conventional, and its reflective performance depends in the usual way from the air gap between the bars, the depth of the bars, the electrical ones Properties of the molding material and the reflecting direction of the molding. However, it was found that for the same electrical performance as them can be achieved with a reflector equipped with aluminum strips, the strips made of carbon fiber reinforced plastic material as provided according to the invention are considerably thinner than corresponding aluminum strips (tubular or solid) could be. In this case, a significantly increased strength at a low Weight, and in addition the draft is considerably reduced, and due to the reduced thickness of the strips.
Durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, daß die Leisten aus kohlefaserverstärktem Kunststoffmaterial sehr widerstandsfähig gegenüber klimatischen Beeinflussungen und Rauchgasen sind, wie sie üblicherweise von Marinefahrzeugen ausgestoßen werden.Tests carried out have shown that the strips are made of carbon fiber reinforced Plastic material very resistant to climatic influences and smoke gases are commonly emitted by marine vehicles.
Es steht zwar eine Anzahl von mit kohlefaserverstärkten Kunststoffmaterialien zur Verfügung, aber bei dem im Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde ein Material verwendet, das von der Firma Courtaulds unter dem Warenzeichen "Grafil Pultrusions" gefertigt und vertrieben wird.There are a number of carbon fiber reinforced plastic materials available available, but in the embodiment described in connection with FIG a material available from Courtaulds under the trademark "Grafil Pultrusions" is manufactured and sold.
Der Reflektor nach den Fig. 4a und 4b besteht wiederum aus Leisten 6 aus mit Kohlefasern verstärktem Kunststoffmaterial.The reflector according to FIGS. 4a and 4b again consists of strips 6 made of carbon fiber reinforced plastic material.
Der Reflektor 3 wird mittels einer geradlinig angeordneten Reihe von Hornstrahlern gespeist, wie sie mit dem Bezugszeichen 7 gekennzeichnet sind und sich längs des Reflektors 3 erstrecken. Die Hornstrahler 7 werden über einen gemeinsamen Speisewellenleiter 8 gespeist, und zwar so, daß die Speisung der Hornstrahler 7 phasengleich erfolgt. Im rechten Teil der Fig. 4a sind die Leisten 6, die Hornstrahler 7 und die gemeinsame Speiseleitung 8 weggelassen, so daß das den Reflektor tragende und seine Form festlegende Rahmenwerk 4 gesehen werden kann.The reflector 3 is arranged in a straight line by means of Horn antennas fed as they are identified by the reference numeral 7 and extend along the reflector 3. The horn radiators 7 are via a common Feed waveguide 8 fed in such a way that the feed of the horn antenna 7 takes place in phase. In the right part of Fig. 4a, the strips 6, the horn radiators 7 and the common feed line 8 omitted, so that the reflector supporting and its shape-defining framework 4 can be seen.
Das Rahmenwerk 4 besteht aus einer Anzahl (im vorliegenden Fall aus 14) geformten bzw. gekrümmten Rückplatten 9,9', an denen die Leisten 6 befestigt sind. Die Formgebung der Rückplatten 9,9' ist derart, daß die erforderliche einfach parabolisch gekrümmte Form für den Reflektor 3 erhalten wird.The framework 4 consists of a number (in the present case from 14) shaped or curved back plates 9, 9 'to which the strips 6 are attached are. The shape of the back plates 9,9 'is such that the required simple parabolic curved shape for the reflector 3 is obtained.
In Längsrichtung erstrecken sich durch die Rückplatten 9,9' zwei rohrförmige Elemente 10, die fest mit den Platten 9,9' vereint sind, so daß eine starre Struktur gebildet wird.In the longitudinal direction, two tubular ones extend through the back plates 9, 9 ' Elements 10, which are firmly united with the plates 9, 9 ', so that a rigid structure is formed.
Die vier gekrümmten Rückplatten, die mit dem Bezugszeichen 9' versehen sind, sind dicker als die mit dem Bezugszeichen 9 gekennzeichneten Rückplatten und erstrecken sich in der dargestellten Weise nach unten, um eine Befestigung des Reflektors 3 an einer Trägerstruktur 5 zu gewährleisten.The four curved back plates, denoted by the reference numeral 9 ' are thicker than the back plates identified by the reference numeral 9 and extend downwardly as shown to provide attachment of the reflector 3 to ensure a support structure 5.
Die Trägerstruktur 5 besteht aus Aluminium, während der gesamte Reflektor 3 mit den Leisten 7, den gekrümmten Rückplatten 9 (einschließlich 9') und den rohrförmigen Elementen 10 aus mit Kohlefaser verstärktem Kunststoffmaterial besteht.The support structure 5 is made of aluminum, while the entire reflector 3 with the strips 7, the curved back plates 9 (including 9 ') and the tubular ones Elements 10 made of carbon fiber reinforced plastic material.
Die aus Aluminium bestehende Trägerstruktur 5 besitzt vier aufrechtstehende Stäbe bzw. Träger 11, die mit den sich nach unten erstreckenden gekrümmten Rückplatten 9' ausgerichtet und von ähnlicher Dicke wie diese sind. Die Art der Verbindung der gekrümmten Rückplatten 9 mit den aufrechtstehenden Stäben 11 ist für einen Stab in der Detaildarstellung 12 zu sehen. Wie dargestellt, ist jede Rückplatte 9' mit ihrem entsprechenden Trägerstab 11 durch zwei Laschenplatten 13 aus Titan verbunden bzw. verklemmt. Die Enden der Rückplatten 9' und der Stäbe 11 stoßen nicht aneinander, sondern sind in jedem Fall durch ein Polster aus Titan getrennt, wie dies in der Detaildarstellung mit dem Bezugszeichen 14 gekennzeichnet ist.The aluminum support structure 5 has four upright Rods or beams 11 connected to the downwardly extending curved back plates 9 'aligned and of similar thickness to this. The type of connection of the curved back plates 9 with the upright rods 11 is for a rod can be seen in the detail display 12. As shown, each back plate 9 'is with their corresponding support rod 11 connected by two bracket plates 13 made of titanium or jammed. The ends of the back plates 9 'and the rods 11 do not abut each other, but are in each case separated by a pad of titanium, as shown in the The detailed representation is identified by the reference numeral 14.
Das Ziel der Befestigung des Reflektors aus mit Kohlefaser verstärktem Kunststoffmaterial in dieser Weise besteht darin, Kontakt zwischen dem Aluminium der Trägerstruktur 5 und dem mit Kohlefaser verstärktem Kunststoffmaterial des Reflektors 3 zu vermeiden, da ein derartiger Kontakt elektrolytische Korrosion entstehen lassen könnte.The aim of fixing the reflector made of reinforced with carbon fiber Plastic material in this way is to make contact between the aluminum the support structure 5 and the carbon fiber reinforced plastic material of the reflector 3, since such contact can cause electrolytic corrosion could.
Durch die Befestigung des Reflektors 3 mittels vier aufrechtstehender Stäbe bzw. Träger 11 erbringt ein gewisses Maß an seitlicher Flexibilität, das eine gewisse elastische Bewegung des Reflektors 3 in Längsrichtung bezüglich des Trägers 5 ermöglicht.By attaching the reflector 3 by means of four upright Rods or carrier 11 provides a certain degree of lateral flexibility, one certain elastic movement of the reflector 3 in the longitudinal direction with respect to the carrier 5 allows.
Das Fußgestell 1'5 für die Trägereinheit 5 ist zwar in manchen Details dargestellt, wird jedoch im einzelnen nicht beschrieben, da es zum Verständnis der Erfindung nicht notwendig ist.The base frame 1'5 for the carrier unit 5 is true in some details shown, but is not described in detail since it is necessary to understand the Invention is not necessary.
In diesem speziellen Fall ist es so ausgebildet, daß eine Drehung des den Reflektor 3 tragenden Trägers 5 in der Horizontalebene mit Stabilisierung gewährleistet ist.In this particular case it is designed so that rotation of the carrier 5 carrying the reflector 3 in the horizontal plane with stabilization is guaranteed.
Betrachtet man den rechten Teil der Fig. 4a, so ist eine Reihe von weiteren Leisten 6' zu sehen, die so angeordnet sind, daß sie sich ausgehend von der von der Leiste 6" gebildeten unteren Längskante des Reflektors unter Ausbildung einer Schürze bzw. eines Vorhangs erstrecken und den Raum abschirmen, der sonst zwischen den Hornstrahlern 7 und zwischen den Hornstrahlern 7 und dem Reflektor 3 vorhanden wäre. Zweck dieser Maßnahme ist es, störende Streustrahlungen zu verringern. Es ist auch zu erkennen, daß die Länge der Leisten 6' progressiv abnimmt, so daß die Breite der gebildeten Schürze sich ausgehend vom Reflektor nach unten verringert.Looking at the right-hand part of FIG. 4a, there is a series of to see further strips 6 ', which are arranged so that they are starting from the lower longitudinal edge of the reflector formed by the bar 6 "under training an apron or a curtain and screen off the room that would otherwise between the horn radiators 7 and between the horn radiators 7 and the reflector 3 would exist. The purpose of this measure is to reduce disruptive scattered radiation. It can also be seen that the length of the strips 6 'progressively decreases, so that the width of the apron formed decreases downwards starting from the reflector.
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