EP1505688A1 - Integriertes Antennenmast-System an Bord eines Kriegsschiffs - Google Patents

Integriertes Antennenmast-System an Bord eines Kriegsschiffs Download PDF

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EP1505688A1
EP1505688A1 EP04015377A EP04015377A EP1505688A1 EP 1505688 A1 EP1505688 A1 EP 1505688A1 EP 04015377 A EP04015377 A EP 04015377A EP 04015377 A EP04015377 A EP 04015377A EP 1505688 A1 EP1505688 A1 EP 1505688A1
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EP
European Patent Office
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antenna
radar
iff
ship
dome
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04015377A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Carl Wulf
Andreas Strecker
Andreas Dr. Wieszt
Christian Beck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
EADS Deutschland GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/34—Adaptation for use in or on ships, submarines, buoys or torpedoes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/1242—Rigid masts specially adapted for supporting an aerial
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/42—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome

Definitions

  • the invention relates to an integrated antenna mast system on board a warship, e.g. a frigate.
  • Modern warships comprise a large number of antennas, in particular for Communication, electronic warfare and for various radar systems.
  • the antennas for radar, communication, navigation and electronic warfare and, if necessary, Identification integrated into a mast.
  • Identification Identification of Friend or Foe
  • the underlying Radom forms the mechanical basis for the Radom arranged on it.
  • FIG shows a mast system according to the invention.
  • On the side are exemplary Height measurements above deck indicated.
  • mast house MH typically is present on every major ship. It has e.g. a (horizontal) cross-section in the manner of a diamond, with the longitudinal axis in the direction of the ship's bow is aligned.
  • the usually several floors having mast house with multiple rooms (“electronic rooms") contains the navigation radar of the ship including the associated - typically rotating - antenna and the electronic components of systems integrated on the mast system.
  • the Mast house is manufactured and has the usual shipbuilding conditions preferably a metallic outer skin.
  • the rotating antenna of the navigation radar is behind a window F of frequency-selective material (in the X-band) arranged to reduce the radar signature.
  • RECM antennas RECMA preferably designed as Hornstrahler negligenceantennen
  • RECM stands for Radar Electronic Counter Measures and thus relates to systems for disturbing or deceiving Radar devices, especially for deception of radar seekers of attacking missiles.
  • Two IFF transponder antennas can also be found on two opposite sides of the mast house IFF_T (e.g., designed as dipole antennas), which allow a 360 ° all-round view.
  • a dome-shaped first radome R1 is arranged under the a surveillance radar PR for the air and sea surveillance to find and pursuit of air and sea targets. It is as a 3D radar trained, with a determination of the distance and the azimuth and Elevation angle is possible. It works e.g. in the C band, ie in the frequency domain from 4-6GHz.
  • the antenna consists in this embodiment of two antenna surfaces, arranged in Janus configuration, i. Back to back. The antenna surfaces are rotatably disposed about a vertical axis on an antenna base P, with the a mechanical beam swing of the antenna is realized in azimuth.
  • the Beam tilting in elevation is done electronically by phase control of the Antenna elements.
  • an IFF interrogator antenna IFF_I On one of the two antenna surfaces is additionally an IFF interrogator antenna IFF_I arranged.
  • An IFF interrogator is a device for interrogation discovered targets for a friend / foe ID.
  • An IFF transponder is used for automatic answer to these queries.
  • the associated one IFF transponder antenna IFF_T arranged on the sides of the mast house.
  • the IFF unit operates in L-band, i. at about 1GHz.
  • the first radome R1 consists of a frequency-selective material (L and C band).
  • Also below said first radome is the transmitting antenna UHF_Tx for the UHF communication arranged.
  • CESM and RESM antenna CESMA, RESMA are at a small mast M below of the second radome R2 installed. This is to increase the rigidity at the Tip and attached to the bottom of the second radome R2.
  • the second dome-shaped radome R2 another radome R3 is arranged.
  • a system for the transmission of data for steering the ship's air defense missile (so-called uplink system). It is with the Missile fire control system connected
  • the uplink system typically works in the X band, i. in the frequency range 8-12GHz.
  • the third Radom R3 are in the embodiment shown next to the antenna and the other Components of the uplink system for transmission, reception, signal generation, Signal amplification, signal processing, etc.
  • the antenna a volume array is preferred used, in which a plurality of individual radiators in a spherical volume are arranged. In a typical embodiment, the antenna comprises 2048 single emitters in a sphere volume.
  • the single radiators may e.g. as magnetic Dipole be designed according to the principle of a microstrip antenna.
  • the Beam turning can be done without mechanical movement in a purely electronic way with full hemispherical volume coverage (azimuth: 360 °, Elevation: 90 °) can be ensured.
  • the receiving antenna UHF_Rx (e.g., formed as Dipole antenna) for UHF communication. Furthermore, on the third radome another antenna L for transmitting tactical data (frequency range about 1.2 GHz).
  • All radomes R1, R2, R3 are made of frequency-selective materials manufactured to minimize radar and IR signature.
  • All or at least most of the electronic components for those mentioned Antennas of the mast system according to the invention can in the two-story Masthouse be integrated, so that losses in the connecting lines low are.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Integriertes Antennenmast-System an Bord eines Kriegsschiffs. Dabei sind auf dem Masthaus (MH) des Kriegsschiffs, in dem sich das Navigationsradar des Schiffs befindet, mehrere kuppelförmige Radome (R1,R2,R3) übereinander angeordnet, so dass das jeweils untenliegende Radom die mechanische Basis für das darauf befindliche Radom bildet, wobei unter oder auf diesen Radomen Antennen (UHF_Rx, UHF_Tx, CESMA, RESMA, PR, IFF_T, IFF_I) für Kommunikation, Radar und elektronische Kampfführung des Schiffs angeordnet sind. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein integriertes Antennenmast-System an Bord eines Kriegsschiffs, z.B. einer Fregatte.
Moderne Kriegsschiffe umfassen eine große Anzahl von Antennen, insbesondere zur Kommunikation, elektronischen Kampfführung sowie für verschiedene Radarsysteme.
Aus dieser Vielzahl von Antennen ergeben sich technische Probleme wie z.B. gegenseitige Abschattung, gegenseitige elektromagnetische Störungen und eine große Radar- und IR-Signatur. Diese technischen Probleme wiederum führen zu operationellen Nachteilen wie z.B. reduziertes Sichtfeld, Einschränkungen in der gleichzeitigen Durchführung von Überwachungs- und Kommunikationsfunktionen und somit letztlich zu einer herabgesetzten Kampfkraft und Überlebensfähigkeit des Schiffs.
Aus der US 4,329,690 ist eine Antenneneinheit bekannt, bei der drei Antennen zu einer baulichen Einheit integriert und unter einem gemeinsamen Radom angeordnet sind. Die gesamte Antenneneinheit wird auf die Spitze eines Antennenmasts aufgesetzt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Antennenmastsystem an Bord eines modernen Kriegsschiffes zu schaffen, mit dem einerseits die aufgrund der hohen Anzahl von zu integrierenden Antennen zu erwartenden operationellen Nachteile vermieden werden, und andererseits der Integrationsaufwand beim Bau des Schiffs sehr gering gehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand weiterer Ansprüche.
Gemäß dem Gegenstand der Erfindung werden alle oder möglichst viele der Antennen für Radar, Kommunikation, Navigation und elektronische Kampfführung und ggf. Identifizierung (IFF: Identification of Friend or Foe) an einem Mast integriert. Dazu werden auf dem Masthaus des Schiffs, in dem sich das Navigationsradar des Schiffs befindet, mehrere Radome für die Abdeckung der einzelnen Antennen übereinander installiert. Dabei bildet jeweils das untenliegende Radom die mechanische Basis für das darauf angeordnete Radom.
Es ergibt sich somit ein Mastsystem, das nicht nur mehrere Antennen integriert, sondern mit dem darüber hinaus die bauliche Trennung Mast - Antennen aufgehoben ist, d.h. die den Antennen zugeordneten Radome bilden selbst die mechanische Basis für die Anordnung der Antennen. Separate Masten werden nicht mehr benötigt.
Daraus resultiert ein hoch integriertes Mastsystem, das komplett getrennt vom Schiff gefertigt und in Betrieb genommen werden kann. Somit können Aufwand und Kosten bei der Schiffsintegration deutlich reduziert werden.
Die Erfindung hat darüber hinaus die folgenden Vorteile:
  • Es wird eine uneingeschränkte Sicht (Field of view FOV) in Azimuth und Elevation für jede Antenne/Funktion erreicht.
  • Die Installation der einzelnen Antennen derart, dass elektromagnetische Störungen weitestgehend vermieden werden, ist möglich.
  • Die Höhe jeder Antenne kann entsprechend der geforderten Reichweite der zugehörigen Funktion gewählt werden.
  • Mittels frequenzselektiver Materialien für die verwendeten Radome können Radar- und IR-Signatur minimiert werden. Darüber hinaus können radarabsorbierende Materialien eingesetzt werden.
Die Erfindung wird anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels anhand einer Figur erläutert. Sie zeigt ein erfindungsgemäßes Mastsystem. Auf der Seite sind beispielhafte Höhenmaße über Deck angegeben.
Man erkennt die einzelnen Komponenten des erfindungsgemäßen Antennenmast-Systems, die übereinander und jeweils aufeinander angeordnet sind. Die unterste Komponente wird durch das so genannte Masthaus MH gebildet, das typischerweise bei jedem größeren Schiff vorhanden ist. Es weist z.B. einen (horizontalen) Querschnitt nach Art eines Diamanten auf, wobei die Längsachse in Richtung Schiffsbug ausgerichtet ist. Das üblicherweise mehrere Stockwerke aufweisende Masthaus mit mehreren Räumen ("electronic Rooms") enthält das Navigationsradar des Schiffs einschließlich der zugehörigen - typischerweise rotierenden - Antenne sowie die elektronischen Komponenten der auf dem Mastsystem integrierten Systeme. Das Masthaus wird nach den üblichen schiffbaulichen Bedingungen gefertigt und besitzt vorzugsweise eine metallische Außenhaut. Die rotierende Antenne des Navigationsradars ist hinter einem Fenster F aus frequenzselektivem Material (im X-Band) angeordnet, um die Radarsignatur zu vermindern.
An zwei gegenüberliegenden Seiten des Masthauses sind zwei so genannte RECM-Antennen RECMA (bevorzugt ausgebildet als Hornstrahlergruppenantennen) zur elektronischen Kampfführung (= Eloka: Erfassung, Identifizierung und Störung elektromagnetischer Ausstrahlungen) integriert. Sie erlauben eine 360°-Rundumsicht und sind hinter frequenzselektiven Fenstern integriert. RECM steht für Radar Electronic Counter Measures und betrifft somit Systeme zur Störung bzw. Täuschung von Radar-Geräten, insbesondere auch zur Täuschung von Radar-Suchköpfen von angreifenden Flugkörpern.
Ebenfalls auf zwei gegenüber liegenen Seiten des Masthauses können zwei IFF-Transponderantennen IFF_T (z.B. ausgebildet als Dipolantennen) vorhanden sein, die eine 360°-Rundumsicht erlauben.
Auf dem Masthaus ist ein kuppelförmiges erstes Radom R1 angeordnet, unter dem sich ein Überwachungsradar PR für die Luft- und Seeraumüberwachung zur Entdeckung und Verfolgung von Luft -und Seezielen befindet. Es ist als 3D-Radar ausgebildet, mit dem eine Bestimmung der Entfernung sowie des Azimut- und Elevationswinkels möglich ist. Es arbeitet z.B. im C-Band, also im Frequenzbereich von 4-6GHz. Die Antenne besteht in dieser Ausführung aus zwei Antennenflächen, angeordnet in Januskonfiguration, d.h. Rücken zu Rücken. Die Antennenflächen sind um eine vertikale Achse drehbar auf einem Antennensockel P angeordnet, mit dem eine mechanische Strahlschwenkung der Antenne in Azimut realisiert wird. Die Strahlschwenkung in Elevation erfolgt elektronisch durch Phasensteuerung der Antennenelemente. Selbstverständlich sind auch Ausführungen möglich, bei der die Strahlschwenkung sowohl in Azimut wie auch in Elevation auf rein elektronischem Wege erfolgt. An einem der beiden Antennenflächen ist zusätzlich eine IFF-Interrogator-Antenne IFF_I angeordnet. Ein IFF-Interrogator ist ein Gerät zur Abfrage entdeckter Ziele nach einer Freund/Feind-Kennung. Ein IFF-Transponder dient zur automatischen Beantwortung dieser Abfragen. Wie oben erwähnt, ist die zugehörige IFF-Transponder-Antenne IFF_T an den Seiten des Masthauses angeordnet. Die IFF-Einheit arbeitet im L-Band, d.h. bei ca. 1GHz. Das erste Radom R1 besteht aus einem frequenzselektiven Material (L- und C-Band).
Ebenfalls unter dem genannten ersten Radom ist die Sendeantenne UHF_Tx für die UHF-Kommunikation angeordnet.
Auf dem ersten Radom R1 ist ein zweites Radom R2 angeordnet. Darunter befinden sich Antennen CESMA,RESMA für folgende Systeme zur elektronischen Kampfführung:
  • System zur Erfassung und Identifizierung elektromagnetischer Ausstrahlungen im Kommunikationsfrequenzbereich CESM = Communication Electronic Support Measures (typischerweise 1,5MHz - 3 GHz);
  • System zur Erfassung und Identifizierung elektromagnetischer Ausstrahlungen im Radarfrequenzbereich RESM = Radar Electronic Support Measures (typischerweise 2GHz bis 18 oder 40 GHz).
CESM- und RESM-Antenne CESMA,RESMA sind an einem kleinen Mast M unterhalb des zweiten Radoms R2 installiert. Dieser ist zur Erhöhung der Steifigkeit an der Spitze sowie am Boden des zweiten Radoms R2 befestigt.
Auf dem zweiten kuppelförmigen Radom R2 ist ein weiteres Radom R3 angeordnet. Darunter befindet sich ein System zur Übertragung von Daten zur Lenkung der schiffseigenen Luftabwehr-Flugkörper (so genanntes Uplink-System). Es ist mit dem Feuerleitsystem des Flugkörpers verbunden Das Uplink-System arbeitet typischerweise im X-Band, d.h. im Frequenzbereich 8-12GHz. Unter dem dritten Radom R3 befinden sich in der gezeigten Ausführung neben der Antenne auch die sonstigen Komponenten des Uplink-Systems zum Senden, Empfangen, Signalerzeugung, Signalverstärkung, Signalverarbeitung etc. Als Antenne wird bevorzugt ein Volumenarray eingesetzt, bei dem eine Vielzahl von Einzelstrahlern in einem Kugelvolumen angeordnet sind. In einer typischen Ausführung umfasst die Antenne 2048 Einzelstrahler in einem Kugelvolumen. Die Einzelstrahler können z.B. als magnetischer Dipol nach dem Prinzip einer Mikrostreifenleiterantenne ausgebildet sein. Die Strahlschwenkung kann ohne mechanische Bewegung auf rein elektronischem Weg erfolgen, wobei die volle hemisphärische Volumenabdeckung (Azimuth: 360°, Elevation: 90°) sichergestellt werden kann.
Auf dem dritten Radom R3 wird die Empfangsantenne UHF_Rx (z.B. ausgebildet als Dipolantenne) für die UHF-Kommunikation angeordnet. Des weiteren kann auf dem dritten Radom eine weitere Antenne L zur Übertragung taktischer Daten (Frequenzbereich ca. 1,2 GHz) vorhanden sein.
Alle dargestellten Radome R1,R2,R3 werden aus frequenzselektiven Materialien hergestellt, um Radar- und IR-Signatur zu minimieren.
Mit der gezeigten Anordnung der Antennen wird eine optimale Entkopplung der einzelnen Frequenzen, insbesondere RECM gegenüber RESM und Uplink erreicht.
Alle oder zumindest die meisten der elektronischen Komponenten für die genannten Antennen des erfindungsgemäßen Mastsystems können in dem zweistöckigen Masthaus integriert werden, so dass Verluste in den Verbindungsleitungen gering sind.

Claims (9)

  1. Integriertes Antennenmast-System an Bord eines Kriegsschiffs, das dadurch gebildet ist, dass auf dem Masthaus (MH) des Kriegsschiffs, in dem sich das Navigationsradar des Schiffs befindet, mehrere kuppelförmige Radome (R1,R2,R3) übereinander angeordnet sind, so dass das jeweils untenliegende Radom die mechanische Basis für das darauf befindliche Radom bildet, wobei unter oder auf diesen Radomen Antennen (UHF_Rx, UHF_Tx, CESMA, RESMA, PR, IFF_T, IFF_I) für Kommunikation, Radar und elektronische Kampfführung des Schiffs angeordnet sind.
  2. Integriertes Antennenmast-System nach Anspruch 1, mit folgenden, jeweils übereinander angeordneten Komponenten:
    Masthaus (MH), in dem sich das Navigationsradar des Schiffs sowie die elektronischen Komponenten für Kommunikation, Radar und elektronische Kampfführung befinden;
    erstes kuppelförmiges Radom (R1), unter dem sich die Antenne (PR) für ein Überwachungsradar für die Luft- und Seeraumüberwachung befindet;
    zweites kuppelförmiges Radom (R2), unter dem sich die Antennen (CESMA, RESMA) für Systeme zur elektronischen Kampfführung befinden;
    drittes kuppelförmige Radom (R3), unter dem sich ein System (UPL) zur Übertragung von Daten zur Lenkung der schiffseigenen Luftabwehr-Flugkörper befindet.
  3. Integriertes Antennenmast-System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich unter dem ersten kuppelförmigen Radom (R1) zusätzlich die Sendeantenne (UHF_Tx) für die UHF-Kommunikation des Schiffs befindet.
  4. Integriertes Antennenmast-System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem dritten kuppelförmigen Radom (R3) die Empfangsantenne (UHF_Rx) für die UHF-Kommunikation des Schiffs angeordnet ist.
  5. Integriertes Antennenmast-System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich unter dem zweiten kuppelförmigen Radom (R2) die Antennen (CESMA, RESMA) für folgende Systeme zur elektronischen Kampfführung befinden:
    System zur Erfassung und Identifizierung elektromagnetischer Ausstrahlungen im Kommunikationsfrequenzbereich CESM;
    System zur Erfassung und Identifizierung elektromagnetischer Ausstrahlungen im Radarfrequenzbereich RESM.
  6. Integriertes Antennenmast-System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich an zwei gegenüberliegenden Seiten des Masthauses (MH) jeweils eine Antenne (RECMA) für ein System zur Störung oder Täuschung von Radar-Geräten RECM befindet.
  7. Integriertes Antennenmast-System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich unter dem ersten Radom (R1) zusätzlich eine IFF-Interrogator-Antenne (IFF_I) befindet.
  8. Integriertes Antennenmast-System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass IFF-Interrogator-Antenne (IFF_I) und die Antenne (PR) für das Überwachungsradar baulich integriert sind.
  9. Integriertes Antennenmast-System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an zwei gegenüberliegenden Seiten des Masthauses (MH) jeweils eine IFF-Transponder-Antenne (IFF_T) befindet.
EP04015377A 2003-08-08 2004-06-30 Integriertes Antennenmast-System an Bord eines Kriegsschiffs Withdrawn EP1505688A1 (de)

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