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.