EP1524720A1 - Antenna system for multiple frequency bands - Google Patents
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- EP1524720A1 EP1524720A1 EP04024780A EP04024780A EP1524720A1 EP 1524720 A1 EP1524720 A1 EP 1524720A1 EP 04024780 A EP04024780 A EP 04024780A EP 04024780 A EP04024780 A EP 04024780A EP 1524720 A1 EP1524720 A1 EP 1524720A1
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- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
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- H01Q11/00—Electrically-long antennas having dimensions more than twice the shortest operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q11/02—Non-resonant antennas, e.g. travelling-wave antenna
- H01Q11/08—Helical antennas
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- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
- H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
Definitions
- the invention relates to an antenna system for simultaneous operation in at least two different frequency ranges, in particular for transmission and Receive in full duplex mode, especially for use with submarines.
- antenna structures are commonly used in a circular polarization, a quasi-hemispheric radiation pattern in this case, the need to track the Antenna system to the possibly geostationary satellite systems avoided can be.
- a resonant quadrifilar helix antenna usually consists of two double helices, which are around a common Longitudinal axis winds, are orthogonal to each other and with 90 ° phase shift be stimulated.
- UHF Satcom satellite communication system where the transmission and reception of data occurs in different frequency ranges: UHF Satcom reception 240-270 MHz UHF Satcom broadcast 290-320 MHz
- the dimensions of the antenna system are available through the limited space, so a spatial separation of transmitting and Reception antennas made only with considerable effort.
- An example of this is an antenna system of a submarine.
- frequency ranges for satellite communication in the UHF Satcom system even more frequency ranges are usually required beyond this, for example: Shortwave reception 1 - 30 MHz VHF reception (marine radio) 155-160 MHz Line of sight function 225 - 400 MHz GPS 1575.41 / 1227.6 MHz
- a possible compact antenna system to provide a preferably simultaneous operation in at least two different frequency bands, especially in the field of satellite communications using circularly polarized waves with a quasi-hemispheric radiation characteristic allows.
- such an antenna system is preferably used on a Submarine.
- a user can also operate on conventional Benefit from the benefits of the invention over water or on land.
- an antenna system for simultaneous operation in particular for sending and receiving in full-duplex mode, in at least two different ones Frequency ranges, in addition to other existing antennas comprises at least two quadrifilar helix antennas, of each two orthogonal to each other and with 90 ° phase shift has excited double helices.
- Orthogonal is to be understood as that the two double helices of a helical antenna each with a Offset of 90 ° in the direction of rotation relative to each other about the longitudinal axis of the helical antenna run into each other, so that considered in a radial section plane the imaginary Connecting lines between the intersections of the respective helices a double helix with the plane orthogonal to each other, such as is indicated in Figure 3 by the dashed lines.
- the two helical antennas wind around a common longitudinal axis, with respect to this longitudinal axis by an angle of 45 ° to each other are twisted.
- the double helices of both helix antennas have this in one any cutting plane transverse to the longitudinal axis in each case the same distance from Longitudinal axis.
- This special arrangement of the two helix antennas is characterized by a particularly high symmetry, so that according to the invention, the mutual Influencing the two antennas is minimized.
- the respective double helices of the Both helical antennas also have the same slope, whereby the symmetry of the System can be further improved once again.
- the double helices of the two helical antennas on the Mantle surface arranged a rotationally symmetrical to the longitudinal axis of the body.
- a rotationally symmetrical body comes here in particular a cylinder in question,
- other geometric bodies such as a cone conceivable.
- the feed of the respective helical antenna takes place in a direction transverse to the longitudinal axis extending plane, which lies at one end of the respective helix.
- the supply of the respective helical antenna takes place usual way, d. H. that the respective double helices with a phase shift be operated by 90 degrees, with the feed of each one Double helix preferably takes place via a suitable balun.
- Symmetry members come all known Symmetrieübertäger with windings or from line elements of the known constructions in question, for example Locking pots, balancing loops and pots, slot transfer.
- the symmetrization of each double helix takes place via a balancing transformer in the form of a short-circuit line with ⁇ / 4-length.
- phase-offset feed for generating the circular polarization takes place preferably using hybrid couplings or the like.
- the two feed levels of the two fall Helix antennas together.
- the common feed-in level of both helix antennas In this case, it may preferably be facing at the direction of radiation End of the helix antennas are.
- the preferably used Symmetry transformers easily in a symmetrical arrangement inside the helix antennas are housed.
- the double helices of at least one helix antenna are not on the excited end open. In this way, over the length of the double helices the respective resonance of the helical antenna are influenced.
- have the double helices of the two nestled nested Helix antennas have a different length, so the two helix antennas have different resonance frequencies.
- the two frequency ranges in which the two helical antennas of the invention Antenna system can be operated it may be preferred around the ranges of 210-300 MHz, in particular 240-270 MHz and of 260-350 MHz, in particular 290-320 MHz, act in this way To enable sending and receiving in the UHF Satcom system.
- the two helical antennas of the antenna system according to the invention preferably can be operated simultaneously, d. H. in so-called full-duplex operation, They can also be used in so-called half-duplex mode where only one of the two antennas is in operation.
- the two helical antennas are of their geometric dimensions, that is, for example, number of turns or pitch of the turns, but in particular so designed by their ratio of diameter to length that one helix antenna has its resonance in the range of 210-300 MHz, especially 240 - 270 MHz and the second helical antenna resonates in the range from 260 to 350 MHz, in particular 290 to 320 MHz and at the same time for circular (preferably right polarized) polarized waves an omni-hemispheric Radiation characteristic is achieved.
- the inventive Antenna system at least one other antenna coaxial with the two helix antennas, preferably defined by the two helices Interior is arranged.
- This at least one further antenna may, for example, at a monopole emitter, in particular to act a rod antenna. However, they are In this case, other types of antenna conceivable, as long as a coaxial arrangement, preferably in the interior, the helical antennas is possible.
- the additional antenna is as coaxial as possible Alignment of the additional antenna in the center of the helix desirable. Accordingly, therefore, the radiators of the additional antenna have a rotationally symmetrical shape.
- the other antenna is a rod antenna with a roof capacity in the form of a plate, due to their geometrical dimensions to the Reception in the frequency ranges of 0.5-60 MHz and 125-190 MHz, in particular used in the frequency ranges of 1 - 30 MHz and 155 - 160 MHz can be.
- the antenna system according to the invention preferably comprises a stable body, on the outer surface of the double windings of the two Helix antennas are fixedly arranged along a longitudinal axis of the body.
- the double helices may in this case, for example, have the form of wires, which are fastened on the outer surface.
- it is tapes made of an electrically conductive material, for example copper tapes, which are arranged flat on the outer surface of the base body.
- the basic body consists of any electrically non-conductive material, the desired mechanical properties in terms of stability and / or Having stiffness.
- Conceivable here are polymers or other plastics, for example Kapton, Mylar or similar.
- the main body of the antenna system the shape of a hollow cylinder.
- the feed of the helix antennas takes place on an end face of the base body, preferably from the attachment side of the antenna system seen at the distal end and thus at the Direction of irradiation facing end.
- the feeding of the double helix is done from a central point that is substantially aligned with the longitudinal axis of the helix antennas and thus the body collapses, radially outward extending segments of conductive material applied on the front side are and lead respectively to the associated double helices.
- each associated Symmetrierrafos in the form of ⁇ / 4 short-circuit lines at mechanical stress on the antenna system change their position and thus their for the decoupling of the two helical antennas necessary, symmetrical arrangement lose
- these lines are inventively by a sufficiently rigid Foam material held stationary at their positions.
- foam material For example, polyurethane foam, polystyrene, polyvinyl chloride foam, but other foams can be used as long as the Holders of lines necessary rigidity is ensured.
- the foam used In addition to the necessary stiffness of the foam used should also have special electrical properties, in particular the radiation properties to influence the helix antennas as little as possible.
- the foam used preferably has a dielectric constant and a loss factor comparable to that of air are.
- the entire hollow interior of the body with the foam material be lined, the lines then by appropriate Channels are guided in the foam material.
- the lines through the foam used the majority of the length inside the body at a constant distance held.
- this distance will be close to the entry point on the Face of the body is reduced to the lowest possible transition between the respective infeed line and the associated balancing transformer to obtain the best possible symmetrization.
- inside the Foam body Holes for additional lines for the supply of additional Be provided antennas.
- This plastic hood has a substantially cylindrical shape, which at its regarding the attachment of the antenna system to the submarine fuselage distal End is provided with a hemispherical cover and at its proximal End is tightly connected to the plate to be fastened to the fuselage.
- a hood e.g. surrounded by plastic.
- This plastic hood has a substantially cylindrical shape, which at its regarding the attachment of the antenna system to the submarine fuselage distal End is provided with a hemispherical cover and at its proximal End is tightly connected to the plate to be fastened to the fuselage.
- Of the Outside diameter of this plastic hood is available through the during installation given space.
- materials come here for example glass fiber reinforced plastic, epoxy resin or the like in question.
- this serves Plastic hood essentially the protection against external environmental influences. There there is no requirement of resistance to pressure in this case, For example, the thickness of the hood may be lower and / or lower requirements the material used is provided.
- FIG. 1 shows a sectional view through an embodiment of a device according to the invention Antenna system. This comprises two quadrifilar helix antennas 3, 4, arranged on the lateral surface of a base body 1 in the form of a hollow cylinder are.
- a half-open mounting cylinder 6 In the cylindrical base body 1 is at the respect of the attachment of the Antenna system proximal end of a half-open mounting cylinder 6 introduced its closed end in the direction of the radiation of the antenna system shows. In the middle of this end face 61 of the mounting cylinder 6 is a circular recess for receiving a mounting plate 5 is provided which is fastened by means of screws 56 to the mounting cylinder 6.
- Fig. 2 shows a top view from below of the mounting plate 5.
- the plate 5 first four ports 51,52,53,54 for the feed lines the double helices T0, R0, T90, R90 of the two helical antennas 3,4, to which the each of the hybrid couplings 62 (see Fig. 5) of the base module of the antenna system coming supply lines can be connected.
- These cables are conventional coaxial cables.
- connection 51 a, 52 a, 53 a, 54 a provided, each of which End of the ⁇ / 4 short-circuit line belonging to the corresponding double helix T0, R0, T90, R90 8 represents.
- This total of eight ports 51, 52, 53, 54, 51a, 52a, 53a, 54a are symmetrically equiangularly spaced 45 degrees on a circle with a constant distance to the longitudinal axis of the body 1 arranged.
- connections 51,52,53,54 run inside the cylindrical Main body 1 coaxial cable 7 in the direction of the distal end of the body 1, there first the cover plate 2, with the distal end of the body 1 is closed, pierced in a central area.
- the respective outer conductor of the coaxial cable 7 on the front side of the cover plate 2 with sectors 21,22, 23,24 connected. These exist made of conductive material and lead radially from the central area to the outside, from there the first helix of the respective double helix To feed T0, R0, T90, R90.
- the sectors 21, 22, 23,24 of a copper foil on the cover plate 2 of non-conductive material are applied.
- each diametrically to the sectors 21,22,23,24, each with the outer conductors are connected to the corresponding feed lines 7, there are sectors 21a, 22a, 23a, 24a, which also consist of copper foil and radially from the central Run area radially outward to from there the second coil of the respective Double spiral T0, R0, T90, R90 to feed.
- the outer conductor of the feed line 7 and the associated line 8 each form a ⁇ / 4 short-circuit line for transforming the unbalanced signal of the feed line 7 in a symmetrical signal at the feed point.
- the line 8 extends through the Cover plate 2 into the interior of the base body 1, traverses this and is conductive with connected to the plate 2.
- the feed lines 7 and the lines 8 of the Plate 5 starting in the interior of the base body 1 first of three to the longitudinal axis the basic body aligned cylinders 9 made of foam material, and between these cylinders 9 arranged cutting discs 10 is supported.
- the Cylinders 9 in this case have an identical cross-section, wherein the feed lines 7 and the lines 8 in corresponding grooves in the lateral surfaces the cylinder 9, and guided in through holes in the cutting wheels 10 are. In this way, the lines are 7,8 in their symmetrical arrangement with substantially identical distance to the longitudinal axis of the body 1 held.
- the distance between the symmetrical to a double helix can be symmetrical T0, R0, T90, R90 belonging to lines 7,8 are reduced so that a better symmetrization of the illustrated in Fig. 4, exposed area of the inner conductor 7a becomes small with respect to the wavelength ⁇ .
- a material which preferably has the following physical properties is used as the foam material for the cylinders 9, the conical foam body 9a and the cylinder 11: density ⁇ 50 kg / m 3 , in particular ⁇ 35 kg / m 3 permittivity 1.0 - 1.1 for frequencies ⁇ 26.5 GHz Dielectric loss factor ⁇ 0.002 for frequencies ⁇ 10 GHz
- a commercially available foam material is used suitable polymethacrylimide (PMI) rigid foam such as Rohacell®31 in question.
- PMI polymethacrylimide
- the cutting discs 10 and 10a are in the present case of a preferably very stiff material with good breaking strength and suitable dielectric Properties. For example, these requirements of polyvinyl chloride (PVC hard) met.
- the cylinders 9, the cone-shaped foam body 9a, the cylinder 11 and the cutting discs 10 and 10a in the present case a central Bore up, so that if necessary centrally on the longitudinal axis of the main body 1 one or more feed lines for additional antennas, for example can be mounted on the cover plate 2, can be performed.
- the double helices T0, R0, T90, R90 of the two helix antennas 3,4 are in the present embodiment in each case by corresponding strips of copper foil formed, which are wound on the lateral surface of the base body 1.
- the bands are at the transition area between the cover plate 2 and the lateral surface of the base body 1 electrically conducting with the respective sectors 21, 21 a, 22, 22 a, 23, 23 a, 24, 24 a of the double helixes connected.
- the two helical antennas 3, 4 of the antenna system according to the invention can in the selected embodiment in the two ranges of 240-270 MHz or 290-320 MHz, so that sending and receiving in the UHF Satcom system is possible. Because a resonance at a lower frequency connected to a greater length of the corresponding double helices 1, it can be seen that in the present case it is the helix antenna 4, which operates in the range of 240 - 270 MHz.
- the two helical antennas 3,4 in the present embodiment either in full-duplex mode or in half-duplex mode operate.
- the typical benefit of the present antenna system with the two helical antennas 3.4 is typically 0 dBi, but 2 dBi can be achieved become. It becomes an omni-hemispheric radiation image in a right-polarized Radiation generated.
- the antenna impedance is 50 ohms.
- the maximal Operating power 200 W.
- FIG. 5 shows a detailed view of a subregion from FIG. 1 and represents the base region of the antenna system with the mounting cylinder 6. Inside the Mounting cylinder 6 is an additional in the embodiment shown here Antenna housed.
- This monopoly is in the present case by a copper ring 63 formed by means of spacers 64 in a transverse plane of the body 1 is kept and the directly via an isolated connection with the Base module of the antenna system is connected.
- the additional rod antenna is in the present case for reception in the frequency ranges of 1 MHz - 30 MHz and 155 MHz - 160 MHz used.
- the two 90 ° hybrid couplings are located inside the assembly cylinder 6 62 for generating the phase shift for the feed helix antennas 3,4. These are on a final body 1 Cover 66 arranged on the outside of the terminals 65 are provided are, over which the antenna system with the supply unit, not shown is connected.
- the hood for protecting the antenna system against environmental influences is in the present embodiment of a radome made of glass fiber reinforced epoxy resin formed, whose wall thickness of the use, with either one Submarine or over water or ashore, depends.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Antennensystem zum gleichzeitigen Betrieb in wenigstens zwei verschiedenen Frequenzbereichen, insbesondere zum Senden und Empfangen im Vollduplex-Betrieb, insbesondere für die Verwendung bei U-Booten.The invention relates to an antenna system for simultaneous operation in at least two different frequency ranges, in particular for transmission and Receive in full duplex mode, especially for use with submarines.
Bei der Satellitenkommunikation zwischen feststehenden und bewegten Anwendern aus Luft- und Schifffahrt, somit unter anderem auch bei der Satellitenkommunikation von U-Booten, werden üblicherweise Antennenstrukturen verwendet, die bei einer zirkularen Polarisierung ein quasi-hemisphärisches Abstrahlungsdiagramm aufweisen, da in diesem Fall die Notwendigkeit eines Nachführens des Antennensystems an die gegebenenfalls geostationären Satellitensysteme vermieden werden kann.In satellite communications between fixed and mobile users from aviation and shipping, thus also among other things in the satellite communication of submarines, antenna structures are commonly used in a circular polarization, a quasi-hemispheric radiation pattern in this case, the need to track the Antenna system to the possibly geostationary satellite systems avoided can be.
Nach dem heutigen Kenntnisstand ist die einzige Antennenstruktur, die diese geforderten Eigenschaften aufweist, eine resonante quadrifilare Helixantenne. Diese besteht üblicherweise aus zwei Doppelwendeln, die sich um eine gemeinsame Längsachse winden, orthogonal zueinander angebracht sind und mit 90° Phasenverschiebung angeregt werden.According to the current state of knowledge, the only antenna structure that they required Features, a resonant quadrifilar helix antenna. These usually consists of two double helices, which are around a common Longitudinal axis winds, are orthogonal to each other and with 90 ° phase shift be stimulated.
Da es sich bei einem derartigen Antennensystem um ein resonant arbeitendes System handelt, ist die nutzbare Bandbreite beschränkt und es ist schwierig, eine Anpassung an eine Breitbandnutzung oder an eine Verwendung für zwei verschiedene Frequenzen zu erreichen. In Fällen, bei denen ein Betrieb in verschiedenen Frequenzbereichen benötigt wird, muss demzufolge üblicherweise auf zwei separate, räumlich getrennte quadrifilare Helixantennen zurückgegriffen werden. Dies gilt insbesondere, wenn ein Betrieb gleichzeitig in beiden Frequenzbereichen möglich sein soll.Since it is in such an antenna system to a resonant working System is trading, the usable bandwidth is limited and it is difficult to one Adaptation to broadband usage or use for two different ones To reach frequencies. In cases where one operation in different Frequency ranges is required, therefore, usually on two separate, spatially separated quadrifilar helix antennas are used. This is especially true when operating simultaneously in both frequency ranges should be possible.
Ein Beispiel für einen derartigen Fall bildet das UHF-Satcom Satellitenkommunikations-System,
bei dem das Senden und das Empfangen von Daten in unterschiedlichen
Frequenzbereichen erfolgen:
Als vorteilhaft ist hierbei anzusehen, wenn gleichzeitig und unabhängig voneinander gesendet und empfangen werden kann (sog. Voll-Duplex-Betrieb). Dabei ist eine geringe Verkoppelung, also ein geringes Übersprechen zwischen den Sende/Empfangsantennen erforderlich. Hierzu ist es, wie oben bereits erwähnt wurde, üblicherweise notwendig, dass die Sende- und Empfangsantennen als getrennte Elemente ausgebildet sind.It should be considered advantageous if at the same time and independently of each other can be sent and received (so-called full-duplex operation). It is a low coupling, so a low crosstalk between the transmitting / receiving antennas required. This is, as mentioned above, usually necessary that the transmitting and receiving antennas as separate Elements are formed.
Sind jedoch die Abmessungen des Antennensystems durch den zur Verfügung stehenden Raum begrenzt, so kann eine räumliche Trennung von Sende- und Empfangsantennen nur unter erheblichem Aufwand erfolgen.However, the dimensions of the antenna system are available through the limited space, so a spatial separation of transmitting and Reception antennas made only with considerable effort.
Ein Beispiel hierfür bildet ein Antennensystem eines U-Bootes. Neben den oben
genannten Frequenzbereichen für eine Satellitenkommunikation im UHF-Satcom
System werden hier üblicherweise sogar darüber hinaus noch weitere Frequenzbereiche
benötigt, beispielsweise:
Neben dem nur beschränkt zur Verfügung stehenden Raumangebot, besteht insbesondere für ein von U-Booten benutztes Antennensystem eine weitere Anforderung darin, dass der gesamte Aufbau der Antenne aufgrund der Positionierung an der Außenhaut des U-Bootrumpfes und der damit verbundenen Belastungen durch das umströmende Wasser möglichst kompakt sein muss. Gleichzeitig ist auch eine möglichst große Stabilität des Antennensystems gegenüber mechanischen Belastungen zu gewährleisten, da durch Schockwellen im Wasser kurzzeitige Horizontalbelastungen bis zu 400 G sowie Vertikalbelastungen bis in den Bereich von 150 G auftreten können.In addition to the limited space available, exists in particular another requirement for an antenna system used by submarines in that the entire structure of the antenna due to the positioning the outer skin of the submarine hull and the associated loads must be as compact as possible by the circulating water. At the same time also the greatest possible stability of the antenna system over mechanical To ensure loads, as shock waves in the water short-term Horizontal loads up to 400 G as well as vertical loads up to the area of 150 G can occur.
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, ein möglich kompaktes Antennensystem zu schaffen, welches einen vorzugsweise gleichzeitigen Betrieb in wenigstens zwei verschiedenen Frequenzbändern, insbesondere im Bereich der Satellitenkommunikation unter Verwendung von zirkular polarisierten Wellen mit einer quasi-hemisphärischen Abstrahlcharakteristik, ermöglicht.It is therefore the object of the invention, a possible compact antenna system to provide a preferably simultaneous operation in at least two different frequency bands, especially in the field of satellite communications using circularly polarized waves with a quasi-hemispheric radiation characteristic allows.
Hierbei findet ein derartiges Antennensystem vorzugsweise Verwendung auf einem U-Boot. Jedoch kann auch ein Anwender beim Betrieb auf herkömmlichen Schiffen über Wasser oder an Land von den erfindungsgemäßen Vorteilen profitieren.In this case, such an antenna system is preferably used on a Submarine. However, a user can also operate on conventional Benefit from the benefits of the invention over water or on land.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. This object is solved by the characterizing features of claim 1. Advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.
Demzufolge wird ein Antennensystem zum gleichzeitigen Betrieb, insbesondere zum Senden und Empfangen im Vollduplex-Betrieb, in wenigstens zwei verschiedenen Frequenzbereichen vorgeschlagen, das neben gegebenenfalls sonstigen vorhandenen Antennen wenigstens zwei quadrifilare Helixantennen umfasst, von denen jede zwei orthogonal zueinander angeordnete und mit 90° Phasenverschiebung angeregte Doppelwendeln aufweist. Hierbei ist orthogonal so zu verstehen, dass die beiden Doppelwendeln einer Helixantenne jeweils mit einem Versatz von 90° in Umlaufrichtung zueinander um die Längsachse der Helixantenne ineinander laufen, so dass in einer radialen Schnittebene betrachtet die gedachten Verbindungslinien zwischen den Schnittpunkten der jeweiligen Wendeln einer Doppelwendel mit der Ebene orthogonal zueinander liegen, wie beispielsweise in Figur 3 durch die gestrichpunkteten Linien angedeutet ist. Erfindungsgemäß winden sich die beiden Helixantennen um eine gemeinsame Längsachse, wobei sie hinsichtlich dieser Längsachse um einen Winkel von 45° gegeneinander verdreht sind. Die Doppelwendeln beider Helixantennen weisen hierbei in einer beliebigen Schnittebene quer zur Längsachse jeweils denselben Abstand zur Längsachse auf.Accordingly, an antenna system for simultaneous operation, in particular for sending and receiving in full-duplex mode, in at least two different ones Frequency ranges, in addition to other existing antennas comprises at least two quadrifilar helix antennas, of each two orthogonal to each other and with 90 ° phase shift has excited double helices. Orthogonal is to be understood as that the two double helices of a helical antenna each with a Offset of 90 ° in the direction of rotation relative to each other about the longitudinal axis of the helical antenna run into each other, so that considered in a radial section plane the imaginary Connecting lines between the intersections of the respective helices a double helix with the plane orthogonal to each other, such as is indicated in Figure 3 by the dashed lines. According to the invention the two helical antennas wind around a common longitudinal axis, with respect to this longitudinal axis by an angle of 45 ° to each other are twisted. The double helices of both helix antennas have this in one any cutting plane transverse to the longitudinal axis in each case the same distance from Longitudinal axis.
Diese spezielle Anordnung der beiden Helixantennen zeichnet sich durch eine besonders hohe Symmetrie aus, so dass hierdurch erfindungsgemäß die gegenseitige Beeinflussung der beiden Antennen minimiert wird.This special arrangement of the two helix antennas is characterized by a particularly high symmetry, so that according to the invention, the mutual Influencing the two antennas is minimized.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die jeweiligen Doppelwendeln der beiden Helixantennen auch dieselbe Steigung auf, wodurch die Symmetrie des Systems noch einmal weiter verbessert werden kann.In a preferred embodiment, the respective double helices of the Both helical antennas also have the same slope, whereby the symmetry of the System can be further improved once again.
Vorzugsweise sind hierbei die Doppelwendeln der beiden Helixantennen auf der Mantelfläche eines zur Längsachse rotationssymmetrischen Körpers angeordnet. Als rotationssymmetrischer Körper kommt hier insbesondere ein Zylinder in Frage, jedoch sind auch andere geometrische Körper wie beispielsweise ein Konus denkbar. Preferably, in this case, the double helices of the two helical antennas on the Mantle surface arranged a rotationally symmetrical to the longitudinal axis of the body. As a rotationally symmetrical body comes here in particular a cylinder in question, However, other geometric bodies such as a cone conceivable.
Die Einspeisung der jeweiligen Helixantenne erfolgt in einer quer zur Längsachse verlaufenden Ebene, die an einem Ende der jeweiligen Helix liegt.The feed of the respective helical antenna takes place in a direction transverse to the longitudinal axis extending plane, which lies at one end of the respective helix.
In dieser Einspeiseebene erfolgt die Einspeisung der jeweiligen Helixantenne auf übliche Weise, d. h. dass die jeweiligen Doppelwendeln mit einer Phasenverschiebung von 90 Grad betrieben werden, wobei die Einspeisung jeder einzelnen Doppelwendel vorzugsweise über ein geeignetes Symmetrierglied erfolgt. Als Symmetrierglieder kommen aller bekannten Symmetrieübertäger mit Wicklungen oder aus Leitungselementen der bekannten Bauweisen in Frage, beispielsweise Sperrtöpfe, Symmetrierschleifen und -töpfe, Schlitzübertrager.In this feed-in level, the supply of the respective helical antenna takes place usual way, d. H. that the respective double helices with a phase shift be operated by 90 degrees, with the feed of each one Double helix preferably takes place via a suitable balun. When Symmetry members come all known Symmetrieübertäger with windings or from line elements of the known constructions in question, for example Locking pots, balancing loops and pots, slot transfer.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Symmetrisierung jeder Doppelwendel über einen Symmetriertrafo in Form einer Kurzschlussleitung mit λ/4-Länge.In a preferred embodiment, the symmetrization of each double helix takes place via a balancing transformer in the form of a short-circuit line with λ / 4-length.
Die phasenversetzte Einspeisung zur Erzeugung der Zirkularpolarisation erfolgt vorzugsweise unter Verwendung von Hybridkopplungen oder Ähnlichem.The phase-offset feed for generating the circular polarization takes place preferably using hybrid couplings or the like.
In einer bevorzugten Ausführungsform fallen die beiden Einspeiseebenen der beiden Helixantennen zusammen. Die gemeinsame Einspeiseebene beider Helixantennen kann hierbei vorzugsweise an dem der Abstrahlungsrichtung zugewandten Ende der Helixantennen liegen. In diesem Fall können die vorzugsweise verwendeten Symmetriertrafos problemlos in einer symmetrischen Anordnung im Inneren der Helixantennen untergebracht werden.In a preferred embodiment, the two feed levels of the two fall Helix antennas together. The common feed-in level of both helix antennas In this case, it may preferably be facing at the direction of radiation End of the helix antennas are. In this case, the preferably used Symmetry transformers easily in a symmetrical arrangement inside the helix antennas are housed.
Bevorzugt sind die Doppelwendeln wenigstens einer Helixantenne an dem nicht angeregten Ende offen. Auf diese Weise kann über die Länge der Doppelwendeln die jeweilige Resonanz der Helixantenne beeinflusst werden. In dieser Ausführungsform weisen die Doppelwendeln der beiden ineinander verschachtelt aufgebauten Helixantennen eine unterschiedliche Länge auf, so dass die beiden Helixantennen unterschiedliche Resonanzfrequenzen haben. Preferably, the double helices of at least one helix antenna are not on the excited end open. In this way, over the length of the double helices the respective resonance of the helical antenna are influenced. In this embodiment have the double helices of the two nestled nested Helix antennas have a different length, so the two helix antennas have different resonance frequencies.
Bei den zwei Frequenzbereichen, auf denen die beiden Helixantennen des erfindungsgemäßen Antennensystems betrieben werden können, kann es sich bevorzugt um die Bereiche von 210 - 300 MHz, insbesondere 240 - 270 MHz und von 260 - 350 MHz, insbesondere 290 - 320 MHz, handeln, um auf diese Weise ein Senden und Empfangen im UHF-Satcom System zu ermöglichen.In the two frequency ranges in which the two helical antennas of the invention Antenna system can be operated, it may be preferred around the ranges of 210-300 MHz, in particular 240-270 MHz and of 260-350 MHz, in particular 290-320 MHz, act in this way To enable sending and receiving in the UHF Satcom system.
Obwohl die beiden Helixantennen des erfindungsgemäßen Antennensystems vorzugsweise gleichzeitig betrieben werden können, d. h. im so genannten Full-Duplex-Betrieb, können sie auch im so genannten Half-Duplex-Betrieb verwendet werden, bei dem immer nur eine der beiden Antennen in Betrieb ist.Although the two helical antennas of the antenna system according to the invention preferably can be operated simultaneously, d. H. in so-called full-duplex operation, They can also be used in so-called half-duplex mode where only one of the two antennas is in operation.
Welche der beiden Betriebsarten letztendlich verwendet wird, hängt von den Anforderungen des Benutzers sowie der elektronischen Ausstattung des Antennensystems ab.Which of the two modes is ultimately used depends on the requirements the user and the electronic equipment of the antenna system from.
Vorzugsweise sind die beiden Helixantennen von ihren geometrischen Abmessungen, also beispielsweise Anzahl der Windungen oder Steigung der Windungen, insbesondere aber von ihrem Verhältnis Durchmesser zu Länge so ausgelegt, dass die eine Helixantenne ihre Resonanz im Bereich von 210 - 300 MHz, insbesondere 240 - 270 MHz und die zweite Helixantenne ihre Resonanz im Bereich von 260 - 350 MHz, insbesondere 290 - 320 MHz hat und gleichzeitig für zirkular (vorzugsweise rechtspolarisiert) polarisierte Wellen eine omni-hemisphärische Strahlungscharakteristik erreicht wird.Preferably, the two helical antennas are of their geometric dimensions, that is, for example, number of turns or pitch of the turns, but in particular so designed by their ratio of diameter to length that one helix antenna has its resonance in the range of 210-300 MHz, especially 240 - 270 MHz and the second helical antenna resonates in the range from 260 to 350 MHz, in particular 290 to 320 MHz and at the same time for circular (preferably right polarized) polarized waves an omni-hemispheric Radiation characteristic is achieved.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Antennensystem wenigstens eine weitere Antenne, die koaxial zu den beiden Helixantennen, vorzugsweise im von den beiden Helices definierten Innenraum angeordnet ist.According to a further aspect of the present invention, the inventive Antenna system at least one other antenna coaxial with the two helix antennas, preferably defined by the two helices Interior is arranged.
Bei dieser wenigstens einen weiteren Antenne kann es sich beispielsweise um einen Monopolstrahler, insbesondere um eine Stabantenne handeln. Jedoch sind hierbei auch andere Antennenformen denkbar, solange eine koaxiale Anordnung, vorzugsweise im Innenraum, der Helixantennen möglich ist. This at least one further antenna may, for example, at a monopole emitter, in particular to act a rod antenna. However, they are In this case, other types of antenna conceivable, as long as a coaxial arrangement, preferably in the interior, the helical antennas is possible.
Um eine möglichst geringe Kopplung zwischen den Helixantennen einerseits und der zusätzlichen Antenne andererseits zu erhalten, ist eine möglichst genaue koaxiale Ausrichtung der zusätzlichen Antenne im Zentrum der Helix wünschenswert. Vorzugsweise weisen demzufolge die Strahler der zusätzlichen Antenne eine rotationssymmetrische Form auf.To minimize the coupling between the helix antennas on the one hand and on the other hand, to obtain the additional antenna is as coaxial as possible Alignment of the additional antenna in the center of the helix desirable. Accordingly, therefore, the radiators of the additional antenna have a rotationally symmetrical shape.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antennensystems handelt es sich bei der weiteren Antenne um eine Stabantenne mit einer Dachkapazität in Form einer Platte, die aufgrund ihrer geometrischen Abmessungen zum Empfang in den Frequenzbereichen von 0,5 - 60 MHz und 125 - 190 MHz, insbesondere in den Frequenzbereichen von 1 - 30 MHz und 155 - 160 MHz verwendet werden kann.In a preferred embodiment of the antenna system according to the invention If the other antenna is a rod antenna with a roof capacity in the form of a plate, due to their geometrical dimensions to the Reception in the frequency ranges of 0.5-60 MHz and 125-190 MHz, in particular used in the frequency ranges of 1 - 30 MHz and 155 - 160 MHz can be.
Wie bereits weiter oben angedeutet wurde, ist eine möglichst symmetrische Anordnung des Antennensystems für eine Entkopplung der einzelnen Antennen voneinander äußerst wichtig. Um eine derartige symmetrische Anordnung auch bei den Umweltbedingungen, denen die Antenne im Einsatz unterworfen wird, zu gewährleisten, ist entsprechend eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ein spezieller mechanischer Aufbau vorgesehen.As already indicated above, is a symmetrical arrangement as possible of the antenna system for a decoupling of the individual antennas extremely important to each other. To such a symmetrical arrangement also in the environmental conditions to which the antenna is subjected in use, too is in accordance with another aspect of the present invention a special mechanical structure provided.
Demzufolge umfasst das erfindungsgemäße Antennensystem vorzugsweise einen stabilen Grundkörper, auf dessen Außenfläche die Doppelwindungen der beiden Helixantennen entlang einer Längsachse des Grundkörpers fest angeordnet sind. Die Doppelwendeln können hierbei beispielsweise die Form von Drähten aufweisen, die auf der Außenfläche befestigt sind. Vorzugsweise handelt es sich jedoch um Bänder aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise Kupferbänder, die flach auf der Außenfläche des Grundkörpers angeordnet sind.Accordingly, the antenna system according to the invention preferably comprises a stable body, on the outer surface of the double windings of the two Helix antennas are fixedly arranged along a longitudinal axis of the body. The double helices may in this case, for example, have the form of wires, which are fastened on the outer surface. Preferably, however, it is tapes made of an electrically conductive material, for example copper tapes, which are arranged flat on the outer surface of the base body.
Der Grundkörper besteht aus einem beliebigen elektrisch nicht leitenden Material, das die gewünschten mechanischen Eigenschaften bezüglich Stabilität und/oder Steifigkeit aufweist. Denkbar sind hier Polymere oder sonstige Kunststoffe, beispielsweise Kapton, Mylar oder ähnliches. The basic body consists of any electrically non-conductive material, the desired mechanical properties in terms of stability and / or Having stiffness. Conceivable here are polymers or other plastics, for example Kapton, Mylar or similar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Grundkörper des Antennensystems die Form eines Hohlzylinders auf. Die Einspeisung der Helixantennen erfolgt auf einer Stirnseite des Grundkörpers, vorzugsweise von der Befestigungsseite des Antennensystems aus gesehen am distalen Ende und somit an dem der Anstrahlungsrichtung zugewandten Ende.According to a preferred embodiment, the main body of the antenna system the shape of a hollow cylinder. The feed of the helix antennas takes place on an end face of the base body, preferably from the attachment side of the antenna system seen at the distal end and thus at the Direction of irradiation facing end.
Auf der Stirnseite des Grundkörpers erfolgt die Einspeisung der Doppelwendeln von einem zentralen Punkt aus, der im Wesentlichen mit der Längsachse der Helixantennen und somit das Grundkörpers zusammenfällt, über radial nach außen verlaufende Segmente aus leitenden Material, die auf der Stirnseite aufgebracht sind und jeweils zu den zusammengehörenden Doppelwendeln führen.On the front side of the body, the feeding of the double helix is done from a central point that is substantially aligned with the longitudinal axis of the helix antennas and thus the body collapses, radially outward extending segments of conductive material applied on the front side are and lead respectively to the associated double helices.
Um zu verhindern, dass die vorzugsweise im Inneren des Grundkörpers verlaufenden Einspeiseleitungen sowie die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform jeweils zugehörigen Symmetriertrafos in Form von λ/4-Kurzschluss-Leitungen bei mechanischer Belastung des Antennensystems ihre Lage ändern und somit ihre zur Entkopplung der beiden Helixantennen notwendige, symmetrische Anordnung verlieren, werden diese Leitungen erfindungsgemäß durch ein ausreichend steifes Schaumstoffmaterial ortsfest an ihren Positionen gehalten. Als Schaumstoffmaterial kann hier beispielsweise Polyurethanschaum, Polystyrol, Polyvinylchloridschaum, aber auch andere Schaumstoffe verwendet werden, solange die zum Haltern der Leitungen notwendige Steifheit gewährleistet ist.To prevent that preferably running inside the body Feeders as well as those according to a preferred embodiment each associated Symmetrierrafos in the form of λ / 4 short-circuit lines at mechanical stress on the antenna system change their position and thus their for the decoupling of the two helical antennas necessary, symmetrical arrangement lose, these lines are inventively by a sufficiently rigid Foam material held stationary at their positions. As foam material For example, polyurethane foam, polystyrene, polyvinyl chloride foam, but other foams can be used as long as the Holders of lines necessary rigidity is ensured.
Neben der notwendigen Steifheit sollte der verwendete Schaumstoff auch noch spezielle elektrische Eigenschaften aufweisen, um insbesondere die Abstrahlungseigenschaften der Helixantennen möglichst wenig zu beeinflussen. Demzufolge weist erfindungsgemäß der verwendete Schaumstoff vorzugsweise eine Dielektrizitätskonstante und einen Verlustfaktor auf, die mit denen von Luft vergleichbar sind.In addition to the necessary stiffness of the foam used should also have special electrical properties, in particular the radiation properties to influence the helix antennas as little as possible. As a result, according to the invention, the foam used preferably has a dielectric constant and a loss factor comparable to that of air are.
Hierbei kann der gesamte hohle Innenraum des Grundkörpers mit dem Schaumstoffmaterial ausgekleidet sein, wobei die Leitungen dann durch entsprechende Kanäle in dem Schaumstoffmaterial geführt werden. Bevorzugt werden jedoch eine oder mehrere Zylinder aus dem entsprechenden Schaumstoffmaterial verwendet, die entlang der Längsachse des Grundkörpers ausgerichtet sind und auf deren Mantelflächen geeignete Nuten zur Aufnahme und Lagerung der entsprechenden Leitungen vorgesehen sind. In diesem Fall bleibt der restliche hohle Innenraum des Grundkörpers frei.Here, the entire hollow interior of the body with the foam material be lined, the lines then by appropriate Channels are guided in the foam material. However, preference is given using one or more cylinders of the corresponding foam material, which are aligned along the longitudinal axis of the main body and on whose lateral surfaces suitable grooves for receiving and storing the corresponding Lines are provided. In this case, the remaining hollow interior remains of the main body free.
Vorzugsweise werden die Leitungen durch den verwendeten Schaumstoff über den Großteil der Länge im Inneren des Grundkörpers auf einem konstanten Abstand gehalten. Dieser Abstand wird jedoch nahe dem Einspeisepunkt auf der Stirnfläche des Grundkörpers verringert, um durch eine möglichst geringe Überleitung zwischen der jeweiligen Einspeiseleitung und dem zugehörigen Symmetriertrafo eine möglichst gute Symmetrisierung zu erhalten.Preferably, the lines through the foam used the majority of the length inside the body at a constant distance held. However, this distance will be close to the entry point on the Face of the body is reduced to the lowest possible transition between the respective infeed line and the associated balancing transformer to obtain the best possible symmetrization.
In einer bevorzugten Ausführungsform können selbstverständlich im Inneren der Schaumstoffkörper Bohrungen für weitere Leitungen für die Versorgung zusätzlicher Antennen vorgesehen sein.In a preferred embodiment, of course, inside the Foam body Holes for additional lines for the supply of additional Be provided antennas.
Zum Schutz des Antennensystems gegen Wasser und den üblicherweise herrschenden Wasserdruck bei der Verwendung mit einem U-Boot ist die gesamte Konstruktion erfindungsgemäß mit einer Haube z.B. aus Kunststoff umgeben. Diese Kunststoffhaube besitzt eine im Wesentlichen zylindrische Form, die an ihrem bezüglich der Befestigung des Antennensystems am U-Boot-Rumpf distalen Ende mit einer halbkugelförmigen Abdeckung versehen ist und an ihrem proximalen Ende mit der am Rumpf zu befestigenden Platte dicht verbunden wird. Der Außendurchmesser dieser Kunststoffhaube wird durch den beim Einbau zur Verfügung stehenden Platz vorgegeben. Als Materialien kommen hier beispielsweise glasfaserverstärkter Kunststoff, Epoxidharz oder ähnliches in Frage.To protect the antenna system against water and the usually prevalent Water pressure when using a submarine is the entire Construction according to the invention with a hood e.g. surrounded by plastic. This plastic hood has a substantially cylindrical shape, which at its regarding the attachment of the antenna system to the submarine fuselage distal End is provided with a hemispherical cover and at its proximal End is tightly connected to the plate to be fastened to the fuselage. Of the Outside diameter of this plastic hood is available through the during installation given space. As materials come here for example glass fiber reinforced plastic, epoxy resin or the like in question.
Im Fall der Verwendung auf einem normalen Schiff oder an Land dient diese Kunststoffhaube im Wesentlichen dem Schutz vor äußeren Umwelteinflüssen. Da das Erfordernis des Standhaltens gegen Druck in diesem Fall nicht gegeben ist, können die Dicke der Haube geringer sein und/oder geringere Anforderungen an das verwendete Material gestellt werden.In the case of use on a normal ship or on land, this serves Plastic hood essentially the protection against external environmental influences. There there is no requirement of resistance to pressure in this case, For example, the thickness of the hood may be lower and / or lower requirements the material used is provided.
Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung ist im Folgenden anhand der Figuren beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1:
- eine Schnittansicht durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antennensystems mit zwei quadrifilaren Helixantennen;
- Fig. 2:
- eine Aufsicht auf die Deckplatte an der Stirnseite des in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform verwendeten Grundkörpers, auf der die gemeinsame Einspeiseebene der Helixantennen liegt;
- Fig. 3:
- eine Aufsicht auf die Anschlussplatte der Einspeiseleitungen der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform;
- Fig. 4:
- eine Schnittansicht der in Fig.2 dargestellten Deckplatte und
- Fig. 5:
- eine Detailldarstellung eines Teilbereichs von Fig.1.
- Fig. 1:
- a sectional view through an embodiment of an antenna system according to the invention with two quadrifilar helical antennas;
- Fig. 2:
- a plan view of the cover plate on the front side of the base body used in the embodiment shown in Figure 1, on which lies the common feed plane of the helical antennas.
- 3:
- a plan view of the terminal plate of the feed lines of the embodiment shown in Figure 1;
- 4:
- a sectional view of the cover plate shown in Figure 2 and
- Fig. 5:
- a detailed representation of a portion of Fig.1.
Figur 1 zeigt eine Schnittansicht durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Antennensystems. Dieses umfasst zwei quadrifilare Helixantennen 3, 4,
die auf der Mantelfläche eines Grundkörpers 1 in Form eines Hohlzylinders angeordnet
sind.FIG. 1 shows a sectional view through an embodiment of a device according to the invention
Antenna system. This comprises two
In den zylindrischen Grundkörper 1 ist an dessen bezüglich der Befestigung des
Antennensystems proximalen Ende ein halb offener Montagezylinder 6 eingebracht,
dessen geschlossenes Ende in Richtung der Abstrahlung des Antennensystems
zeigt. In der Mitte dieser Stirnfläche 61 des Montagezylinders 6 ist eine
kreisförmige Aussparung zur Aufnahme einer Befestigungsplatte 5 vorgesehen,
die mit Hilfe von Schrauben 56 an dem Montagezylinder 6 befestigt wird.In the cylindrical base body 1 is at the respect of the attachment of the
Antenna system proximal end of a half-
Fig. 2 zeigt eine Aufsicht von unten auf die Befestigungsplatte 5. Neben den
Schraubenlöchern 55 zu Befestigung der Platte 5 an dem Montagezylinder 6 weist
die Platte 5 zunächst vier Anschlüsse 51,52,53,54 für die Einspeisungsleitungen
der Doppelwendeln T0,R0,T90,R90 der beiden Helixantennen 3,4 auf, an die die
jeweiligen von den Hybridkopplungen 62 (siehe Fig.5) des Basismoduls des Antennensystems
kommenden Versorgungsleitungen angeschlossen werden können.
Bei diesen Leitungen handelt es sich um übliche Koaxialleitungen.Fig. 2 shows a top view from below of the mounting
Zu jedem dieser vier Anschlüsse 51,52,53,54 ist jeweils diametral zur Längsachse
des Grundkörpers 1 ein Anschluss 51 a,52a,53a,54a vorgesehen, der jeweils das
Ende der zu der entsprechenden Doppelwendel T0,R0,T90,R90 gehörigen λ/4-Kurzschlussleitung
8 darstellt. Diese insgesamt acht Anschlüsse
51,52,53,54,51a,52a,53a,54a sind symmetrisch im gleichen Winkelabständen von
45 Grad auf einer Kreislinie mit konstantem Abstand zur Längsachse des Grundkörpers
1 angeordnet.To each of these four
Von den vier Anschlüssen 51,52,53,54 verlaufen im Inneren des zylindrischen
Grundkörpers 1 koaxiale Kabel 7 in Richtung des distalen Endes des Grundkörpers
1, um dort zunächst die Deckplatte 2, mit der das distale Ende des Grundkörpers
1 verschlossen ist, in einem zentralen Bereich zu durchstoßen. Wie in Fig.
3 dargestellt wird, sind hierbei die jeweiligen Außenleiter der koaxialen Kabel 7 auf
der Stirnseite der Deckplatte 2 mit Sektoren 21,22, 23,24 verbunden. Diese bestehen
aus leitenden Material und führen von dem zentralen Bereich jeweils radial
nach außen, um von dort die erste Wendel der jeweilige Doppelwendel
T0,R0,T90,R90 zu speisen. Im vorliegenden Fall bestehen die Sektoren 21,22,
23,24 aus einer Kupferfolie, die auf die Deckplatte 2 aus nicht leitendem Material
aufgebracht sind.Of the four
Jeweils diametral zu den Sektoren 21,22,23,24, die jeweils mit den Außenleitern
der entsprechenden Einspeiseleitungen 7 verbunden sind, befinden sich Sektoren
21a,22a,23a,24a, die ebenfalls aus Kupferfolie bestehen und radial von dem zentralen
Bereich radial nach außen führen, um von dort die zweite Wendel der jeweilige
Doppelwendel T0,R0,T90,R90 zu speisen.Each diametrically to the
Um eine korrekte Speisung der jeweiligen Doppelwendeln T0,R0,T90,R90 zu erhalten,
wird der jeweilige Innenleiter 7a der Einspeiseleitungen 7 einer Doppelwendel
T0,R0,T90,R90, wie in Fig. 4 dargestellt, mit dem jeweils zur entsprechenden
Doppelwendel T0,R0,T90,R90 gehörenden, diametral liegenden Sektor
21a,22a,23a,24a und einer zugehörigen Leitung 8 verbunden. Diese Leitung 8
wird im vorliegenden Fall jeweils durch den Außenleiter eines Koaxial-Kabels gebildet,
welches jedoch keinen Innenleiter aufweist. Der Außenleiter der Einspeiseleitung
7 und die zugehörige Leitung 8 bilden jeweils eine λ/4-Kurzschluss-Leitung
zur Transformierung des unsymmetrischen Signals der Einspeiseleitung 7 in ein
symmetrisches Signal an der Speisestelle. Die Leitung 8 erstreckt sich durch die
Deckplatte 2 ins innere des Grundkörpers 1, durchquert diesen und ist leitend mit
der Platte 2 verbunden.In order to obtain a correct supply of the respective double helices T0, R0, T90, R90,
is the respective inner conductor 7a of the
Aufgrund des Erfordernisses, dass diese λ/4-Kurzschluss-Leitung einem Viertel
der Wellenlänge der Resonanzfrequenz der jeweiligen Helixantenne 3,4 entsprechen
muss, ergeben sich die Lage der Platte 5 und somit die geometrischen Abmessungen
des Montagezylinders 6 im Inneren des Grundkörpers 1.Due to the requirement that this λ / 4 short circuit lead to a quarter
correspond to the wavelength of the resonance frequency of the respective
Im vorliegenden Fall werden die Einspeiseleitungen 7 und die Leitungen 8 von der
Platte 5 ausgehend im Inneren des Grundkörpers 1 zunächst von drei zur Längsachse
des Grundkörpers ausgerichteten Zylindern 9 aus Schaumstoffmaterial,
sowie zwischen diesen Zylindern 9 angeordneten Trennscheiben 10 gehaltert. Die
Zylinder 9 weisen hierbei einen identischen Querschnitt auf, wobei die Einspeiseleitungen
7 und die Leitungen 8 in entsprechenden Nuten in den Mantelflächen
der Zylinder 9, sowie in Durchgangsöffnungen in den Trennscheiben 10 geführt
sind. Auf diese Weise werden die Leitungen 7,8 in ihrer symmetrischen Anordnung
mit im wesentlichen identischen Abstand zur Längsachse des Grundkörpers
1 gehalten. In the present case, the
Im Anschluss an die dritte Trennscheibe 10 werden die Leitungen 7,8 dann in Nuten
in der Mantelfläche eines im Wesentlichen konusförmigen Schaumstoffkörpers
9a geführt, der sich in Richtung der Deckplatte 2 verjüngt. An diesem konusförmigen
Schaumstoffkörper 9a schließt sich eine weitere Trennscheibe 10a mit kleineren
Radius an, die wiederum Durchgangsöffnungen für die durch zu führenden
Leitungen 7,8 aufweist. Schließlich ist zwischen der Trennscheibe 10a und der
Deckplatte 2 ein weiterer Zylinder 11 aus Schaumstoff angeordnet, der wiederum
Nuten in seiner Mantelfläche aufweist, um die durch zu führenden Leitungen 7,8
aufzunehmen.Following the
Auf diese Weise kann symmetrisch der Abstand zwischen den zu einer Doppelwendel
T0,R0,T90,R90 gehörenden Leitungen 7,8 verringert werden, so dass zu
einer besseren Symmetrisierung der in Fig. 4 dargestellte, frei liegende Bereich
des Innenleiters 7a klein gegenüber der Wellenlänge λ wird.In this way, the distance between the symmetrical to a double helix can be symmetrical
T0, R0, T90, R90 belonging to
Im vorliegenden Fall wird als Schaumstoffmaterial für die Zylinder 9, den konusförmigen
Schaumstoffkörper 9a und den Zylinder 11 ein Material verwendet, das
vorzugsweise die folgenden physikalischen Eigenschaften aufweist:
Als kommerziell erhältliches Schaumstoffmaterial kommt hierfür beispielsweise ein geeigneter Polymethacrylimid-(PMI-)-Hartschaumstoff wie Rohacell®31 in Frage.For example, a commercially available foam material is used suitable polymethacrylimide (PMI) rigid foam such as Rohacell®31 in question.
Die Trennscheiben 10 und 10a bestehen im vorliegenden Fall aus einem vorzugsweise
sehr steifen Material mit guter Bruchfestigkeit und geeigneten dielektrischen
Eigenschaften. Beispielsweise werden diese Anforderungen von Polyvinylchlorid
(PVC hart) erfüllt.The cutting
Weiterhin weisen die Zylinder 9, der konusförmige Schaumstoffkörper 9a, der Zylinder
11 sowie die Trennscheiben 10 und 10a im vorliegenden Fall eine zentrale
Bohrung auf, so dass gegebenenfalls zentral auf der Längsachse des Grundkörpers
1 eine oder mehrere Einspeiseleitungen für zusätzliche Antennen, die beispielsweise
auf der Deckplatte 2 befestigt sein können, geführt werden können.Furthermore, the cylinders 9, the cone-shaped foam body 9a, the
Die Doppelwendeln T0,R0,T90,R90 der beiden Helixantennen 3,4 werden in der
vorliegenden Ausführungsform jeweils durch entsprechende Bänder aus Kupferfolie
gebildet, die auf die Mantelfläche des Grundkörpers 1 gewickelt sind. Demzufolge
sind die jeweiligen Doppelwendeln im vorliegenden Fall an dem der Einspeisung
gegenüberliegenden Enden offen. Die Bänder sind an dem Übergangsbereich
zwischen der Deckplatte 2 und der Mantelfläche des Grundkörpers 1 elektrisch
leitend mit den jeweiligen Sektoren 21,21 a,22,22a,23,23a,24,24a der Doppelwendeln
verbunden.The double helices T0, R0, T90, R90 of the two
Die beiden Helixantennen 3,4 des erfindungsgemäßen Antennensystems können
in der gewählten Ausführungsform in den beiden Bereichen von 240 - 270 MHz
bzw. von 290 - 320 MHz betrieben werden, so dass ein Senden und Empfangen
im UHF-Satcom System möglich ist. Da eine Resonanz bei einer niedrigeren Frequenz
mit einer größeren Länge der entsprechenden Doppelwendeln verbunden
ist, wird aus Fig. 1 ersichtlich, das es im vorliegenden Fall die Helixantenne 4 ist,
die im Bereich von 240 - 270 MHz arbeitet.The two
Je nach der verwendeten Elektronik können die beiden Helixantennen 3,4 in der
vorliegenden Ausführungsform entweder im Full-Duplex-Modus oder im Half-Duplex-Modus
betrieben werden.Depending on the electronics used, the two
Aufgrund der erfindungsgemäßen symmetrischen Anordnung der beiden ineinander
gewickelten Helixantennen 3,4 kann im vorliegenden Fall bereits eine Isolierung
zwischen den beiden Antennen von größer 15 dB erreicht werden. Durch
eine zusätzliche Verwendung von Filtern kann diese Entkopplung noch weiter verstärkt
werden, beispielsweise bis auf 30 dB.Due to the inventive symmetrical arrangement of the two in one another
wound
Der typische Gewinn des vorliegenden Antennensystems mit den beiden Helixantennen 3,4 liegt typischerweise bei 0 dBi, es können jedoch auch 2 dBi erreicht werden. Es wird ein omni-hemisphärisches Strahlungsbild bei einer rechtspolarisierten Abstrahlung erzeugt. Die Antennenimpedanz beträgt 50 Ohm. Die maximale Betriebsleistung 200 W.The typical benefit of the present antenna system with the two helical antennas 3.4 is typically 0 dBi, but 2 dBi can be achieved become. It becomes an omni-hemispheric radiation image in a right-polarized Radiation generated. The antenna impedance is 50 ohms. The maximal Operating power 200 W.
Figur 5 zeigt eine Detailansicht eines Teilbereichs aus Fig.1 und stellt den Basisbereich
des Antennensystems mit dem Montagezylinder 6 dar. Im Inneren des
Montagezylinders 6 ist in der hier dargestellten Ausführungsform eine zusätzliche
Antenne untergebracht.FIG. 5 shows a detailed view of a subregion from FIG. 1 and represents the base region
of the antenna system with the mounting
Hierbei handelt es sich um einen Monopol in Form einer Stabantenne mit einer
Dachkapazität. Dieser Monopol wird im vorliegenden Fall durch einen Kupferring
63 gebildet, der mit Hilfe von Abstandshaltern 64 in einer Querebene des Grundkörpers
1 gehalten wird und der direkt über einen isolierten Anschluss mit dem
Basismodul des Antennensystems verbunden ist.This is a monopoly in the form of a rod antenna with a
Top capacity. This monopoly is in the present case by a
Die zusätzliche Stabantenne wird im vorliegenden Fall zum Empfang in den Frequenzbereichen von 1 MHz - 30 MHz und 155 MHz - 160 MHz verwendet.The additional rod antenna is in the present case for reception in the frequency ranges of 1 MHz - 30 MHz and 155 MHz - 160 MHz used.
Weiterhin befinden sich im Inneren des Montagezylinders 6 die beiden 90°-Hybridkopplungen
62 zur Erzeugung der Phasenverschiebung für die Einspeisung
der Helixantennen 3,4. Diese sind auf einer den Grundkörper 1 abschließenden
Abdeckung 66 angeordnet, an deren Außenseite die Anschlüsse 65 vorgesehen
sind, über die das Antennensystem mit der nicht dargestellten Versorgungseinheit
verbunden wird.Furthermore, the two 90 ° hybrid couplings are located inside the
Die Haube zum Schutz des Antennensystems gegen Umwelteinflüsse wird in der vorliegenden Ausführungsform von einem Radom aus Glasfaserverstärktem Epoxidharz gebildet, dessen Wandstärke von der Verwendung, entweder mit einem U-Boot oder über Wasser bzw. an Land, abhängt. The hood for protecting the antenna system against environmental influences is in the present embodiment of a radome made of glass fiber reinforced epoxy resin formed, whose wall thickness of the use, with either one Submarine or over water or ashore, depends.
- 11
- Grundkörperbody
- 22
- Deckplattecover plate
- 33
- Helixantennehelix antenna
- 44
- Helixantennehelix antenna
- 55
- Befestigungsplattemounting plate
- 66
- Montagezylindermounting cylinder
- 77
- Einspeiseleitungfeeder
- 7a7a
- Innenleiterinner conductor
- 88th
- Leitungmanagement
- 99
- Schaumstoffzylinderfoam cylinder
- 9a9a
- Schaumstoffkonusfoam cone
- 1010
- Trennscheibecutting wheel
- 10a10a
- Trennscheibecutting wheel
- 1111
- kleiner Schaumstoffzylindersmall foam cylinder
- 21, 21 a21, 21 a
- Sektorensectors
- 22, 22a22, 22a
- Sektorensectors
- 23, 23a23, 23a
- Sektorensectors
- 24, 24a24, 24a
- Sektorensectors
- 51,51 a51.51 a
- Anschlüsseconnections
- 52,52a52,52a
- Anschlüsseconnections
- 53,53a53,53a
- Anschlüsseconnections
- 54,54a54,54a
- Anschlüsseconnections
- 5555
- Schraubenlöcherscrew holes
- 5656
- Schraubenscrew
- 6161
- Stirnseite von 6Front side of 6
- 6262
- Hybridkopplungenhybrid couplings
- 6363
- Kupferringcopper ring
- 6464
- Abstandshalterspacer
- 6565
- Anschlüsseconnections
- 6666
- Abdeckungcover
- T0T0
- Doppelwendeldouble helix
- T90T90
- Doppelwendeldouble helix
- R0R0
- Doppelwendeldouble helix
- R90R90
- Doppelwendeldouble helix
Claims (11)
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Helixantennen (3,4) sich um dieselbe Längsachse winden, wobei sie hinsichtlich der gemeinsamen Längsachse um einen Winkel von 45° gegeneinander verdreht sind und wobei die Doppelwendeln (R0,R90,T0,T90) beider Helixantennen (3,4) in einer beliebigen Schnittebene quer zur Längsachse jeweils denselben Abstand zur Längsachse aufweisen.Antenna system for simultaneous operation in at least two different frequency ranges, in particular for transmitting and receiving in full-duplex mode, with at least two quadrifilar helix antennas (3,4), each of which two arranged in the direction of rotation with 90 ° offset from each other and with 90 ° phase shift excited double helices (R0, R90, T0, T90),
characterized in that
the two helix antennas (3, 4) wind around the same longitudinal axis, being rotated with respect to the common longitudinal axis at an angle of 45 ° to each other, and the double helices (R0, R90, T0, T90) of both helix antennas (3, 4) in FIG have an arbitrary sectional plane transverse to the longitudinal axis in each case the same distance from the longitudinal axis.
dadurch gekennzeichnet, dass
characterized in that
dadurch gekennzeichnet, dass
characterized in that
dadurch gekennzeichnet, dass
characterized in that
dadurch gekennzeichnet, dass
characterized in that
dadurch gekennzeichnet, dass
es sich bei den wenigstens zwei Frequenzbereichen unter anderem um die Bereiche von 210 - 300 MHz, insbesondere 240 - 270 MHz und von 260 - 350 MHz insbesondere 290 - 320 MHz handelt.Antenna system according to one of the preceding claims,
characterized in that
Among other things, the at least two frequency ranges are the ranges of 210-300 MHz, in particular 240-270 MHz and of 260-350 MHz, in particular 290-320 MHz.
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Helixantennen (3,4) hinsichtlich ihrer geometrischen Abmessungen, insbesondere ihrem Verhältnis von Länge zu Durchmesser, so ausgelegt sind, dass sie für rechtszirkular polarisierte Wellen eine omni-hemisphärische Strahlungscharakteristik aufweisen. Antenna system according to one of the preceding claims,
characterized in that
the two helical antennas (3,4) are designed with respect to their geometric dimensions, in particular their ratio of length to diameter, so that they have an omni-hemispherical radiation characteristic for right circularly polarized waves.
dadurch gekennzeichnet, dass
characterized in that
dadurch gekennzeichnet, dass
characterized in that
dadurch gekennzeichnet, dass
characterized in that
dadurch gekennzeichnet, dass
characterized in that
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