EP1894269A1 - Antennenanordnung - Google Patents

Antennenanordnung

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EP1894269A1
EP1894269A1 EP06742315A EP06742315A EP1894269A1 EP 1894269 A1 EP1894269 A1 EP 1894269A1 EP 06742315 A EP06742315 A EP 06742315A EP 06742315 A EP06742315 A EP 06742315A EP 1894269 A1 EP1894269 A1 EP 1894269A1
Authority
EP
European Patent Office
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antenna
antenna arrangement
mast
arrangement according
elements
Prior art date
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Application number
EP06742315A
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English (en)
French (fr)
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EP1894269B1 (de
Inventor
Ralf Lorch
Rainer Müller
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Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
EADS Deutschland GmbH
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Publication date
Application filed by EADS Deutschland GmbH filed Critical EADS Deutschland GmbH
Publication of EP1894269A1 publication Critical patent/EP1894269A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1894269B1 publication Critical patent/EP1894269B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H01Q1/528—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the re-radiation of a support structure
    • 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
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H12/00—Towers; Masts or poles; Chimney stacks; Water-towers; Methods of erecting such structures
    • E04H12/02—Structures made of specified materials
    • E04H12/08—Structures made of specified materials of metal
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
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    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H01Q23/00—Antennas with active circuits or circuit elements integrated within them or attached to them

Definitions

  • the invention relates to an antenna arrangement according to the preamble of patent claim 1.
  • the antenna comprises a mast section which serves as a UHF antenna and a further mast section which serves as a VHF antenna.
  • Such an antenna arrangement is often used in DF antenna systems, such as those used on naval ships.
  • a known requirement for such ships is known to be the invisibility of the respective ship to the opposing radar. Since the DF antennas are always located at the top of a ship's mast, they first protrude above the horizon and can thus be easily detected.
  • the decisive factor for the detection of an object using radar is the respective monostatic radar backscatter cross section of the respective object.
  • the application results in a threat sector to be optimized which corresponds to the angular range of the possible incident radar radiation from the opposing radar.
  • the object of the invention is to provide a generic antenna arrangement with an optimized, low monostatic radar backscatter cross section for the threat sector.
  • the antenna arrangement according to the invention comprises a mast and antenna elements arranged on the mast, the mast being constructed from a plurality of frustoconical elements and a surface normal of the antenna elements forming an angle l ⁇ l of between 5 ° and 35 ° with the perpendicular to the mast axis z.
  • the mast axis z coincides with the symmetrical axis of each frustoconical element.
  • the individual frustoconical elements of the mast are advantageously connected to one another alternately on the base surfaces and on the ceiling surfaces.
  • the surface areas of the base and ceiling surfaces lying on top of one another are expediently the same in each case.
  • the base area is the area perpendicular to the symmetrical axis of the truncated cone, which results from the largest diameter of the truncated cone.
  • the ceiling surface accordingly designates that surface of the truncated cone which results from the smallest diameter of the truncated cone.
  • the mast therefore essentially consists of several double truncated cones.
  • the transitions between the individual truncated cones are expediently carried out homogeneously, i.e. no flanges are used.
  • the surface normals on the lateral surfaces of two adjacent, frustoconical mast elements connected to one another on the ceiling surfaces have an angle of less than 90 °. This prevents the two lateral surfaces from serving as an ideal reflector.
  • the mast is expediently mounted on a base plate.
  • the mast is advantageously applied to the base plate in such a way that a normal is on the top the base plate forms an obtuse angle with a normal to the outer surface of the first frustoconical element applied to the base plate. This ensures that the mast stands securely.
  • FIG. 1 schematically shows a mast section of an antenna arrangement according to the prior art
  • FIG. 3 shows, for a mast section of an antenna arrangement according to FIG. 1, an exemplary course of the monostatic radar backscatter as a function of the angle Wink and the radar frequency f,
  • FIG. 4 for a mast section of an antenna arrangement according to the invention in accordance with FIG. 2 shows an exemplary course of the monostatic radar backscatter as a function of the angle ⁇ and the radar frequency f,
  • FIG. 5 shows an exemplary representation of a mast optimized with regard to monostatic radar backscattering
  • FIG. 6 shows the course of the monostatic radar backscattering for a cylindrical mast of the exemplary length of 1 m and an exemplary diameter of 125 mm as a function of the angle ⁇ and the radar frequency f.
  • FIG. 7 shows the course of the monostatic radar backscattering for a mast of an antenna arrangement according to the invention of the exemplary length of 1 m and an exemplary maximum diameter of 125 mm depending on the angle ⁇ and the radar frequency f.
  • 8 shows an exemplary antenna arrangement according to the invention with a mast section for a UHF antenna and a further section for a VHF antenna.
  • Fig. 1 shows a section of a known antenna arrangement, such as e.g. is known from [1].
  • the arrangement is characterized by an essentially cylindrical mast 1, on which radially symmetrical antenna elements 2 are arranged.
  • the antenna elements are expediently designed as dipole elements.
  • the mounting (not shown) of the antenna elements 2 on the mast takes place via known measures, e.g. non-conductive connections.
  • FIG. 2a schematically shows an exemplary section of an antenna arrangement according to the invention.
  • the section comprises two truncated cones 3 which are connected to one another at their base surfaces.
  • the two truncated cones thus form a kind of double truncated cone.
  • the truncated cones 3 expediently have a concentric through hole (not shown) with a diameter smaller than the smallest diameter of a top surface of a truncated cone. This hole is used for the passage of measuring cables etc. (not shown).
  • the truncated cones 3 are connected by means of screw connections (not shown) made inside the truncated cones 3. These screw connections are expediently accessible through the hole for cable routing.
  • the 2a shows a plurality of antenna elements 2, which are advantageously arranged on a circular line, the circle lying in a plane perpendicular to the mast axis with a diameter larger than the maximum diameter of a frustoconical element.
  • the antenna elements 2 are expediently arranged uniformly on the circular line, the antenna elements 2 being positioned on the circular line at a fixed angle to one another.
  • the antenna elements 2 are aligned parallel to the radially spaced lateral surface 4 of the frustoconical element 3.
  • the antenna elements 2 are aligned as dipoles D.
  • the center of gravity S of a dipole D is expediently in the plane of
  • the angle term is additionally defined as the mathematical angle between the direction a of the incident and backscattered radar radiation and the mast axis z. This results in an elevation angle (not shown) of 90 ° - ⁇ .
  • 2b shows the definition of the angle ⁇ and the definition of the azimuth angle ⁇ .
  • FIGS. 6 and 7 assume that radar radiation is incident on the respective body along the direction a (FIG. 2a) to the mast axis z.
  • the angle ⁇ thus indicates the angle of incidence and backscatter of the incident radar radiation in relation to the mast axis z.
  • the azimuth angle ⁇ is 0 ° in all diagrams for the sake of simplicity.
  • FIG. 3 shows, for a known antenna arrangement according to FIG. 1, an exemplary course of the monostatic radar backscatter as a function of the angle des and the radar frequency f.
  • FIG. 4 shows an exemplary course of the monostatic radar backscatter as a function of the angle ⁇ and the radar frequency f for an antenna arrangement according to FIG. 2a according to the invention.
  • the monostatic radar backscatter for the antenna arrangement according to the invention has been significantly reduced at the respective radar frequencies in the angular range near the vertical of the mast.
  • the monostatic radar backscattering of a mast section of a known antenna arrangement at 2.5 GHz, at an angle ⁇ of 87.5 °, approximately -5 dB (cf. FIG. 3).
  • the monostatic radar backscattering at 2.5 GHz at an angle ⁇ of 87.5 ° is approximately -22.5 dB.
  • FIG. 7 shows the course of the monostatic radar backscattering for a mast of an antenna arrangement according to the invention, as shown in FIG. 5, with an exemplary length L of 1 m and an exemplary maximum diameter DM of 125 mm depending on the angle ⁇ and Radar frequency f shown.
  • 6 shows the course of the monostatic radar backscattering of a cylindrical mast with an exemplary length of 1 m and an exemplary diameter of 125 mm depending on the angle in and the radar frequency f. It is clear from the comparison of FIG. 6 with FIG. 7 that the monostatic radar backscattering for a mast of the antenna arrangement according to the invention was significantly reduced at the respective radar frequencies.
  • the monostatic radar backscattering of a mast of a known antenna arrangement at 2.5 GHz is approximately -13 dB at an elevation angle of 87.5 ° (cf. FIG. 3).
  • the monostatic radar backscattering at 2.5 GHz at an angle ⁇ of 87.5 ° is approximately -22.5 dB.
  • the antenna arrangement according to the invention it is thus possible to reduce the monostatic backscatter in the azimuth range 0 ° ⁇ ⁇ ⁇ 360 ° and in the range 60 ° ⁇ ⁇ 90 °, the latter corresponding to an elevation range of 0 ° to 30 °.
  • This antenna arrangement comprises an arrangement for a UHF antenna in an upper section A of the mast 1 and an arrangement for a VHF antenna in a lower section B.
  • the antenna elements 2 are in several Planes arranged perpendicular to the mast axis z, which makes it possible to operate individual sections A, B of the antenna arrangement, each with different frequency ranges.
  • the antenna arrangement is divided into several sections, each section being assigned to a different frequency range from the UHF and / or VHF range.
  • the length of the surface line s1, s2 of a truncated cone-shaped element 3 is advantageously greater than the wavelength of the radar wavelength incident on the antenna arrangement. Furthermore, the circumference of the frustoconical element 3 with the largest diameter DM is larger than the wavelength of the radar wavelength incident on the antenna arrangement. It is possible that the length of the surface line s2 of a frustoconical element 3 differs from the length of the surface line s1 of another frustoconical element 3.
  • the antenna elements are advantageously connected to the mast 1 via non-conductive brackets H.
  • the antenna elements 2 expediently have a flat surface.
  • the antenna elements 2 are expediently aligned parallel to the lateral surface 4 of the frustoconical element 3.
  • the mast 1, which is optimized with regard to radar backscattering, serves as a reflector for the antenna elements 2.
  • the antenna elements 2 are expediently not aligned parallel to the lateral surface 4 of the frustoconical element 3.
  • the antenna elements 2 can expediently be arranged as five-element interferometer antennas.
  • the antenna elements 2 can also advantageously be made of be made of a circuit board material, in particular components such as resistors, capacitors or coils being integrated into the antenna elements 2 (not shown). These components serve as damping elements and influence the antenna properties. This can, for example, increase the bandwidth of the antenna. Furthermore, the radiation coupling between the individual antenna elements 2 can thereby be reduced.
  • different antenna elements 2 can be used in the upper section A than in the lower section B.
  • the surface normal S_E of the antenna elements 2 forms an angle
  • the individual frustoconical elements 3 of the mast 1 are advantageously connected to one another alternately on the base surfaces and on the ceiling surfaces, and the base and ceiling surfaces lying on top of one another are in each case identical.
  • the mast 1 thus essentially consists of several double truncated cones.
  • the transitions between the individual truncated cones are expediently carried out homogeneously, i.e. no flanges are used.
  • the surface normals L1, L2 on the lateral surfaces 4 of two adjacent frustoconical mast elements 3 have an angle ⁇ less than 90 °. This prevents the two adjacent lateral surfaces 4 from serving as an ideal reflector.
  • the mast 1 is expediently applied to a base plate P.
  • the mast 1 is advantageously applied to the base plate P such that a normal L3 on the top of the base plate P with a normal L4 on the lateral surface 4 of the first frustoconical element 3 applied to the base plate P forms an obtuse angle ⁇ .
  • the proposed antenna arrangement can be used with transmitting and / or receiving antennas and with direction finding antennas.
  • the frequency range in which the antenna arrangement can be operated lies in the HF range between 1.0 MHz and 30 MHz, in the VHF range between 20 MHz and 200 MHz, in the UHF range between 200 MHz and 3000 MHz.
  • the antenna arrangement can also be operated at lower or higher frequencies.

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Description

Antennenanordnung
Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus [1] ist eine Anordnung einer Peilantenne bekannt. Die Antenne umfasst dabei einen Mastabschnitt, welcher als UHF-Antenne dient und einen weiteren Mastabschnitt, welcher als VHF-Antenne dient.
Eine solche Antennenanordnung kommt oft bei Peilantennensystemen zum Einsatz, wie sie auf Schiffen der Marine verwendet werden. Eine bekannte Anforderung an solche Schiffe ist bekanntermaßen die Unsichtbarkeit des jeweiligen Schiffes für das gegnerische Radar. Da die Peilantennen stets an der Mastspitze eines Schiffs angeordnet sind, ragen diese als erstes über den Horizont und können so leicht detektiert werden. Ausschlaggebend für die Detektion eines Objekts mittels Radar ist der jeweilige monostatische Radarrückstreuquerschnitt des jeweiligen Objekts. Aus der Anwendung ergibt sich ein zu optimierender Bedrohungssektor der dem Winkelbereich der möglichen einfallenden Radarstrahlung des gegnerischen Radars entspricht.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Antennenanordnung mit einem optimierten, niedrigen monostatischen Radarrückstreuquerschnitt für den Bedrohungssektor anzugeben.
Diese Aufgabe erfüllt die Antennenanordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Antennenanordnung umfasst einen Mast sowie an dem Mast angeordnete Antennenelemente, wobei der Mast aus mehreren kegelstumpfförmigen Elementen aufgebaut ist und wobei eine Flächennormale der Antennenelemente mit der Senkrechten auf die Mastachse z einen Winkel lαl zwischen 5° und 35° bildet. Die Mastachse z fällt mit der symmetrischen Achse jedes kegelstumpfförmigen Elements zusammen.
Durch diese Maßnahmen ist es möglich, die monostatische Radarrückstreuung (RCS) der Antennenanordnung im Bedrohungssektor um mehr als 1OdB zu verringern. Dadurch wird die Entfernung, aus der ein gegnerisches Radar das Schiff detek- tieren kann wesentlich verringert. Monostatisch bedeutet hierbei, dass der Einfallsrichtung und die Ausfallsrichtung der Radarstrahlung gleich ist, oder mit anderen Worten die Radarsendeantenne und die Radarempfangsantenne des gegnerischen Radars haben die gleiche Position. Dies ist bei den meisten Radaranlagen der Fall (z. B. einem Schiffsradar)
Vorteilhaft sind die einzelnen kegelstumpfförmigen Elemente des Masts abwechselnd an den Grundflächen und an den Deckenflächen miteinander verbunden. Die Flä- cheninhalte der aufeinander liegenden Grund- und Deckenflächen sind zweckmäßig jeweils gleich. Als Grundfläche wird im Weiteren die Fläche senkrecht zur symmetrischen Achse des Kegelstumpfes bezeichnet, welche sich aus dem größten Durchmesser des Kegelstumpfes ergibt. Die Deckenfläche bezeichnet entsprechend diejenige Fläche des Kegelstumpfes, welche sich aus dem kleinsten Durchmesser des Kegelstumpfes ergibt.
Der Mast besteht somit im Wesentlichen aus mehreren Doppelkegelstümpfen. Die Übergänge zwischen den einzelnen Doppelkegelstümpfen sind zweckmäßig homogen ausgeführt, d.h. es werden keine Flansche verwendet. Insbesondere weisen in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Flächennormalen auf den Mantelflächen zweier benachbarter, an den Deckenflächen miteinander verbundener kegelstumpfförmiger Mastelemente einen Winkel kleiner als 90° auf. Dadurch wird verhindert, dass die beiden Mantelflächen als idealer Rückstrahler dienen.
Zweckmäßig ist der Mast auf einer Grundplatte aufgebracht. Hierbei ist der Mast vor- teilhaft derart auf die Grundplatte aufgebracht, dass eine Normale auf die Oberseite der Grundplatte mit einer Normalen auf die Mantelfläche des ersten auf die Grundplatte aufgebrachten kegelstumpfförmigen Elements einen stumpfen Winkel bildet. Dadurch wird ein sicherer Stand des Masts gewährleistet.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungen werden im Weiteren anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch einen Mastabschnitt einer Antennenanordnung gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2 schematisch einen Mastabschnitt einer beispielhaften erfindungsgemäßen Antennenanordnung,
Fig. 3 für einen Mastabschnitt einer Antennenanordnung gemäß Fig. 1 einen beispielhaften Verlauf der monostatischen Radarrückstreuung in Abhängigkeit des Winkels Θ und der Radarfrequenz f,
Fig. 4 für einen Mastabschnitt einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung ge- maß Fig. 2 einen beispielhaften Verlauf der monostatischen Radarrückstreuung in Abhängigkeit des Winkels Θ und der Radarfrequenz f,
Fig. 5 eine beispielhafte Darstellung eines bezüglich der monostatischen Radarrückstreuung optimierten Masts,
Fig. 6 den Verlauf der monostatischen Radarrückstreuung für einen zylindrischen Mast der beispielhaften Länge von 1 m und einem beispielhaften Durchmesser von 125 mm in Abhängigkeit des Winkels Θ und der Radarfrequenz f.
Fig. 7 den Verlauf der monostatischen Radarrückstreuung für einen Mast einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung der beispielhaften Länge von 1 m und einem beispielhaften maximalen Durchmesser von 125 mm in Abhängigkeit des Winkels Θ und der Radarfrequenz f. Fig. 8 eine beispielhafte erfindungsgemäße Antennenanordnung mit einem Mastabschnitt für eine UHF-Antenne und einen weiteren Abschnitt für eine VHF- Antenne.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer bekannten Antennenanordnung, wie sie z.B. aus [1] bekannt ist. Die Anordnung zeichnet sich durch einen im Wesentlichen zylindrischen Masten 1 aus, an welchen radialsymmetrisch Antennenelemente 2 angeordnet sind. Die Antennenelemente sind zweckmäßig als Dipolelemente ausgebildet. Die Halterung (nicht dargestellt) der Antennenelemente 2 an dem Mast erfolgt über be- kannte Maßnahmen, z.B. nichtleitende Verbindungen.
Fig. 2a zeigt schematisch einen beispielhaften Abschnitt einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung. Der Abschnitt umfasst zwei Kegelstümpfe 3, welche an ihren Grundflächen miteinander verbunden sind. Die beiden Kegelstümpfe bilden somit eine Art Doppelkegelstumpf.
Zweckmäßig weisen die Kegelstümpfe 3 ein konzentrisches durchgängiges Loch (nicht dargestellt) auf mit einem Durchmesser kleiner als der kleinste Durchmesser einer Deckenfläche eines Kegelstumpfes. Dieses Loch dient der Durchführung von Messkabeln etc. (nicht dargestellt). Die Verbindung der Kegelstümpfe 3 erfolgt mittels im Innern der Kegelstümpfe 3 ausgeführter Schraubverbindungen (nicht dargestellt). Diese Schraubverbindungen sind zweckmäßig durch das Loch zur Kabelführung erreichbar.
In Fig. 2a sind mehrere Antennenelemente 2 dargestellt, welche vorteilhaft auf einer Kreislinie angeordnet sind, wobei der Kreis in einer Ebene senkrecht zur Mastachse liegt mit einem Durchmesser größer als der maximale Durchmesser eines kegel- stumpfförmigen Elements. Zweckmäßig sind die Antennenelemente 2 auf der Kreislinie gleichmäßig angeordnet, wobei die Antennenelemente 2 auf der Kreislinie in einem festen Winkel zueinander positioniert sind. In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind die Antennenelemente 2 parallel zu der radial beabstandeten Mantelfläche 4 des kegelstumpfförmigen Elements 3 ausgerichtet. Des Weiteren sind die Antennenelemente 2 als Dipole D ausgerichtet. Zweckmäßig befindet sich der Schwerpunkt S eines Dipols D in der Ebene der
Grundflächen der beiden miteinander verbundenen Kegelstümpfe 3. Es ist aber auch möglich, dass sich der Schwerpunkt S eines Dipols D in der Ebene der Deckenflächen befindet.
In Fig. 2a ist zusätzlich der Winkel Θ als der mathematische Winkel zwischen der Richtung a der einfallenden und rückgestreuten Radarstrahlung und der Mastachse z definiert. Daraus ergibt sich ein Elevationswinkel (nicht dargestellt) von 90°-Θ. Fig. 2b zeigt neben der Definition des Winkels Θ auch die Definition des Azimutwinkels Φ.
In den Fig.3 und Fig. 4 sowie Fig. 6 und Fig. 7 ist angenommen, dass Radarstrahlung entlang der Richtung a (Fig. 2a) zur Mastachse z auf den jeweiligen Körper einfällt. Der Winkel Θ gibt somit den Einfalls- und Rückstreuwinkel der einfallenden Radarstrahlung bezogen auf die Mastachse z an. Der Azimutwinkel Φ beträgt in allen Diagrammen der Einfachheit halber 0°.
Fig. 3 zeigt für eine bekannte Antennenanordnung gemäß Fig. 1 einen beispielhaften Verlauf der monostatischen Radarrückstreuung in Abhängigkeit des Winkels Θ und der Radarfrequenz f.
Dem gegenüber zeigt Fig. 4 für eine erfindungsgemäße Antennenanordnung gemäß Fig. 2a einen beispielhaften Verlauf der monostatischen Radarrückstreuung in Abhängigkeit des Winkels Θ und der Radarfrequenz f. Aus dem Vergleich der Fig. 3 mit Fig. 4 wird deutlich, dass die monostatischen Radarrückstreuung für die erfindungsgemäße Antennenanordnung bei den jeweiligen Radarfrequenzen im Winkelbereich nahe der Mastsenkrechten wesentlich verringert wurde. So beträgt beispielsweise die monostatischen Radarrückstreuung eines Mastabschnitts einer bekannten Antennenanordnung bei 2,5 GHz, bei einem Winkel Θ von 87,5° ca. -5dB (vgl. Fig. 3). Bei einem Mast einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung beträgt die monostatischen Radarrückstreuung bei 2,5 GHz bei einem Winkel Θ von 87,5° ca. -22,5dB.
In Fig. 7 ist der Verlauf der monostatischen Radarrückstreuung für einen Mast einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung, wie er in Fig. 5 dargestellt ist, mit einer beispielhaften Länge L von 1 m und einem beispielhaften maximalen Durchmesser DM von 125 mm in Abhängigkeit des Winkels Θ und der Radarfrequenz f dargestellt. Dem gegenüber zeigt Fig. 6 den Verlauf der monostatischen Radarrückstreuung eines zylindrischen Masts mit einer beispielhaften Länge von 1 m und einem beispielhaften Durchmesser von 125 mm in Abhängigkeit des Winkels Θ und der Radarfrequenz f. Aus dem Vergleich der Fig. 6 mit Fig. 7 wird deutlich, dass die monostatischen Radarrückstreuung für einen Mast der erfindungsgemäßen Antennenanord- nung bei den jeweiligen Radarfrequenzen wesentlich verringert wurde. So beträgt beispielsweise die monostatischen Radarrückstreuung eines Masts einer bekannten Antennenanordnung bei 2,5 GHz, bei einem Elevationswinkel von 87,5° ca. -13dB (vgl. Fig. 3). Bei einem Mast einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung beträgt die monostatischen Radarrückstreuung bei 2,5 GHz bei einem Winkel Θ von 87,5° ca. -22,5dB.
Mit der erfindungsgemäßen Antennenanordnung ist es somit möglich, die monostatische Rückstreuung im Azimutbereich 0° ≤ Φ < 360° und im Bereich 60° < Θ < 90°, wobei letzterer einem Elevationsbereich von 0° bis 30° entspricht, zu reduzieren.
Fig. 8 zeigt schließlich eine weitere beispielhafte erfindungsgemäße Antennenanordnung. Diese Antennenanordnung umfasst in einem oberen Abschnitt A des Masts 1 eine Anordnung für eine UHF-Antenne und in einem unteren Abschnitt B eine Anordnung für eine VHF-Antenne. In diesem Fall sind die Antennenelemente 2 in mehreren Ebenen senkrecht zur Mastachse z angeordnet, wodurch es möglich ist, einzelne Abschnitte A, B der Antennenanordnung mit jeweils unterschiedlichen Frequenzbereichen zu betreiben. Selbstverständlich ist es möglich, dass die Antennenanordnung in mehrere Abschnitte unterteilt ist, wobei jeder Abschnitt einem anderen Frequenzbe- reich aus dem UHF- und/oder VHF-Bereich zugeordnet ist.
Zur Reduzierung der Radarrückstreuung ist die Länge der Mantellinie s1 , s2 eines kegelstumpfförmigen Elements 3 vorteilhaft größer als die Wellenlänge der auf die Antennenanordnung einfallenden Radarwellenlänge. Des Weiteren ist der Umfang des kegelstumpfförmigen Elements 3 mit dem größten Durchmesser DM größer als die Wellenlänge der auf die Antennenanordnung einfallenden Radarwellenlänge. Es ist möglich, dass sich die Länge der Mantellinie s2 eines kegelstumpfförmigen Elements 3 von der Länge der Mantellinie s1 eines anderen kegelstumpfförmigen Elementes 3 unterscheidet.
Die Antennenelemente sind vorteilhaft über nichtleitende Halterungen H mit dem Mast 1 verbunden. Zweckmäßig weisen die Antennenelemente 2 eine ebene Fläche auf.
Im oberen Abschnitt A für die UHF-Antenne sind die Antennenelemente 2 zweckmäßig parallel zur Mantelfläche 4 des kegelstumpfförmigen Elements 3 ausgerichtet. In diesem Fall dient der bezüglich der Radarrückstreuung optimierte Mast 1 als Reflektor für die Antennenelemente 2.
Im unteren Abschnitt B für die VHF-Antenne sind die Antennenelemente 2 zweckmäßig nicht parallel zur Mantelfläche 4 des kegelstumpfförmigen Elements 3 ausgerichtet.
Die Antennenelemente 2 können zweckmäßig als fünfelementige Interferometeran- tennen angeordnet sein. Die Antennenelemente 2 können weiterhin vorteilhaft aus einem Leiterplattenmaterial gefertigt sein, wobei in die Antennenelemente 2 insbesondere Bauelemente wie z.B. Widerstände, Kondensatoren oder Spulen integriert sind (nicht dargestellt). Diese Bauelemente dienen als Dämpfungselemente und beeinflussen die Antenneneigenschaften. Dadurch kann z.B. die Bandbreite der Anten- ne erhöht werden. Weiterhin kann dadurch die Strahlungskopplung zwischen den einzelnen Antennenelemente 2 reduziert werden. Selbstverständlich können im oberen Abschnitt A andere Antennenelemente 2 verwendet werden als im unteren Abschnitt B.
Erfindungsgemäß bildet die Flächennormale S_E der Antennenelemente 2 mit der Senkrechten S_A auf die Mastachse z einen Winkel |α| zwischen 5° und 35°.
Vorteilhaft sind die einzelnen kegelstumpfförmigen Elemente 3 des Masts 1 abwechselnd an den Grundflächen und an den Deckenflächen miteinander verbunden und die aufeinander liegenden Grund- und Deckenflächen sind jeweils gleich. Der Mast 1 besteht somit im Wesentlichen aus mehreren Doppelkegelstümpfen. Die Übergänge zwischen den einzelnen Doppelkegelstümpfen sind zweckmäßig homogen ausgeführt, d.h. es werden keine Flansche verwendet. Insbesondere weisen in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Flächennormalen L1 , L2 auf den Mantel- flächen 4 zweier benachbarter kegelstumpfförmiger Mastelemente 3 einen Winkel ß kleiner als 90° auf. Dadurch wird verhindert, dass die beiden benachbarten Mantelflächen 4 als idealer Rückstrahler dienen.
Zweckmäßig ist der Mast 1 auf einer Grundplatte P aufgebracht. Hierbei ist der Mast 1 vorteilhaft derart auf die Grundplatte P aufgebracht, dass eine Normale L3 auf die Oberseite der Grundplatte P mit einer Normalen L4 auf die Mantelfläche 4 des ersten auf die Grundplatte P aufgebrachten kegelstumpfförmigen Elements 3 einen stumpfen Winkel γ bildet. Dadurch wird ein sicherer Stand des Masts 1 gewährleistet. Die vorgeschlagene Antennenanordnung kann bei Sende- und/oder Empfangsantennen sowie bei Peilantennen zum Einsatz kommen. Der Frequenzbereich in welchem die Antennenanordnung betrieben werden kann liegt je nach Anwendung im HF- Bereich zwischen 1 ,0 MHz und 30 MHz, im VHF-Bereich zwischen 20 MHz und 200 MHz, im UHF-Bereich zwischen 200 MHz und 3000 MHz. Selbstverständlich ist es möglich, dass bei entsprechender Dimensionierung der einzelnen Komponenten der Antenne, z.B. der Abmessungen der einzelnen Kegelstümpfe die Antennenanordnung auch bei geringeren oder höheren Frequenzen betrieben werden kann.
Literatur
[1] www.mrcm.net/media/pdf/products/antennas/mra1282.pdf

Claims

Patentansprüche
1. Antennenanordnung umfassend einen Mast (1) sowie an dem Mast (1) angeordnete Antennenelemente (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (1) aus mehreren kegelstumpfförmigen Elementen (3) aufgebaut ist und eine Flächennormale S_E der Antennenelemente (2) mit der Senkrechten S_A auf die Mastachse z einen Winkel |α| zwischen 5° und 35° bilden.
2. Antennenanordnung nach Anspruch 1 , wobei die einzelnen kegelstumpfförmigen Elemente (3) des Masts (1) abwechselnd an den Grundflächen und an den Deckenflächen miteinander verbunden sind und aufeinander liegende Grund- und Deckenflächen jeweils gleich sind.
3. Antennenanordnung nach Anspruch 2, wobei der Winkel ß zwischen den Flächennormalen (L1 , L2) auf den Mantelflächen (4) zweier benachbarter kegel- stumpfförmiger Elemente (3) kleiner als 90° ist.
4. Antennenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Mast (1) auf einer Grundplatte (P) aufgebracht ist derart, dass eine Normale (L3) auf die Oberseite der Grundplatte (P) mit einer Normalen (L4) auf die Mantelfläche (4) des ersten auf die Grundplatte (P) aufgebrachten kegelstumpfförmigen Elements (3) einen stumpfen Winkel γ bildet.
5. Antennenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zur Reduzierung der Radarrückstrahlfläche der Antennenanordnung die Länge s1 , s2 der Mantellinie eines kegelstumpfförmigen Elements (3) größer als die Wellenlänge der auf die Antennenanordnung einfallenden Radarwellenlänge ist.
6. Antennenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zur Reduzierung der Radarrückstrahlfläche der Antennenanordnung der maximale Umfang eines kegelstumpfförmigen Elements (3) größer als die Wellenlänge der auf die Antennenanordnung einfallenden Radarwellenlänge ist.
7. Antennenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich die Länge s1 der Mantellinie eines kegelstumpfförmigen Elements (3) von der Länge s2 der Mantellinie eines anderen kegelstumpfförmigen Elementes (3) unterscheidet.
8. Antennenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mehrere Antennenelemente (2) auf einer Kreislinie angeordnet sind, wobei der Kreis in einer Ebene senkrecht zur Mastachse z liegt mit einem Durchmesser größer als der maximale Durchmesser eines kegelstumpfförmigen Elements, derart, dass die Antennenelemente (2) auf der Kreislinie gleichmäßig angeordnet sind, wobei die Antennenanstrahlelemente (2) auf der Kreislinie in einem festen Winkel zueinander positioniert sind.
9. Antennenanordnung nach Anspruch 8, wobei die Antennenelemente (2) parallel zu der radial beabstandeten Mantelfläche (4) des kegelstumpfförmigen Elements (3) ausgerichtet sind,
10. Antennenanordnung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Antennenelemente (2) in mehreren Ebenen senkrecht zur Mastachse z angeordnet sind.
11. Antennenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Antennenelemente (2) als Dipole ausgebildet sind.
12. Antennenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Antennenelemente (2) mit dem Mast (1) über nichtleitende Halterungen (H) verbunden sind.
13. Antennenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Antennenelemente (2) eine ebene Fläche aufweisen.
14. Antennenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Antennenelemente (2) aus Leiterplattenmaterial gefertigt sind.
15. Antennenanordnung nach Anspruch 14, wobei in die Antennenelemente (2) Bauelemente, insbesondere Widerstände, Kondensatoren oder Spulen integriert sind.
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