EP2546925A1 - Antennenmodul - Google Patents

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EP2546925A1
EP2546925A1 EP12176361A EP12176361A EP2546925A1 EP 2546925 A1 EP2546925 A1 EP 2546925A1 EP 12176361 A EP12176361 A EP 12176361A EP 12176361 A EP12176361 A EP 12176361A EP 2546925 A1 EP2546925 A1 EP 2546925A1
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EP
European Patent Office
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antenna
shell
kreuzfaltdipol
segments
cylinder
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EP12176361A
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EP2546925B1 (de
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Ralf Dr. Klukas
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Aeromaritime Systembau GmbH
Original Assignee
Aeromaritime Systembau GmbH
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Publication date
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Publication of EP2546925A1 publication Critical patent/EP2546925A1/de
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Publication of EP2546925B1 publication Critical patent/EP2546925B1/de
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/34—Adaptation for use in or on ships, submarines, buoys or torpedoes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/38—Arrangement of visual or electronic watch equipment, e.g. of periscopes, of radar
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H01Q21/26—Turnstile or like antennas comprising arrangements of three or more elongated elements disposed radially and symmetrically in a horizontal plane about a common centre
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/28—Combinations of substantially independent non-interacting antenna units or systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H—ELECTRICITY
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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
    • H01Q5/48—Combinations of two or more dipole type antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/18—Vertical disposition of the antenna
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/28—Conical, cylindrical, cage, strip, gauze, or like elements having an extended radiating surface; Elements comprising two conical surfaces having collinear axes and adjacent apices and fed by two-conductor transmission lines

Definitions

  • the invention generally relates to a multi-function antenna module for use in multiple frequency ranges.
  • the main field of application of the system according to the invention here are U-boat antenna systems.
  • the dimensions of the antenna are determined by the wavelengths associated with the respective frequency range.
  • a total length of ⁇ / 2 therefore, for example, in the ultra-short wave range at a frequency of 100 MHz, a 1.5 m long antenna body is required to achieve a resonant radiation.
  • stack antenna a modular antenna system
  • the different radiators of the respective antennas are applied to an elongated component, the antenna carrier.
  • such an antenna system Due to the dimensions of the radiator of the individual antennas used, such an antenna system usually has a corresponding length, which has a negative effect not only in terms of mechanical stability and behavior with respect to water pressure and water flow, but an antenna with such an overall height is no longer in the hull of U -Bootes would be retractable.
  • An Applicant's approach which has proven to be extremely successful, is to use at least one of the radiators for more than one frequency range in a corresponding antenna system.
  • the decoupling of the antennas takes place via a special geometry with appropriately adapted short-circuit cables. This system is in the DE 10239874 A1 described.
  • Link 16 refers to a military data exchange standard of NATO and is defined as the digital data service of the MIDS communication method in the NATO Standardization Agreement STANAG 5516.
  • the invention proposes that, in the case of an antenna module having at least two radiator elements which can be operated independently of one another and are arranged axially one after the other on a common axis A, the physical parts of the antenna module are shared at least partially by the two radiator elements. This means that at least one physical part of the antenna module functions both as a first and as a second radiator element.
  • Such sharing of the same physical components could be realized by using a linearly polarized antenna, such as a broadband dipole antenna and a circularly polarized antenna, such as a cross-fold dipole antenna or a spiral antenna, as radiating elements.
  • a linearly polarized antenna such as a broadband dipole antenna
  • a circularly polarized antenna such as a cross-fold dipole antenna or a spiral antenna
  • these two radiator elements can - despite the spatial overlap - be operated undisturbed from each other.
  • a linearly polarized antenna has two dipole halves
  • one of the two dipole halves that is to say the physical part which functions as a dipole half
  • a broadband dipole antenna is used as the linearly polarized antenna and a cross fold dipole antenna is used as the circularly polarized antenna.
  • any other sub-forms of said antennas may be used.
  • a Wienfaltdipol antenna it is to be understood by any other form of a linearly polarized antenna.
  • a spiral antenna instead of a cross-fold dipole antenna, a spiral antenna may be used, as it also has in it a cylinder arranged along the axis A of the antenna module and its outer surface is formed by a plurality of separate segments extending substantially from bottom to top (ie in direction the axis A) run.
  • the spiral antenna may have any multiple of two segments.
  • the feeding into the segments, the use of intermediate segments (hereinafter referred to as broadband dipole segments) and the use of horizontally arranged non-conductive supports (as explained below) can also be realized in the same way when using a spiral antenna.
  • the spiral antenna preferably has a circular-cylindrical shape aligned along the axis A, but may also have the form of the cross-fold dipole antenna described below.
  • one of the two half-shells is extended at its open end such that the resulting shape as Wienfaltdipol- Antenna can be used.
  • the shape of the corresponding half-shell is extended at its open end so that the opening of the half-shell is thereby reduced again.
  • the shape of the modified half-shell roughly approximates the shape of a hollow sphere.
  • the upper half shell is not completely closed.
  • the two half-shells can have a parabolic shape.
  • the upper half-shell which is used as Wienbanddipolantenne acts according to the invention thus as a dipole half of the broadband dipole antenna.
  • the lower part of the Buchdipolantenne thus acts as a counterpole for the lower half shell.
  • the outer conductor of the connecting line in particular a conductor of a coaxial cable, namely contacted to the upper half-shell.
  • upper and lower half-shells act as a dipole.
  • Eggbeater antenna antenna with whisk shape
  • the above-mentioned ball and / or the modified half-shell may have slots, which preferably extend in the axial direction. Due to the slots, there are several axially extending funnelfaltdipol segments. These form the characteristic shape of the Eggbeater antenna.
  • cross-fold dipole segments distributed uniformly around the circumference around the axis A are used here.
  • the Kreuzfaltdipol segments serve preferably both as components of the broadband dipole antenna and the Wienfaltdipol antenna.
  • the Kreuzfaltdipol segments preferably form parts of the surface of the aforementioned ball, ie the modified upper half-shell.
  • additional broadband dipole segments which likewise run in the axial direction (and thus likewise form parts of the surface of the abovementioned ball), may be provided between the cross-fold dipole segments.
  • These additional broadband dipole segments result in a more homogeneous radiation image in the horizontal plane of the broadband dipole antenna without affecting the radiation performance of the cross-fold dipole antenna.
  • the broadband dipole segments are preferably used, in contrast to the Wienfaltdipol segments only as components of the broadband dipole antenna and thus not as components of tantfaltdipol segments, even if such use is conceivable.
  • the broadband dipole segments preferably form parts of the surface of the aforementioned sphere and / or the modified half shell.
  • the broadband dipole segments are narrower than those of the cross-fold dipole segments.
  • a Breitbanddipol segment is preferably provided in each case between two tantfaltdipol segments, so that result in a particularly preferred embodiment in four tantfaltdipol segments a total of eight slots between eight segments. These slots are preferably the same width, that is, the segments are generally uniformly distributed over the circumference.
  • the cross-fold dipole antenna preferably has along axis A a centrally located cylinder extending within the segments. This can protrude beyond the open end of the cross-fold dipole antenna.
  • the central cylinder preferably serves as an antipode to each of the cross-fold dipole segments.
  • the matching network for the entire antenna module, in particular for the Wienfaltdipol antenna and / or for the antennas arranged at its upper end, which are explained in detail below.
  • the upper half-shell is preferably not completely closed at the top.
  • the individual Kreuzfaltdipol segments should be galvanically decoupled from each other.
  • the upper ends of the individual cross-fold dipole segments converge, but are preferably separated.
  • the upper ends of the individual segments are preferably attached to the outputs of the feed network, which are located within the cylinder.
  • the cylinder may have an opening at the appropriate locations.
  • the tantfaltdipol segments further preferably have supports which support the tantfaltdipol segments respectively on the hollow cylinder.
  • the support elements - starting from the inside of the tantfaltdipol segments inward reach up to the hollow cylinder and thus produce a connection between the segments and the hollow cylinder.
  • these are preferably not galvanic connections.
  • Between the ends of the supports and the hollow cylinder may be a dielectric which separates the hollow cylinder galvanically from the supports, but increases the capacitive influence.
  • the supports can serve as a capacitive load for the Wienfaltdipol antenna.
  • the hollow cylinder preferably protrudes upward beyond the cross-fold dipole antenna.
  • a loop antenna is preferably arranged around this projection of the cylinder around a loop antenna.
  • the loop antenna is preferably oriented orthogonal to the axis A.
  • the loop antenna may have a shape that minimizes the coupling and thus the interference between the cross-fold dipole antenna and the loop antenna.
  • the loop shape corresponds approximately to the shape of a cloverleaf
  • the leaves are each - seen in a plan view from above - between the Wienfaltdipol segments.
  • the leaves are arranged in the plan view from above approximately over the broadband dipole segments.
  • the loop antenna can also have the shape of a polygon, in particular of a quadrangle, wherein the sides of the quadrangle are concave, ie bent inwards.
  • the advantageously rounded corners of the polygon are arranged in the plan view viewed from above between the Wienfaltdipol segments and / or over the broadband dipole segments.
  • the antenna module may further comprise a spiral antenna, which may in particular comprise two spiral arms.
  • This spiral antenna is preferably located above the loop antenna. In particular, it may be arranged on the preferably closed end face of the upper end of the cylinder.
  • the feed into the Wienfaltdipol antenna is preferably carried out respectively at the upper ends of the Wienfaltdipol segments.
  • the opposite surfaces on the cylinder, d. H. in particular on its outer peripheral wall, which preferably consists of electrically conductive material, are also fed at the top.
  • the feed point for the broadband dipole antenna is preferably in the region between the two dipole halves, i. H. especially in the area between the two half-shells.
  • Each individual antenna ie the broadband dipole antenna, the cross-fold dipole antenna, the loop antenna and the spiral antenna, preferably has its own signal feed on.
  • These can be realized by coaxial cable.
  • the coaxial cables run side by side, ie separated from each other.
  • the coaxial cables can be guided concentrically into each other.
  • the individual coaxial cables are guided into each other in such a way that in each case the coaxial cable of an antenna within that coaxial cable which feeds the antenna arranged under this antenna is arranged.
  • the coaxial cable of the widest-lying broadband dipole antenna is preferably arranged as the outermost, and the coaxial cable of the spiral antenna located furthest up in the antenna module is located entirely inside.
  • the two conductors of a coaxial cable are also concentric with each other.
  • the broadband dipole antenna may have inside a field-free tube which runs centrally in it along the axis A.
  • the signal leads to the other, d. H. the antennas arranged further above, be arranged, preferably adjacent to each other.
  • the tube is inside, thereby that it is metallically conductive, field-free. This causes the feeder cables, i. the signal feeds, which are not exposed to internal electric field.
  • the tube preferably has no influence on the functionality of the actual antenna radiator. The tube should therefore be as thin as possible.
  • the field-free tube which preferably starts at the lower end of the antenna module and ends in the region between the lower and the upper half-shell, can be formed in one piece and / or in an electrically conductive manner with the hollow cylinder.
  • the cylinder may have a larger diameter than the field-free tube because inside the cylinder the feed network should be located.
  • the cylinder preferably extends only within the upper half-shell, the field-free tube only within the lower half-shell.
  • the cylinder can also be used in the area between run the two half-shells, wherein it is preferably thinner in this area than in the region of the upper half-shell. The cylinder can thus connect the upper half-shell with the lower half-shell.
  • the region between the upper and lower half-shells should at least partially not be formed by the cylinder, but by a separate electrically nonconducting cylinder section extending along the axis A to electrically isolate the two dipole halves from one another.
  • the area between the upper and the lower half-shell is at least partially formed by that of a cylindrical, along the axis A extending extension of the lower half-shell.
  • the pipe can be grounded.
  • the tube forms the terminal, i. the feed cable for the upper dipole half of the broadband dipole antenna.
  • the upper half shell is therefore preferably electrically connected to the tube.
  • the feed cable for the lower dipole half is preferably passed through a hole in the tube without electrically contacting it and connected to the lower half-shell.
  • the lower half-shell preferably has at its lower end terminations, via which it can be connected to the pipe.
  • the terminating resistors are used in particular for the forced adaptation of the broadband dipole antenna at low frequencies.
  • the half shells are formed so that they function like a Vivaldi antenna.
  • the characteristic of broadband coupling and / or broadband matching and / or frequency-independent input impedance and / or broadband input impedance corresponds to that of a Vivaldi antenna.
  • the input impedance is at least theoretically independent of frequency, as in a Vivaldi antenna.
  • the said properties of a Vivaldi antenna can be found in particular at high frequencies, for example at frequencies above 300 MHz or above 400 MHz, for example at 400-3000 MHz.
  • the broadband dipole antenna can be formed in approximately exponential running, as is the case with a Vivaldi antenna.
  • a Vivaldi antenna is a planar antenna, ie a two-dimensional exponential horn with an exponentially increasing antenna area.
  • the antenna foam may have a pyramidal shape. The top of the pyramid can be oriented upwards.
  • the antenna foam advantageously has the function of reducing or even completely suppressing the mantle wave propagation on the field-free tube.
  • the feeding into the four Wienfaltdipol segments is preferably carried out via a phase shifter.
  • This can be arranged inside the cylinder.
  • the resulting phase set between the individual cross-fold dipole segments is 90 °.
  • the shape and positioning of the upper half shell and the lower half shell is selected so that the Wienfaltdipol antenna and the broadband dipole antenna do not interfere.
  • the cross-fold dipole antenna and the wideband dipole antenna do not interfere with each other.
  • the radiations generated by both antennas are unaffected.
  • the Figures 1 - 4 show the antenna module 1 of the invention from different perspective views, wherein in the Figures 3 and 4 also the inner components, such as the cylinder 9 and the field-free tube 12 are visible.
  • the antenna module 1 is constructed approximately axially symmetrical, wherein the axis of symmetry A in FIG. 1 from bottom to top in the vertical direction. Along this axis, the individual antennas of the antenna module are arranged one after the other, or nested one inside the other. The signal supply to the individual antennas is also along this axis.
  • the lines which provide the signal feeds to the individual antennas thus run from bottom to top, for example from an antenna mast 22 arranged at the bottom of the antenna module, which is at least partially hollow.
  • the antenna mast can simultaneously serve to attach the antenna module, for example to a submarine.
  • the antenna mast 22 is preferably arranged centrally and along the axis A.
  • the thinner, field-free tube 12 extends into the thicker antenna masts and penetrates them preferably over its entire length.
  • the antenna mast 22 is purely optional and can also be omitted, in which case the tube 12 extends to the lower end of the antenna module 1.
  • the antenna mast is preferably isolated from the radiator elements.
  • the antenna mast may also be electrically conductive with the lower edge of the lower half-shell 6 of the broadband dipole antenna 2, that the antenna mast is a non-high-frequency, but preferably only low-frequency, radiating part of the broadband dipole antenna.
  • the antenna module is preferably surrounded by a cylinder (not shown), such as a radome, the upper side of which is closed by a hemisphere.
  • This cylinder serves to protect the antenna module and is preferably made of a material which can penetrate the antenna radiation unhindered. For example, it can consist of GFK material. It can be slipped over the antenna module and screwed at the foot of the antenna module to corresponding holes.
  • the antenna module 1 consists essentially of a spherical, hollow upper half-shell 7 (or spherical part 7), which sits on a lower half-shell 6 (or lower part 6).
  • the lower half-shell 6 is formed at the feed point of the broadband dipole antenna, ie in its upper region also spherical, further down, that is tapered towards the base point.
  • the lower half shell consists of the top in the form 21, which is approximately in the form of a downwardly open, hollow quarter-ball, to which plate-like wings 11 follow, which further develop the conical shape of the lower half-shell running down and are separated by slots.
  • the wings 11, like all components of the upper and lower half-shell made of electrically conductive material, such as sheet metal
  • the spherical part 7 serves as a cross-fold dipole antenna.
  • the spherical part 7 has an edge 15 which is horizontal, i. orthogonal to the axis A, around the spherical part runs around and at about the height between the first fifth and the second fifth of the total height of the spherical part.
  • the edge 15 Due to the edge 15 is that part of the spherical part 7 which is disposed below the edge 15, down, d. H. the conical part 6, d. H. the half-shell 6 faces, while that part above the edge 15 is directed to the side or upwards.
  • the parts above and below the edge 15 act together as a dipole half of the broadband dipole antenna 2.
  • the part below the edge 15 is crucial for the higher frequencies, in particular for the frequencies above 500 MHz.
  • the dipole must have a certain length. The corresponding mode of operation for lower frequencies may therefore have on the lower half-shell of the antenna mast.
  • the spherical part 7 and the lower half-shell 6 together serve as a dipole 2 of the broadband dipole antenna 2.
  • the antenna module 1 therefore has at least one section 7 along the axis A, which functions both as a cross-fold dipole antenna 2 and as a broadband dipole antenna 3.
  • the components of the antenna module 1, in particular the radiator elements 2 and 3 are constructed symmetrically to the axis A.
  • the spherical part 7 is interrupted in the longitudinal direction by eight slots which extend in the vertical direction, substantially parallel to the axis A.
  • the slots are preferably not uniformly distributed around the circumference, but such that there are four thinner, opposite and orthogonal, aligned segments and four thicker, opposite and orthogonal aligned segments between the slots.
  • the thicker segments 7a-d are components of the cross-fold dipole antenna and the broadband dipole antenna, while the four thinner segments 7i-1 are only components of the broadband dipole antenna.
  • the segments are plate-shaped and form the surface of the spherical part. 7
  • the wider cross-fold dipole segments 7a-d are at the level of the edge 15, respectively by a support, i.
  • Cross strut 7e - h supported on a central, extending along the axis A hollow cylinder 9.
  • the supports can begin both above the edge 15 and below the edge 15.
  • the supports 7e-h thus connect the cylinder 9 with the segments 7a-d and are preferably oriented horizontally.
  • the supports are attached to the cylinder with a dielectric material, which is non-conductive.
  • the funnelfaltdipol segments 7 a - d are also supported and stabilized downwardly by vertically arranged and insulating longitudinal struts 23, which are attached to the lower edge 20 of the antenna module and are preferably arranged between the wings 11.
  • the upper half shell 7 is thus made of a total of eight arms, d. H. Segments 7a - d, 7i - l shaped. Of these, 4 always have identical dimensions.
  • the four broader arms, ie segments 7a-d, are part of the broadband dipole antenna, as well as the cross-fold dipole antenna, while the four thinner arms, ie segments 7i-1, are only part of the wideband dipole antenna.
  • the additional thinner arms 7i-1 serve for the omnidirectional characteristic of the broadband dipole antenna 2 in order to achieve the lowest possible ripple over the horizontal propagation direction.
  • the broadband dipole antenna 2 consists in principle of two asymmetric half shells 6, 7, which both have an approximately exponential outer course.
  • a tube 12 which is field-free in its interior.
  • the exponential curve is bounded above by the edge 15 and is followed by another approximately exponential or hemispherical course, which, however, in contrast to the first, the half-shell does not open up increasingly but closes.
  • the two half-shells 6, 7 have in a side view the courses of two different exponential curves, one of which is directed downwards (that of the half-shell 6) and the other upwards (that of the half-shell 7).
  • the axis A represents the functional axis of the exponential functions of the curves.
  • the growth in vertical extent is therefore in both curves Relation to widening in horizontal extension exponentially increasing.
  • the growth of the lower curve, ie the lower half-shell 6 is greater than that of the upper curve, ie the upper half-shell 7, so that the lower half-shell 6 is greater in vertical extent than the upper half-shell 7, that is higher.
  • the two half shells are approximately the same at their widest points, ie at the lower half shell in the region of the lower edge 20 of the antenna module and at the upper half shell 7 at the edge 15, the same width.
  • There the two half-shells 6, 7 are rotationally symmetrical to the axis A, their shapes result from a rotation of the respective exponential curves about the axis A.
  • the lower half of the upper half-shell 7 has an exponential course. From the height of the largest diameter changes the outer course and follows the shape of a spherical half-shell to the open end. The largest diameter is defined by the edge 15.
  • an antenna foam 11 located within the lower half-shell 6 between the tube 12 and the inner wall lower half-shell 6, an antenna foam 11. This serves as an HF absorber material, which suppresses a propagation of sheath waves on the outside of the tube 12.
  • the lower half shell 6, as well as the exponential part of the upper half shell 7 together form an exponentially growing antenna aperture with radial symmetry.
  • the exponential curve allows a broadband frequency independence, the radial symmetry an omnidirectional radiation.
  • the antenna operates on the principle of a Vivaldi antenna (very broadband).
  • the two shells 6, 7 acting as dipole halves of the wideband dipole antenna act as a thick broadband dipole.
  • the lower half-shell 6 is connected at its ends to the base of the antenna via resistors with the tube 12.
  • the structure can be considered as a hybrid between exponential aperture antenna and thick cylindrical dipole, resulting in an antenna with a bandwidth of 2 decades (30MHz - 3000 MHz).
  • the polarization of the antenna is linearly vertical.
  • the outer conductor is connected to the tube 12 and thus the upper half-shell 7.
  • the cross-fold dipole antenna 3 is over the four arms, i. 4 segments, the upper half shell realized.
  • a support 7e-h directed towards the cylinder 9 is fixed on the inside, which serves as a capacitive load on the antenna and thus enables a compact construction.
  • the supports 7e-h are not galvanically connected to the cylinder 9 but attached via a plastic ring.
  • the cross-fold dipole antenna 3 is fed via a divider network at the open ends of the arms 7a-d.
  • the divider network distributes the signal to the four arms 7a-d of equal amplitude and phase offset.
  • the phase offset between adjacent arms is 90 ° each, resulting in circular radiation. In this case, the phase offset occurs so that the antenna is right-hand circularly polarized (RHCP), which is required for the SATCOM communication.
  • RHCP right-hand circularly polarized
  • the network is mounted inside the cylinder 9 and has been realized on printed circuit boards in microstrip line technology.
  • the ground plane is galvanically connected to the cylinder.
  • the narrow intermediate segments 7i-1 have only a negligible influence on the functionality of the cross-fold dipole antenna 3.
  • the innovative feature of the antenna is that the upper part 7 of the broadband dipole antenna at the same time forms the funnelfaltdipol antenna element 3.
  • the divider network consists of a total of two separate board elements.
  • a so-called "rat race” a microstrip line ring coupler which, by means of a suitable wiring, contributes to the fact that two paths are phase-shifted by 180 ° relative to one another.
  • these two paths are switched to a Wilkinson divider which splits the two differential signal paths again into two paths offset by 90 °. This results in four paths each with a 90 ° phase shift. All four paths then go to a final board with a matching network identical for each path, which transforms the line impedance to the input impedance of the individual arms 7a-d.
  • a loop antenna 4 is disposed above the cross-fold dipole antenna and horizontally surrounds the cylinder 9 projecting upwardly with an upper cylinder portion 13 from the cross-fold dipole antenna.
  • the loop antenna 4 is an open conductor loop and is used for the active reception of RF signals in the range of 10kHz - 30MHz. For this an appropriate amplifier must be used.
  • the relatively short electrical length of the loop antenna is compensated by the input impedance of the active amplifier stage, which has been optimized to achieve the required sensitivity for reliable reception of VLF-HF and GPS differential signals.
  • the loop antenna is mounted symmetrically about the cylinder 9 above the cross-fold dipole antenna 3. Its shape corresponds to that of a cloverleaf to minimize the coupling between Wienfaltdipol antenna 3 and loop antenna 4.
  • the spiral antenna 5 and / or the printed circuit board is mounted on the end face of the cylinder 9 and forms its conclusion.
  • the width of the two arms 5a, 5b increases exponentially and their ends are connected to the cylinder 9. Behind the antenna inside the cylinder, a corresponding reflector is mounted to increase the antenna gain.
  • the spiral antenna 5 is like the broadband dipole antenna 2 frequency independent and only by their dimensions at the feed point and at the arm ends 5a, b limited. It has circular polarization and is used for civil satellite applications and navigation. Their positioning has little effect on the radiation of the Wienfalt dipole antenna 3. In order to provide a lightning resistance their arm ends are conductively connected to the cylinder 9 and thus are grounded.

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Abstract

Die Erfindung behandelt ein Antennenmodul (1) mit wenigstens zwei voneinander unabhängig betreibbaren Strahlerelementen (2,3), wovon einer eine linear polarisierte Antenne (2), insbesondere eine Breitbanddipol-Antenne, und der andere eine zirkular polarisierte Antenne (3), insbesondere eine Kreuzfaltdipol-Antenne oder eine Spiralantenne ist, und die axial hintereinander auf einer gemeinsamen Achse A angeordnet sind. Erfindungsgemäß sind ist dabei der eine Teil der linear polarisierten Antenne (2) Bestandteil der zirkular polarisierten Antenne (3).

Description

    I. Anwendungsgebiet
  • Die Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Antennenmodul mit mehreren Funktionen für die Verwendung in mehreren Frequenzbereichen. Der Hauptanwendungsbereich des erfindungsgemäßen Systems sind hierbei U-Boot-Antennensysteme.
    • II. Technischer Hintergrund
  • Bei der Verwendung von λ/2-Dipolantennen werden die Ausmaße der Antenne durch die dem jeweiligen Frequenzbereich zugehörigen Wellenlängen bestimmt. Bei der Verwendung von zwei Strahlern, also einer Gesamtlänge von λ/2, wird daher beispielsweise im Ultrakurzwellenbereich bei einer Frequenz von 100 MHz ein 1,5 m langer Antennenkörper benötigt, um eine resonante Abstrahlung zu erreichen. Durch geeignete Maßnahmen ist es zwar möglich, diese Längen zu verkürzen, jedoch meist nur in einem geringen Umfang.
  • Da darüber hinaus selbst bei der Verwendung von Breitbandantennen der jeweils zur Verfügung stehende Frequenzbereich der Antenne limitiert ist, wird üblicherweise für verschiedene Frequenzbereiche eine der Anzahl der Frequenzbereiche entsprechende Anzahl von Antennen benutzt.
  • Dies kann jedoch in Fällen, bei denen zwar verschiedene Frequenzbereiche benötigt werden, gleichzeitig jedoch die Abmessungen des Antennensystems durch den zur Verfügung stehenden Raum begrenzt sind, zu Problemen führen.
  • Ein Beispiel hierfür bildet ein Antennensystem eines U-Bootes. Hier werden zur Kommunikation bzw. Positionsortung oder Ähnlichem Antennen in verschiedenen Frequenzbereichen benötigt, beispielsweise in:
    • VHFLOW
    30 - 88 MHz
    VHF
    100 - 164 MHz
    UHF
    220 - 400 MHz
    IFF (identification friend foe)
    1030 / 1090 MHZ
    GPS
    1575,41 / 1227,6 MHz
    Inmarsat RX
    1530 - 1545 MHz
    Inmarsat TX
    1626,5 - 1646,5 MHz
  • Neben dem bereits erwähnten nur beschränkt zur Verfügung stehenden Raumangebot, besteht 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 während der Funkkommunikation 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.
  • Verschiedene Lösungsansätze zu diesem Problem benutzen üblicherweise das Prinzip eines modulartig aufgebauten Antennensystems ("stack antenna"), bei der die verschiedenen Strahler der jeweiligen Antennen auf ein längliches Bauteil, den Antennenträger, aufgebracht werden.
  • Aufgrund der Abmessungen der Strahler der verwendeten Einzelantennen weist ein derartiges Antennensystem üblicherweise eine entsprechende Länge auf, was sich nicht nur hinsichtlich der mechanischen Stabilität und dem Verhalten gegenüber Wasserdruck und Wasserumströmung negativ auswirkt, sondern eine Antenne mit solcher Gesamthöhe auch nicht mehr in den Rumpf des U-Bootes einfahrbar wäre.
  • Ein Lösungsansatz der Anmelderin, der sich als äußerst erfolgreich herausgestellt hat, besteht darin, bei einem entsprechenden Antennensystem wenigstens einen der Strahler für mehr als einen Frequenzbereich zu nutzen. Die Entkopplung der Antennen erfolgt hierbei über eine spezielle Geometrie mit entsprechend angepassten Kurzschlussleitungen. Dieses System ist in der DE 10239874 A1 beschrieben.
  • Jedoch können auch mit diesem System nicht alle Anforderungen hinsichtlich der gewünschten Funktionalität eines entsprechenden Antennensystems erfüllt werden.
  • Insbesondere Funktionen wie eine Anbindung bzw. Kommunikation von U-Booten im "Link 16"-Standard erfordern hier speziell angepasste Lösungen für entsprechend ausgelegte Antennenmodule. Link 16 bezeichnet hierbei einen militärischen Datenaustauschstandard der NATO und ist als der digitale Datendienst des Kommunikationsverfahrens MIDS im NATO-Standardization Agreement STANAG 5516 definiert.
    • III. Darstellung der Erfindung a) Technische Aufgabe
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Antennenmodul zur Verfügung zu stellen, welches einen Einsatz für mindestens zwei verschiedene Kommunikationsdienste, insbesondere Frequenzbereichen, ermöglicht und dennoch einen kompakten, stabilen und konstruktiv einfachen Aufbau bei guter Endkopplung der verschiedenen Kommunikationsdienste besitzt.
    • b) Lösung der Aufgabe
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung schlägt vor, dass bei einem Antennenmodul mit wenigstens zwei voneinander unabhängig betreibbaren Strahlerelementen, die axial hintereinander auf einer gemeinsamen Achse A angeordnet sind, die körperlichen Teile des Antennenmoduls zumindest teilweise von beiden Strahlerelementen gemeinsam genutzt werden. Dies bedeutet, dass zumindest ein körperliches Teil des Antennenmoduls sowohl als erstes, als auch als zweites Strahlerelement fungiert.
  • Eine solche gemeinsame Nutzung derselben körperlichen Bauteile konnte bei dem Einsatz einer linear polarisierten Antenne, wie beispielsweise einer Breitbanddipol-Antenne und einer zirkular polarisierten Antenne, wie beispielsweise einer Kreuzfaltdipol-Antenne oder einer Spiralantenne, als Strahlerelemente realisiert werden. Vorteilhafterweise können diese beiden Strahlerelemente jedoch - trotz der räumlichen Überschneidung - ungestört voneinander betrieben werden.
  • Da eine linear polarisierte Antenne zwei Dipolhälften aufweist, kann erfindungsgemäß einer der beiden Dipolhälften, das heißt das körperliche Teil, welches als Dipolhälfte fungiert, ebenfalls einen Bestandteil der zirkular polarisierten Antenne darstellen. Zum korrekten Funktionieren der zirkular polarisierten Antenne sollte diese jedoch noch über weitere körperliche Teile verfügen, um Schleifen zu bilden. Diese können sich hierfür beispielsweise an dasjenige körperliche Teil, welches als Dipolhälfte fungiert, unmittelbar anschließen.
  • Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass als linear polarisierte Antenne eine Breitbanddipol-Antenne und als zirkular polarisierte Antenne eine Kreuzfaltdipol-Antenne verwendet wird. Es können jedoch auch beliebige andere Unterformen der genannten Antennen verwendet werden. Wenn also beispielsweise von einer Kreuzfaltdipol-Antenne die Rede ist, ist darunter auch jede andere Form einer linear polarisierten Antenne zu verstehen. Insbesondere kann anstelle einer Kreuzfaltdipol-Antenne eine Spiralantenne verwendet werden, da diese ebenfalls in ihr einen entlang der Achse A des Antennenmoduls angeordneten Zylinder aufweist und ihre äußere Oberfläche durch mehrere voneinander getrennte Segmente gebildet wird, die im Wesentlichen von unten nach oben (d.h. in Richtung der Achse A) verlaufen. Ein Unterschied besteht lediglich darin, dass die Kreuzfaltdipol-Segmente im Wesentlichen gerade und/oder unverwunden nach oben verlaufen, während sich die Segmente der Spiralantenne um die Achse A herumwinden, d.h. spiralfärmig von unten nach oben verlaufen. Eine Spiralantenne kann ein beliebiges Vielfaches von zwei Segmenten aufweisen. Insbesondere jedoch die Einspeisung in die Segmente, die Verwendung von Zwischensegmenten (im weiteren als Breitbanddipolsegmente bezeichnet) und die Verwendung von horizontal angeordneten nicht-leitenden Abstützungen (wie im Weiteren erläutert) kann ebenfalls bei Einsatz einer Spiralantenne in gleicher Weise realisiert werden. Die Spiralantenne weist jedoch im Gegensatz zur vorgeschlagenen Kreuzfaltdipol-Antenne vorzugsweise entlang eine der Achse A aus ausgerichtete, kreiszylindrische Form auf, kann jedoch auch die im Weiteren beschriebene Form der Kreuzfaltdipol-Antenne aufweisen.
  • Wenn als Breitbanddipol-Antenne zwei mit der konvexen Außenseite gegeneinander gerichtete, in axialer Richtung des Antennenmoduls orientierte Halbschalen (als körperliche Teile) verwendet werden, eine der beiden Halbschalen dabei an ihrem offenen Ende so verlängert ist, dass die sich dadurch ergebende Form als Kreuzfaltdipol-Antenne eingesetzt werden kann. Hierfür ist es vorteilhaft, wenn die Form der entsprechenden Halbschale an ihrem offenen Ende so verlängert wird, dass die Öffnung der Halbschale dadurch wieder verkleinert wird. Im Ergebnis weist die Form der modifizierten Halbschale in grober Annäherung die Form einer hohlen Kugel auf. Die obere Halbschale wird dabei nicht komplett geschlossen. Die beiden Halbschalen können eine parabolische Form aufweisen.
  • Die obere Halbschale, die als Kreuzbanddipolantenne genutzt wird, fungiert erfindungsgemäß also als eine Dipolhälfte der Breitbanddipol-Antenne. Der untere Teil der Kreuzdipolantenne wirkt also als Gegenpol für die untere Halbschale. Der Außenleiter der Anschlussleitung, insbesondere ein Leiter eines Koaxialkabels, ist nämlich an der oberen Halbschale kontaktiert. Im Gesamten wirken obere und untere Halbschale als ein Dipol.
  • Das körperliche Teil, das als Kreuzfaltdipol-Antenne verwendet wird, kann die Form einer sogenannten Eggbeater-Antenne (= Antenne mit Schneebesenform) aufweisen. Hierfür kann die oben genannte Kugel und/oder die modifizierte Halbschale Schlitze aufweisen, die vorzugsweise in axialer Richtung verlaufen. Aufgrund der Schlitze ergeben sich mehrere axial verlaufende Kreuzfaltdipol-Segmente. Diese bilden die charakteristische Form der Eggbeater-Antenne. Vorzugsweise werden hier gleichmäßig über den Umfang um die Achse A herum verteilte Kreuzfaltdipol-Segmente eingesetzt. Die Kreuzfaltdipol-Segmente dienen vorzugsweise sowohl als Bestandteile der Breitbanddipol-Antenne als auch der Kreuzfaltdipol-Antenne. Die Kreuzfaltdipol-Segmente bilden vorzugsweise Teile der Oberfläche der vorgenannten Kugel, d.h. der modifizierten oberen Halbschale.
  • Aufgrund der vorgenannten Schlitze ergibt sich jedoch das Problem, dass die Welligkeit der Breitbanddipol-Antenne in ihrer omnidirektionalen Abstrahlung unerwünschter Weise vergrößert wird. Dies führt zu dem Nachteil, dass ein inhomogeneres Strahlungsbild in der horizontalen Ebene durch die Breitbanddipol-Antenne bewirkt wird.
  • Um diesen Nachteil zu kompensieren, können zwischen den Kreuzfaltdipol-Segmenten zusätzliche Breitbanddipol-Segmente, die ebenfalls in axialer Richtung verlaufen (und somit ebenfalls Teile der Oberfläche der vorgenannten Kugel bilden), vorgesehen seien. Diese zusätzlichen Breitbanddipol-Segmente führen zu einem homogeneren Strahlungsbild in der horizontalen Ebene der Breitbanddipol-Antenne, ohne dabei das Strahlungsverhalten der Kreuzfaltdipol-Antenne zu beeinflussen. Die Breitbanddipol-Segmente dienen vorzugsweise im Gegensatz zu den Kreuzfaltdipol-Segmenten lediglich als Bestandteile der Breitbanddipol-Antenne und somit nicht als Bestandteile der Kreuzfaltdipol-Segmente, auch wenn eine solche Verwendung denkbar ist. Die Breitbanddipol -Segmente bilden vorzugsweise Teile der Oberfläche der vorgenannten Kugel und/oder der modifizierten Halbschale.
  • Vorzugsweise sind die Breitbanddipol-Segmente schmaler als diejenigen der Kreuzfaltdipol-Segmente. Weiterhin ist vorzugsweise jeweils zwischen zwei Kreuzfaltdipol-Segmenten ein Breitbanddipol-Segment vorgesehen, sodass sich in einer besonders bevorzugten Ausführungsform bei vier Kreuzfaltdipol-Segmenten insgesamt acht Schlitze zwischen acht Segmenten ergeben. Diese Schlitze sind vorzugweise gleich breit, das heißt die Segmente sind insgesamt gleichmäßig über den Umfang verteilt.
  • Die Kreuzfaltdipol-Antenne weißt vorzugweise entlang der Achse A einen zentral angeordneten Zylinder auf, der sich innerhalb der Segmente erstreckt. Dieser kann über das offene Ende der Kreuzfaltdipol-Antenne hervorstehen. Der zentrale Zylinder dient vorzugsweise als Gegenpol zu jedem der Kreuzfaltdipol-Segmente. In dem hohlen Zylinder kann das Anpassnetzwerk für das gesamte Antennenmodul, insbesondere für die Kreuzfaltdipol-Antenne und/oder für die an dessen oberen Ende angeordneten Antennen, die im Weiteren detailliert erläutert werden, angeordnet sein.
  • Die obere Halbschale ist vorzugsweise oben nicht komplett geschlossen. Die einzelnen Kreuzfaltdipol-Segmente sollten voneinander galvanisch entkoppelt sein. Die oberen Enden der einzelnen Kreuzfaltdipol-Segmente laufen aufeinander zu, sind jedoch vorzugsweise voneinander getrennt. Die oberen Enden der einzelnen Segmente sind vorzugsweise an den Ausgängen des Speisenetzwerkes befestigt, die sich innerhalb des Zylinders befinden. Der Zylinder kann an den entsprechenden Stellen eine Öffnung aufweisen.
  • Es liegt also vorzugsweise keine galvanische Verbindung zwischen Hohlzylinder und oberen Enden der Kreuzfaltdipol-Segmente vor, sondern lediglich am unteren Ende der Halbschale. Die Verbindungen an den oberen Enden der Segmente können in den Hohlzylinder durch kleine Öffnungen hinein laufen, ohne den Hohlzylinder zu berühren. Dort werden diese vorzugsweise mit dem Speisenetzwerk verbunden.
  • Die Kreuzfaltdipol-Segmente weisen weiterhin vorzugsweise Abstützungen auf, welche die Kreuzfaltdipol-Segmente jeweils an dem hohlen Zylinder abstützen. Hierfür können die Abstützelemente - ausgehend von der Innenseite der Kreuzfaltdipol-Segmente nach Innen bis zu dem Hohlzylinder reichen und somit eine Verbindung zwischen den Segmenten und dem Hohlzylinder herstellen. Dabei handelt es sich vorzugsweise jedoch nicht um galvanische Verbindungen. Zwischen den Enden der Abstützungen und dem Hohlzylinder kann sich ein Dielektrikum befinden, welches den Hohlzylinder galvanisch von den Abstützungen trennt, jedoch den kapazitiven Einfluss erhöht. Die Abstützungen können als kapazitive Belastung für die Kreuzfaltdipol-Antenne dienen.
  • Wie bereits erwähnt, steht der hohle Zylinder vorzugweise nach oben über die Kreuzfaltdipol-Antenne hinaus. Um diesen Überstand des Zylinders herum ist vorzugweise eine Schleifenantenne angeordnet. Die Schleifenantenne ist vorzugsweise orthogonal zur Achse A ausgerichtet. Die Schleifenantenne kann eine solche Form aufweisen, die die Verkopplung und somit die gegenseitige Beeinflussung zwischen der Kreuzfaltdipol-Antenne und der Schleifenantenne minimiert. Hierfür ist es vorteilhaft, wenn die Schleifenform in etwa der Form eines Kleeblattes entspricht, wobei die Blätter jeweils - in einer Aufsicht von oben gesehen - zwischen den Kreuzfaltdipol-Segmenten liegen. Vorzugweise sind die Blätter also in der Aufsicht von oben in etwa über den Breitbanddipol-Segmenten angeordnet. Die Schleifenantenne kann ebenfalls die Form eines Mehrecks aufweisen, insbesondere eines Vierecks, wobei die Seiten des Vierecks konkav ausgebildet sind, d. h. nach Innen gebogen sind. In diesem Fall befinden sich die vorteilhafterweise abgerundeten Ecken des Vielecks in der Aufsicht von oben betrachtet zwischen den Kreuzfaltdipol-Segmenten und/oder über den Breitbanddipol-Segmenten angeordnet.
  • Das Antennenmodul kann weiterhin eine Spiralantenne aufweisen, die insbesondere zwei Spiralarme umfassen kann. Diese Spiralantenne ist vorzugweise oberhalb der Schleifenantenne angeordnet. Insbesondere kann sie auf der vorzugsweise geschlossenen Stirnfläche des oberen Endes des Zylinders angeordnet sein.
  • Die Einspeisung in die Kreuzfaltdipol-Antenne erfolgt vorzugsweise jeweils an den oberen Enden der Kreuzfaltdipol-Segmente. Die gegenüberliegenden Flächen auf dem Zylinder, d. h. insbesondere auf dessen Außenumfangswand, die vorzugsweise aus elektrisch leitenden Material besteht, werden ebenfalls oben gespeist.
  • Der Einspeisepunkt für die Breitbanddipol-Antenne liegt vorzugsweise im Bereich zwischen den beiden Dipolhälften, d. h. insbesondere im Bereich zwischen den beiden Halbschalen.
  • Jede einzelne Antenne, d. h. die Breitbanddipol-Antenne, die Kreuzfaltdipol-Antenne, die Schleifenantenne und die Spiralantenne, weist vorzugsweise eine eigene Signalzuführung auf. Diese können durch Koaxialkabel realisiert sein. Vorzugsweise verlaufen die Koaxialkabel dabei nebeneinander, d.h. voneinander getrennt.
  • Alternativ können die Koaxialkabel konzentrisch ineinander geführt werden. Vorzugweise sind - wenn eine Signalzuführung jeder einzelnen Antenne von untern erfolgt - die einzelnen Koaxialkabel dabei so ineinander geführt, dass jeweils das Koaxialkabel einer Antenne innerhalb desjenigen Koaxialkabels, welches die unter dieser Antenne angeordneten Antenne speist, angeordnet ist. Dementsprechend ist vorzugsweise also das Koaxialkabel der am weitesten unten gelegenen Breitbanddipol-Antenne als äußerstes angeordnet und das Koaxialkabel der Spiralantenne, die am weitesten oben im Antennenmodul angeordnet ist ganz innen. Vorzugweise sind dabei die beiden Leiter eines Koaxialkabels auch ineinander konzentrisch geführt.
  • Die Breitbanddipol-Antenne kann im Inneren ein feldfreies Rohr aufweisen, das zentral in ihr entlang der Achse A verläuft. Innerhalb des feldfreien Rohres können die Signalzuführungen zu den weiteren, d. h. den weiter oben angeordneten Antennen, angeordnet sein, vorzugsweise nebeneinanderliegend. Das Rohr ist dabei im Inneren, dadurch dass es metallisch leitend ist, feldfrei. Dies bewirkt, dass die Speisekabel, d.h. die Signalzuführungen, welche im inneren Verlaufen keinem elektrischen Feld ausgesetzt sind. Auf die Funktionalität des eigentlichen Antennenstrahlers hat das Rohr vorzugsweise keinen Einfluss. Das Rohr sollte daher so dünn wie möglich sein.
  • Das feldfreie Rohr, welches vorzugsweise am unteren Ende des Antennenmoduls beginnt und im Bereich zwischen der unteren und der oberen Halbschale endet, kann einstückig und/oder elektrisch leitend mit dem hohlen Zylinder ausgebildet sein. Der Zylinderkann einen größeren Durchmesser aufweisen als das feldfreie Rohr, da innerhalb des Zylinders das Speisenetzwerk angeordnet sein sollte. Der Zylinder verläuft vorzugsweise lediglich innerhalb der oberen Halbschale, das feldfreie Rohr lediglich innerhalb der unteren Halbschale. Der Zylinder kann aber auch im den Bereich zwischen den beiden Halbschalen verlaufen, wobei er in diesem Bereich vorzugsweise dünner ist als im Bereich der oberen Halbschale. Der Zylinder kann also die obere Halbschale mit der unteren Halbschale verbinden. Jedoch sollte der Bereich zwischen der oberen und der unteren Halbschale zumindest teilweise nicht von dem Zylinder gebildet werden, sondern von einem separaten, elektrisch nicht leitenden, entlang der Achse A verlaufenden Zylinderabschnitt, um die beiden Dipolhälften voneinander elektrisch zu isolieren. Schließlich ist auch denkbar, dass der Bereich zwischen den der oberen und der unteren Halbschale zumindest teilweise von der einer zylinderförmigen, entlang der Achse A verlaufendem Verlängerung der unteren Halbschale gebildet wird.
  • Das Rohr kann auf Masse liegen. Vorzugsweise bildet das Rohr den Anschluss, d.h. das Speisekabel für die obere Dipolhälfte der Breitbanddipol-Antenne. Die obere Halbschale ist also vorzugsweise mit dem Rohr elektrisch verbunden. Das Speisekabel für die untere Dipolhälfte ist dementsprechend vorzugsweise durch ein Loch in dem Rohr geführt, ohne dieses elektrisch zu kontaktieren, und mit der unteren Halbschale verbunden. Die untere Halbschale weist vorzugsweise an ihrem unteren Ende Abschlusswiderstände auf, über die sie mit dem Rohr verbunden sein kann. Die Abschlusswiderstände dienen dabei insbesondere der Zwangsanpassung der Breitbanddipol-Antenne bei tiefen Frequenzen.
  • Vorzugsweise sind die Halbschalen, insbesondere die untere Halbschale, so ausgebildet, dass sie wie eine Vivaldi-Antenne fungieren. Insbesondere entspricht bei ihr die Charakteristik der breitbandigen Einkopplung und/oder breitbandigen Anpassung und/oder frequenzunabhängigen Eingangsimpedanz und/oder breitbandigen Eingangsimpedanz derjenigen einer Vivaldi Antenne. Vorzugsweise ist also die Eingangsimpedanz gleich wie bei einer Vivaldi-Antenne zumindest theoretisch frequenzunabhängig. Die genannten Eigenschaften einer Vivaldi-Antenne kann sie dabei insbesondere bei hohen Frequenzen aufweisen, beispielsweise bei Frequenzen über 300 MHz oder über 400 MHz, beispielsweise bei 400-3000 MHz. Die Breitbanddipol - Antenne kann in etwa exponentiell verlaufend ausgebildet sein, wie dies bei einer Vivaldi Antenne der Fall ist. Eine Vivaldi Antenne ist jedoch im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Breitbanddipol - Antenne eine planare Antenne, d.h. ein zweidimensionales Exponentialhorn mit exponentiell ansteigender Antennenfläche.
  • Zwischen der unteren Halbschale und dem feldfreien Rohr kann ein Hohlraum bestehen. Dieser Hohlraum kann mit einem Absorbermaterial, wie beispielsweise einem Antennenschaum, zumindest teilweise gefüllt sein. Vorzugsweise weist der Antennenschaum eine pyramidenförmige Form auf. Die Spitze der Pyramide kann nach oben orientiert sein. Der Antennenschaum hat dabei vorteilhafterweise die Funktion, die Mantelwellenausbreitung auf dem feldfreien Rohr zu verringern oder sogar komplett zu unterdrücken.
  • Die Einspeisung in die vier Kreuzfaltdipol-Segmente erfolgt vorzugsweise über einen Phasenschieber. Dieser kann innerhalb des Zylinders angeordnet sein. Vorzugsweise ist der resultierende Phasensatz zwischen den einzelnen Kreuzfaltdipol-Segmenten 90°.
  • Vorzugweise ist die Form und Positionierung der oberen Halbschale und der unteren Halbschale so gewählt, dass sich die Kreuzfaltdipol-Antenne und die Breitbanddipol-Antenne nicht stören. Es ist also wünschenswert, dass sich die Kreuzfaltdipol-Antenne und die Breitbanddipol-Antenne nicht gegenseitig nachteilig beeinflussen. Darunter ist zu verstehen, dass die von beiden Antennen erzeugten Strahlungen unbeeinflusst voneinander sind. Diese erwünschten Eigenschaften der Nicht-Beeinflussung, d. h. der unabhängigen Betreibbarkeit beider Antennen, stellt einen besonderen Vorteil des erfindungsgemäßen Antennenmoduls dar, insbesondere wenn dieses gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform bzw. derjenigen, die im Folgenden anhand der Figuren beschrieben wird, entspricht.
    • c) Ausführungsbeispiele
  • Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    Eine perspektivische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Antennenmoduls
    Figur 2:
    Eine perspektivische Ansicht von oben auf das Antennenmodul von Fig. 1
    Figur3:
    Eine perspektivische Seitenansicht des Antennenmoduls aus Fig. 1, bei dem zu Veranschaulichungszwecken ein Flügel weggelassen worden ist
    Figur 4:
    Eine perspektivische Seitenansicht des Antennenmoduls aus Fig. 1, bei dem zu Veranschaulichungszwecken ein Kreuzfaltdipol-Segment weggelassen worden ist.
  • Die Figuren 1 - 4 zeigen das erfindungsgemäße Antennenmodul 1 von verschiedenen perspektivischen Ansichten, wobei in den Figuren 3 und 4 auch die inneren Bauteile, wie der Zylinder 9 und das feldfreie Rohr 12 sichtbar sind.
  • Das erfindungsgemäße Antennenmodul 1 ist in etwa axialsymmetrisch aufgebaut, wobei die Symmetrieachse A in Figur 1 von unten nach oben in vertikaler Richtung verläuft. Entlang dieser Achse sind die einzelnen Antennen des Antennenmoduls nacheinander, oder ineinander verschachtelt angeordnet. Auch die Signalzuführung zu den einzelnen Antennen erfolgt entlang dieser Achse.
  • Die Leitungen, die die Signalzuführungen zu den einzelnen Antennen bereitstellen, verlaufen also von unten nach oben, beispielsweise aus einem unten am Antennenmodul angeordneten Antennenmast 22, der zumindest teilweise hohl ist. Der Antennenmast kann gleichzeitig der Befestigung des Antennenmoduls, beispielsweise an einem U-Boot, dienen. Der Antennenmast 22 ist vorzugsweise zentral und entlang der Achse A angeordnet. Das dünnere, feldfreie Rohr 12 reicht in den dickeren Antennenmasten hinein und durchdringt diese vorzugsweise über seine gesamte Länge. Der Antennenmast 22 ist jedoch rein optional und kann auch weggelassen werden, wobei in diesem Fall das Rohr 12 bis ans untere Ende des Antennenmoduls 1 reicht.
  • Der Antennenmast ist vorzugsweise von den Strahlerelementen isoliert. Alternativ kann der Antennenmast auch mit dem unteren Rand der unteren Halbschale 6 der Breitbanddipol-Antenne 2 elektrisch leitend sein, dass der Antennenmast ein nicht hochfrequent, sondern vorzugsweise lediglich tieffrequent, abstrahlendes Teil der Breitbanddipol - Antenne ist.
  • Das Antennenmodul ist vorzugsweise von einem (nicht gezeigten) Zylinder, wie beispielsweise einem Radom umgeben, dessen Oberseite von einer Halbkugel verschlossen ist. Dieser Zylinder dient dem Schutz des Antennenmoduls und besteht vorzugsweise aus einem Material, welches die Antennenstrahlung ungehindert durchdringen kann. Beispielsweise kann er aus GFK Material bestehen. Er kann über das Antennenmodul gestülpt werden und am Fußpunkt des Antennenmoduls an entsprechenden Bohrungen verschraubt werden.
  • Wie in Figur 1 erkennbar ist, besteht das Antennenmodul 1 im Wesentlichen aus einer kugelförmigen, hohlen oberen Halbschale 7 (bzw. kugelförmigen Teil 7), die auf einer unteren Halbschale 6 (bzw. unterem Teil 6) aufsitzt. Die untere Halbschale 6 ist am Speisepunkt der Breitbanddipol-Antenne, d.h. in ihrem oberen Bereich ebenfalls kugelförmig ausgebildet, weiter unten, d.h. zum Fußpunkt hin kegelförmig ausgebildet. Die untere Halbschale besteht dabei oben aus der in Form 21, die in etwa die Form einer nach unten offenen, hohlen Viertel-Kugel aufweist, an welche sich plattenartige Flügel 11 anschließen, die die Kegelform der unteren Halbschale nach unten verlaufend weiterbilden und von Schlitzen getrennt sind. Die Flügel 11 bestehen wie alle Bestandteile der oberen und unteren Halbschale aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise aus Blech
  • Der kugelförmige Teil 7 dient als Kreuzfaltdipol-Antenne. Der kugelförmige Teil 7 weist eine Kante 15 auf, die horizontal, d.h. orthogonal zur Achse A, um das kugelförmige Teil herum verläuft und zwar ca. auf der Höhe zwischen dem ersten Fünftel und dem zweiten Fünftel der Gesamthöhe des kugelförmigen Teils.
  • Aufgrund der Kante 15 ist derjenige Teil des kugelförmigen Teils 7 der unterhalb der Kante 15 angeordnet ist, nach unten, d. h. dem kegelförmigen Teil 6, d. h. der Halbschale 6 zugewandt, während derjenige Teil oberhalb der Kante 15 zur Seite oder nach oben gerichtet ist. Die Teile oberhalb und unterhalb der Kante 15 fungieren gemeinsam als eine Dipolhälfte der Breitbanddipol-Antenne 2. Dabei ist der Teil unterhalb der Kante 15 ausschlaggebend für die höheren Frequenzen, insbesondere für die Frequenzen oberhalb von 500 MHz. Für tiefere Frequenzen muss der Dipol (somit die Länge der gesamten Breitband-Dipol Antenne) eine gewisse Länge aufweisen. Die korrespondierende Funktionsweise für tiefere Frequenzen kann daher an der unteren Halbschale der Antennenmast aufweisen. Der kugelförmige Teil 7 und die untere Halbschale 6 dienen gemeinsam als Dipol 2 der Breitbanddipol-Antenne 2.
  • Erfindungsgemäß weist das Antennenmodul 1 also mindestens einen Abschnitt 7 entlang der Achse A auf, der sowohl als Kreuzfaltdipol-Antenne 2, als auch als Breitbanddipol-Antenne 3 fungiert. Die Bauteile des Antennenmoduls 1, insbesondere die Strahlerelemente 2 und 3 sind symmetrisch zu der Achse A aufgebaut.
  • Das kugelförmige Teil 7 ist in Längsrichtung durch acht Schlitze unterbrochen, die sich in vertikaler Richtung, im Wesentlichen parallel zur Achse A erstrecken. Die Schlitze sind vorzugsweise nicht gleichmäßig über den Umfang verteilt, sondern so, dass sich zwischen den Schlitzen vier dünnere, gegenüberliegend und orthogonal zueinander ausgerichtete Segmente und vier dickere, gegenüberliegend und orthogonal zueinander ausgerichtete Segmente ergeben. Die dickeren Segmente 7a - d sind dabei Bestandteile der Kreuzfaltdipol-Antenne und der Breitbanddipol-Antenne, während die vier dünneren Segmente 7i - l lediglich Bestandteile der Breitbanddipol-Antenne sind. Die Segmente sind plattenförmig ausgebildet und bilden die Oberfläche des kugelförmigen Teils 7.
  • Die breiteren Kreuzfaltdipol-Segmente 7a - d sind auf der Höhe der Kante 15 jeweils durch eine Abstützung, d.h. Querstrebe 7e - h an einem zentralen, entlang der Achse A verlaufenden hohlen Zylinder 9 abgestützt. Auch können die Abstützungen sowohl oberhalb der Kante 15 als auch unterhalb der Kante 15 beginnen. Die Abstützungen 7e - h verbinden also den Zylinder 9 mit den Segmenten 7a - d und sind dabei vorzugweise horizontal ausgerichtet. Befestigt werden die Abstützungen am Zylinder mit einem dielektrischen Material, welches nichtleitend ist.
  • Die Kreuzfaltdipol-Segmente 7a - d sind zudem nach unten durch vertikal angeordnete und isolierende Längsstreben 23 abgestützt und stabilisiert, welche am unteren Rand 20 des Antennenmoduls befestigt sind und vorzugsweise zwischen den Flügeln 11 angeordnet sind.
  • Die obere Halbschale 7 wird also aus insgesamt acht Armen, d. h. Segmenten 7a - d, 7i - l geformt. Davon besitzen jeweils 4 immer identische Maße.
  • Die vier breiteren Arme, d. h. Segmente 7a - d sind dabei Bestandteil der Breitbanddipol-Antenne, sowie der Kreuzfaltdipol-Antenne, während die vier dünneren Arme, d. h. Segmente 7i - l lediglich Bestandteil der Breitbanddipol-Antenne sind.
  • Die zusätzlichen dünneren Arme 7i - l dienen der Rundstrahlcharakteristik der Breitbanddipol-Antenne 2, um eine möglichst geringe Welligkeit über die horizontale Ausbreitungsrichtung zu erzielen.
  • Die Breitbanddipol-Antenne 2 besteht prinzipiell aus zwei asymmetrischen Halbschalen 6,7, welche beide einem in etwa exponentiellen äußeren Verlauf besitzen. Entlang der axialen Achse A, innerhalb der unteren Halbschale 6 befindet sich ein Rohr 12, welches in seinem Inneren feldfrei ist. Hierdurch werden alle Koaxialkabel 16 - 19, die zur Speisung aller Antennenelemente benötigt werden durchgeführt.
  • Zu beachten ist jedoch, dass bei der oberen Halbschale 6 der exponentielle Verlauf nach oben durch die Kante 15 begrenzt wird und sich daran ein weiterer in etwa exponentieller oder halbkugelförmiger Verlauf anschließt, der sich jedoch im Gegensatz zum ersten die Halbschale nicht nach oben gehend zunehmend öffnet, sondern schließt.
  • Die beiden Halbschalen 6, 7 weisen in einer Seitenansicht die Verläufe zweier unterschiedlicher exponentieller Kurven auf, wovon eine nach unten gerichtet ist (diejenige der Halbschale 6) und die andere nach oben (diejenige der Halbschale 7). Der exponentielle Verlauf der oberen Halbschale 7 reicht dabei bis zur Kante 15. Dabei stellt die Achse A die Funktionsachse der exponentiellen Funktionen der Kurven dar. Ausgehend von dem Bereich zwischen den beiden Halbschalen 6, 7 ist also bei beiden Kurven das Wachstum in vertikaler Erstreckung in Relation zur Verbreiterung in horizontaler Erstreckung exponentiell ansteigend. Das Wachstum der unteren Kurve, d. h. der unteren Halbschale 6 ist dabei größer als dasjenige der oberen Kurve, d. h. der oberen Halbschale 7, sodass die untere Halbschale 6 in vertikaler Erstreckung größer ist als die obere Halbschale 7, also höher ist. Die beiden Halbschalen sind jedoch in etwa an ihrer breitesten Stellen, d. h. bei der unteren Halbschale im Bereich des unteren Randes 20 des Antennenmoduls und bei der oberen Halbschale 7 an der Kante 15, gleich breit. Da die beiden Halbschalen 6, 7 rotationssymmetrisch zur Achse A sind, ergeben sich ihre Formen durch eine Rotation der jeweiligen exponentiellen Kurven um die Achse A.
  • Wie bereits erwähnt, weist die untere Hälfte der oberen Halbschale 7 einen exponentiellen Verlauf auf. Ab der Höhe des größten Durchmessers ändert sich der äußere Verlauf und folgt der Form einer Kugelhalbschale bis zum offenen Ende. Der größte Durchmesser wird von der Kante 15 definiert.
  • Zusätzlich befindet sich innerhalb der unteren Halbschale 6 zwischen Rohr 12 und der Innenwand unteren Halbschale 6 ein Antennenschaum 11. Dieser dient als HF Absorber Material, welches eine Ausbreitung von Mantelwellen auf der Außenseite des Rohrs 12 unterdrückt.
  • Die untere Halbschale 6, sowie der exponentielle Teil der oberen Halbschale 7 bilden zusammen eine exponentiell wachsende Antennenapertur mit Radialsymmetrie. Der Exponentialverlauf ermöglicht eine breitbandige Frequenzunabhängigkeit, die Radialsymmetrie eine omnidirektionale Abstrahlung. Für den optimieren Frequenzbereich von 400 - 3000 MHz arbeitet die Antenne nach dem Prinzip einer Vivaldi Antenne (sehr breitbandig). Für den Bereich von 30MHz - 400MHz wirken die beiden Halbschalen 6, 7, die als Dipolhälften der Breitbanddipol-Antenne fungieren, als ein dicker Breitband-dipol. Um eine gute Anpassung in den unteren Frequenzbereichen bei 30 MHz zu erreichen, wird die untere Halbschale 6 an ihren Enden zum Fußpunkt der Antenne über Widerstände mit dem Rohr 12 verbunden.
  • Die Struktur kann als ein Hybrid zwischen exponentieller Aperturantenne und dickem zylindrischen Dipol angesehen werden, und führt zu einer Antenne mit einer Bandbreite von 2 Dekaden (30MHz - 3000 MHz). Die Polarisation der Antenne ist linear vertikal. Die Speisung der Antenne erfolgt über ein Koaxialkabel 13, welches durch eine Bohrung im Rohr 12 auf Höhe der Spitze der unteren Halbschale 6 geführt wird und dessen Innenleiter mit der unteren Halbschale 6 verbunden wird. Der Außenleiter ist mit dem Rohr 12 und somit der oberen Halbschale 7 verbunden.
  • Die Kreuzfaltdipol-Antenne 3 ist über die vier Arme, d.h. 4 Segmente, der oberen Halbschale realisiert. An jedem Arm 7a - d ist an der Innenseite eine zum Zylinder 9 gerichtete Abstützung 7e - h befestigt, welche als kapazitive Belastung der Antenne dient und somit eine kompakte Bauweise ermöglicht. Die Abstützungen 7e - h sind nicht galvanisch mit dem Zylinder 9 verbunden sondern über einen Kunststoffring befestigt.
  • Die Kreuzfaltdipol-Antenne 3 wird über ein Teilernetzwerk an den offenen Enden der Arme 7a - d gespeist. Das Teilernetzwerk verteilt das Signal auf die vier Arme 7a - d mit gleicher Amplitude und Phasenversatz. Der Phasenversatz zwischen benachbarten Armen beträgt jeweils 90°, was zu einer zirkularen Abstrahlung führt. In diesem Fall erfolgt der Phasenversatz, sodass die Antenne rechtszirkular polarisiert ist (RHCP), was für die SATCOM Kommunikation benötigt wird. Das Netzwerk ist im inneren des Zylinders 9 angebracht und wurde auf Leiterplatinen in Mikrostreifenleitungstechnik realisiert. Die Massefläche ist mit dem Zylinder galvanisch verbunden. Die schmalen Zwischensegmente 7i - l haben nur einen vernachlässigbar kleinen Einfluss auf die Funktionalität der Kreuzfaltdipol-Antenne 3.
  • Die innovative Besonderheit der Antenne besteht darin, dass der oberen Teil 7 der Breitbanddipol-Antenne zugleich das Kreuzfaltdipol-Antennenelement 3 bildet.
  • Das Teilernetzwerk besteht aus insgesamt zwei separaten Platinenelementen. Zum einen ein sogenannten "Rat-Race", ein Ring-Koppler aus Mikrostreifenleitungstechnik der durch eine geeignete Beschaltung dazu beiträgt, dass zwei Pfade zueinander um 180° Phasenversetzt sind. In der zweiten Stufe werden diese beiden Pfade auf einen Wilkinson-Teiler geschaltet der die beiden differentiellen Signalpfade nochmals jeweils in zwei um 90° versetzte Pfade aufteilt. Somit ergeben sich vier Pfade mit jeweils 90° Phasenverschiebung. Alle vier Pfade gehen dann auf eine letzte Platine mit einem für jeden Pfad identischen Anpassnetzwerk, welches die Leitungsimpedanz auf die Eingangsimpedanz der einzelnen Arme 7a - d transformiert.
  • Eine Schleifenantenne 4 ist oberhalb der Kreuzfaltdipol-Antenne angeordnet und umgibt in horizontaler Ausrichtung den Zylinder 9, der nach oben mit einem oberen Zylinderabschnitt 13 aus der Kreuzfaltdipol-Antenne hervorsteht.
  • Die Schleifenantenne 4 ist eine offene Leiterschleife und wird für den aktiven Empfang von HF Signalen im Bereich von 10kHz - 30MHz verwendet. Hierfür muss ein entsprechender Verstärker verwendet werden.
  • Die relativ kurze elektrische Länge der Schleifenantenne wird durch die Eingangsimpedanz der aktiven Verstärkerstufe kompensiert, welche optimiert wurde um die benötigte Empfindlichkeit für einen zuverlässigen Empfang von VLF-HF und GPS differential Signalen zu erreichen.
  • Die Schleifenantenne ist oberhalb der Kreuzfaltdipol-Antenne 3 symmetrisch um den Zylinder 9 angebracht. Ihre Form entspricht der eines Kleeblattes um die Verkopplung zwischen Kreuzfaltdipol-Antenne 3 und Schleifenantenne 4 zu minieren.
  • Eine Spiralantenne 5, welche eine planare bifilare Spiralantenne darstellt, ist auf einer Leiterplatine montiert. Die Spiralantenne 5 und/oder die Leiterplatine ist auf der Stirnseite des Zylinders montiert 9 und bildet dessen Abschluss. Die Breite der beiden Arme 5a, 5b nimmt exponentiell zu und ihre Enden sind mit dem Zylinder 9 verbunden. Hinter der Antenne innerhalb des Zylinders ist ein entsprechender Reflektor angebracht um den Antennengewinn zu erhöhen.
  • Die Spiralantenne 5 ist wie die Breitbanddipol-Antenne 2 Frequenzunabhängig und nur durch ihre Abmessungen am Speisepunkt als auch an den Armenden 5a, b begrenzt. Sie besitzt zirkulare Polarisation und wird für zivile Satellitenanwendungen und Navigation verwendet. Ihre Positionierung hat nur geringen Einfluss auf die Abstrahlung der Kreuzfaltdipol-Antenne 3. Um für eine Blitzschlagfestigkeit zu sorgen sind ihre Armenden leitend mit dem Zylinder 9 verbunden und liegen somit auf Masse.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1
    Antennenmodul
    2
    Breitbanddipol-Antenne, Strahlerelement
    3
    Kreuzfaltdipol-Antenne, Strahlerelement
    4
    Schleifenantenne
    5
    Spiralantenne
    5a, b
    Arme
    6
    Halbschale
    7
    Halbschale
    7a-d
    Kreuzfaltdipol-Segment
    7i-l
    Breitbanddipol-Segment
    7 e-h
    Querstreben
    8
    Schlitze
    9
    Zylinder
    A
    axiale Richtung, Symmetrieachse
    11
    Flügel
    12
    Rohr
    13
    oberer Zylinderabschnitt
    15
    Kante
    16 - 19
    Koaxialkabel
    20
    unterer Rand
    21
    viertelkugelförmige Form
    22
    Antennenmast
    23
    Längsstreben

Claims (15)

  1. Antennenmodul (1) mit wenigstens zwei voneinander unabhängig betreibbaren Strahlerelementen (2,3), wovon einer eine linear polarisierte Antenne (2), insbesondere eine Breitbanddipol-Antenne, und der andere eine zirkular polarisierte Antenne (3), insbesondere eine Kreuzfaltdipol-Antenne oder eine Spiralantenne ist, und die axial hintereinander auf einer gemeinsamen Achse A angeordnet sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der eine Teil (7) der linear polarisierten Antenne (2) Bestandteil der zirkular polarisierten Antenne (3) ist.
  2. Antennenmodul (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die linear polarisierte Antenne (2) zwei mit der konvexen Außenseite gegeneinander gerichtete, in axialer Richtung des Antennenmoduls orientierte, vorzugsweise asymmetrische Halbschalen (6, 7) umfasst und die eine, insbesondere dem freien Ende des Antennenmoduls (1) benachbarte, Halbschale (7) Teil der zirkular polarisierten Antenne (3) ist, und diese Halbschale (7) mit Schlitzen (8), insbesondere in axialer Richtung (A) oder spiralförmig um die Achse (A) verlaufend, versehen ist, die zum freien oberen Rand der Halbschale (7) hin offen sind.
  3. Antennenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die zirkular polarisierte Antenne (3) von einem zentralen Zylinder (9) in axialer Richtung durchdrungen ist, der über das offene Ende der zirkular polarisierten Antenne (3) vorsteht und insbesondere den Gegenpol zu jedem der Segmente (7a - d) der zirkular polarisierten Antenne (3) darstellt, und insbesondere
    - in dem hohlen Zylinder (9) das Anpassnetzwerk für das gesamte Antennenmodul (1), insbesondere für die zirkular polarisierte Antenne (3), angeordnet ist.
  4. Antennenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Kreuzfaltdipol-Antenne (3) vier Kreuzfaltdipol-Segmente (7a-7d) aufweist, die von den Schlitzen (8) begrenzt sind und vorzugsweise jeweils eine Abstützung (7e-7h) aufweisen, die im Wesentlichen radial zum zentralen Zylinder (9) hin orientiert sind und das jeweilige Segment mit dem Zylinder (9) verbinden, wobei die Abstützungen (7e-h) so ausgebildet sind, dass sie als kapazitive Belastung wirken, und/oder
    - jeweils zwischen zwei Kreuzfaltdipol-Segmenten (7a-7d) ein Breitband-dipol -Segment (7i-l) angeordnet ist, welches vorzugsweise schmaler als die Kreuzfaltdipol-Segmente (7a-7d) ist und so ausgebildet ist, dass es die Welligkeit der omnidirektionalen Strahlung der Breitband-dipol-Antenne (2) verringert.
  5. Antennenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    - an einem freien Überstand (13) des Zylinders (9) über die zirkular polarisierte Antenne (3) hinaus eine den Zylinder (9) konzentrisch und fast vollständig umgebende Schleifenantenne (4) als Empfangs- und/oder Sendeantenne angeordnet ist, wobei die Schleifenantenne (4) vorzugsweise der Form eines vierblättrigen Kleeblatts oder eines Quadrats mit nach innen gebogenen Kanten entspricht, wobei die Blätter des Kleeblatts oder die abgerundeten Ecken des Quadrats in einer Aufsicht vorzugsweise in den Bereichen zwischen den Kreuzfaltdipol-Segmenten (7a-7d) angeordnet sind, und/oder
    - auf dem freien stirnseitigen Ende des Zylinders (9) eine Spiralantenne (5), insbesondere umfassend zwei Spiral-Arme (5a, 5b), angeordnet ist.
  6. Antennenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Einspeisung in die Kreuzfaltdipol-Antenne (3) jeweils zwischen den jeweilig freien, oberen Enden der Kreuzfaltdipol-Segmente (7a - d) der Außenschale der Kreuzfaltdipol-Antenne (3) und der aus elektrisch leitendem Material bestehende Außenumfangswand des Zylinders (9) erfolgt.
  7. Antennenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    - entlang der Symmetrieachse (A) der linear polarisierten Antenne (2) ein feldfreies Rohr (12) angeordnet ist, wobei durch das feldfreie Rohr (12) die Signalzuführung zu den oberen Antennen (3, 4, 5) verlaufen, und/oder
    - das feldfreie Rohr (12) an das untere Ende des Zylinders (9) angeschlossen ist und/oder einstückig mit diesem ausgebildet ist.
  8. Antennenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    zwischen der unteren Halbschale (6) und dem feldfreien Rohr (12) ein Hohlraum besteht, in dem ein pyramidenförmiges Absorbermaterial mit nach oben ragender Spitze angeordnet ist, um die Mantelwellenausbreitung auf dem feldfreien Rohr (12) zu unterdrücken.
  9. Antennenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Außenkontur der Halbschalen (6,7) der linear polarisierten Antenne (2) geometrische Formen in etwa entsprechend den Verläufen von Exponentialfunktionen aufweisen, wobei
    - die obere Halbschale (7) vorzugsweise vom Bereich zwischen den beiden Halbschalen (6,7) ausgehend nach oben einen in etwa exponentiellen Verlauf aufweist, und/oder
    - die untere Halbschale (6) vorzugsweise vom Bereich zwischen den beiden Halbschalen (6,7) ausgehend nach unten in etwa einen exponentiellen Verlauf aufweist, und so ausgebildet ist, dass sie bei hohen Frequenzen, insbesondere von 400 - 3000 MHz, dieselbe Eingangsimpedanzcharakteristik wie eine Vivaldiantenne aufweist.
  10. Antennenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Einspeisepunkte für die linear polarisierte Antenne (2) im Bereich zwischen den beiden Halbschalen (6,7) liegen.
  11. Antennenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Signalzuführung zur linear polarisierten Antenne (2), zur zirkular polarisierten Antenne (3), zur Schleifenantenne (4) und zur Spiralantenne (5) jeweils in einem Koaxialkabel (16, 17, 18, 19) erfolgt, wobei die Koaxialkabel (16, 17, 18, 19) nebeneinander angeordnet sind und innerhalb des feldfreien Rohrs (12) verlaufen.
  12. Antennenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Zylinder (9) am Boden der oberen Halbschale (7) aufsitzt und mit dieser elektrisch leitend verbunden ist.
  13. Antennenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kreuzfaltdipol - Segmente (7a - d) der oberen Halbschale (7) von der Stelle (15) ihres radial größten Abstandes aus zum freien Ende hin sich wieder an die Symmetrieachse (A) annähern und die Kreuzfaltdipol-Antenne (3) insbesondere die Form einer in die Länge gezogenen Kugel aufweist, die axial insbesondere länger ist als die axiale Länge der unteren Halbschale (6).
  14. Antennenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Einspeisung in die vier Kreuzfaltdipol - Segmente (7a - d) mit 90° Phasenversatz zueinander erfolgt, indem in dem Zylinder (9) ein Phasenschieber angeordnet ist, über den die Einspeiseleitungen verlaufen und/oder
    - die Form und Positionierung der Kreuzfaltdipol-Antenne (2) und der unteren Halbschale (6) so gewählt sind, dass die Kreuzfaltdipol-Antenne (3) und die Breitbanddipol-Antenne (2) voneinander ungestört sind.
  15. Antennenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    - bei der Spiralantenne (5) die Anpassung der Antenne durch die Formgebung der Arme (5a, b) am Speisepunkt erreicht wird und/oder
    - der mit seinem inneren Ende an dem Innenleiter des Koaxialkabels (19) angeschlossene Arm der Spiralelemente (5) am äußeren Ende elektrisch leitend mit dem Außenleiter des Koaxialkabels (19) verbunden ist, insbesondere indirekt über einen unter der Spiralantenne (5) angeordneten Reflektor.
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