EP3120412B1 - Vorrichtung zum senden- und/oder empfangen von elektromagnetischen wellen - Google Patents

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EP3120412B1
EP3120412B1 EP15711469.5A EP15711469A EP3120412B1 EP 3120412 B1 EP3120412 B1 EP 3120412B1 EP 15711469 A EP15711469 A EP 15711469A EP 3120412 B1 EP3120412 B1 EP 3120412B1
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EP
European Patent Office
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antenna
operating mode
use position
carrier element
another
Prior art date
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Active
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EP15711469.5A
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English (en)
French (fr)
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EP3120412A1 (de
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Hans-Werner Müller
Marten Callsen
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ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/34—Adaptation for use in or on ships, submarines, buoys or torpedoes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/1235—Collapsible supports; Means for erecting a rigid 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
    • 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
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/40—Element having extended radiating surface

Definitions

  • the present invention relates to a device for transmitting and / or receiving electromagnetic waves with an antenna unit, which can be moved between a stowed in a support member stowed position and an extended from the support member use position.
  • Such devices are well known and are commonly used on submarines with retractable antenna masts to keep the antenna unit in a retracted stowed position in the antenna mast during dive travel, and extend the antenna unit to the use position of the antenna mast only when surfacing or at sea depth.
  • Antennas with a correspondingly thick design are broadband antennas, which do not have to be continuously tuned over wide frequency ranges and are therefore suitable for ECCM operation. Furthermore, vertical rod antennas are mainly suitable for ground wave propagation and thus for local traffic due to their flat radiation characteristics. Dipole antennas are suitable for long-distance operation (also referred to as DX operation) due to their steeper radiation characteristic, since long-distance operation is based on the reflection of radio waves at the ionosphere, while the radio waves from rod antenna primarily as surface and bumps through the troposphere spread along the earth's surface. In the presence of both antenna systems - rod antenna and dipole antenna - it is possible to provide the connected radios with the most powerful antenna, which contributes to the reduction of interference effects (antenna diversity).
  • a snorkel device with a communication device is known.
  • an antenna with at least three emitters is known.
  • a disadvantage of the use of multiple retractable and extendable antennas in moving antenna masts in submarines is that thick and heavy mast systems for receiving the individual antenna elements and the associated input and Ausfahrmechanismen are necessary.
  • large antenna mast systems lead to an increased betrayal risk for the submarine due to optical or radar-based detection.
  • DX and local operation ECCM operation
  • antenna diversity operation a different transmission and reception requirements
  • a device for transmitting and / or receiving electromagnetic waves in particular for a submarine, wherein the device comprises an antenna unit with a first antenna element and a second antenna element, wherein the antenna unit between a retracted into a support member stowage position and a in the use position, the antenna unit is selectively operable in a first operating mode and in a second operating mode and wherein the first antenna element and the second antenna element in the first operating mode to a dipole antenna and in the second operating mode to a monopole Antenna are interconnected.
  • the device according to the invention has the advantage over the prior art that the antenna unit can be operated in two different operating modes, the first operating mode and the second operating mode, without requiring different antennas for each operating mode.
  • the total number of antenna elements required is thus reduced, whereby the optionally acting as an antenna mast support member for the antenna unit can be kept compact, resulting in a reduction of betrayal danger of the submarine (less water resistance, less turbulence, lower optical detectability, lower Radarrückstrahl nature).
  • the first mode of operation comparatively good transmission and reception services for long-distance operation (also referred to as DX operation, DX stands for "Distance") in shortwave radio (RF radio, high frequency) achieved by the first and the second antenna element to a common dipole antenna are interconnected, since the dipole antenna emits primarily space waves that are reflected at the ionosphere and thus can travel long distances.
  • the second operating mode makes it possible to connect the first and the second antenna element to a common monopole antenna, which corresponds in particular to a short, thick rod antenna with a corresponding broadband characteristic.
  • this antenna shape has good transmission and reception powers in the vicinity of the shortwave band (RF radio, high frequency), since the radio waves of rod antennas propagate primarily as surface waves and bumps through the troposphere along the earth's surface, and on the other hand is additionally due to the broadband suitable for Frequency Hopping operation.
  • the optimal antenna system can be selected, resulting in an antenna diversity (antenna diversity operation).
  • the device has a switching device which is configured for switching the antenna unit between the first and the second operating mode, wherein in the first operating mode, the first and the second antenna element by means of the switching means electrically isolated from each other and each with a signal conductor are connected and wherein in the second operating mode, the first and the second antenna element by means of the switching means are electrically conductively connected to each other and to a signal conductor.
  • the switching device allows Advantageously, a fast switching between the first and the second operating mode, so that depending on the current communication request, the optimal antenna configuration in radio frequency radio is selectable.
  • the switching device is preferably realized via vacuum relays, which are arranged in particular in a pressure vessel in the upper region (also referred to as the free end) of the carrier element.
  • the first antenna element and the second antenna element are each formed parabolic, wherein the first antenna element and the second antenna element preferably made of an elastic material, for example, in each case a flexible rod made of glass fiber reinforced plastic with internal metal and preferably copper strand , are made.
  • the first and the second antenna element each have a curved shape due to their parabolic shape. It is conceivable, for example, that the first and the second antenna element each substantially comprise the shape of the circumference of a circle segment of a quarter circle. In this way, a space-compact dipole antenna, in particular in partial areas approximately V-shaped realize.
  • the first antenna element has a first free end region and a first guided end region and wherein the second antenna element has a second free end region and a second guided end region, wherein the first free end region and the second free end region in the Jam position are arranged substantially parallel to each other in the carrier element and are aligned in the use position substantially at an angle or preferably anti-parallel to each other and arranged outside of the carrier element.
  • the first guided end region and the second guided end region are preferably arranged substantially at an angle to one another in the use position and are optionally arranged substantially parallel to one another within the carrier element in the stowed position.
  • the first and the second antenna element can thus extend through a comparatively small output opening in the free end or upper region of the carrier element, the first free end region of the first antenna element and the second free end region of the second antenna element moving apart in a fan-like manner during extension and the dipole antenna for the first operating state is thus "spanned".
  • the first free end region and the second free end region in the position of use, preferably have anti-parallel in opposite directions, so that the second operating mode can be achieved by the two antenna elements in the same spatial arrangement. For both operating modes, therefore, good transmission and reception performance can be achieved.
  • the antennas are automatically pivoted when entering the guide tubes or when extending from the guide tubes.
  • the first and second guide tubes each comprise a rectilinear lower course and a curved upper course.
  • the device has at least one guide element coupled to the antenna unit, which is movable for extending the antenna unit out of the carrier element and for retracting the antenna unit into the carrier element in a guideway within the carrier element.
  • the guide member can be retracted together with the antenna unit, for example, when the submarine goes on dive trip and no communication in the high-frequency band is needed.
  • the device preferably has a drive mechanism and in particular a cable pull mechanism which is designed to move the at least one guide element in the guide track, wherein the guide track in the region of an outlet opening provided on the carrier element for the antenna unit is a curve segment for tilting the antenna unit or the first and second Antenna element comprises.
  • a connection point between the drive mechanism and the at least one guide element allows tilting of the antenna unit at the intended outlet opening caused by the curve segment.
  • the guide element tilts in the direction of travel to the rear, when the guide element reaches the upper stop of the guideway and thus also the outlet opening at the free end of the support element.
  • the first and the second antenna element in the use position are advantageously inclined slightly backwards.
  • contacts are preferably arranged which respectively contact the first and second antenna elements and connect them to the switching device. The switching device then connects the respective antenna element with the separate signal conductors (first operating mode) or with the signal conductor and the ground (second operating mode), depending on the operating mode set.
  • the device preferably has a first guide element, which is coupled to the first antenna element, and a second guide element, which is coupled to the second antenna element, which in each case is movable in a separate guide track within the carrier element and can be driven by means of the common drive mechanism.
  • the respective coupling between the antenna element and the guide element further allows the tilting of the antenna element in the position of use at the outlet opening.
  • the carrier element between a retracted into a structure of the Uboots non-use position and an extended from the structure position of use is movable.
  • the carrier element preferably comprises an antenna mast for the submarine.
  • the cross section of the antenna mast is preferably streamlined and particularly preferably teardrop-shaped. It is conceivable that the antenna mast in the direction of travel of the submarine on its front side is round and has at its rear a long trailing edge, which reduces the water resistance and visible on the surface of the water turbulence.
  • Another object of the present invention is a method for operating a, in particular inventive device for transmitting and / or receiving electromagnetic waves, wherein an antenna unit having a first and second antenna element between a retracted into a support member stowed position and extended from the carrier element use position is operated, wherein in the use position, the antenna unit is selectively operated in a first operating mode or in a second operating mode and wherein the first and second antenna element in the first operating mode to a dipole antenna and in the second operating mode are interconnected to form a monopole antenna.
  • the method according to the invention makes it possible to operate the antenna unit in two different operating modes without the need for separate antenna elements for each operating mode. This results in that additional antenna elements can be saved and thus a comparatively simple, inexpensive and space-compact device for transmitting and / or receiving electromagnetic waves can be provided.
  • the first and the second antenna are electrically isolated from each other and each connected to a signal conductor and wherein in the second operating mode, the first and the second antenna element are electrically conductively connected to each other and to a signal conductor.
  • a dipole antenna is thus realized in the first operating mode, which comparatively good transmission and reception services for long-distance operation (also referred to as DX operation, DX stands for "Distance") in shortwave radio (RF radio, high frequency) reached in that the first and the second antenna element are interconnected to form a common dipole antenna, since the dipole antenna emits primarily space waves, which are reflected at the ionosphere and thus can travel long distances.
  • a common monopole antenna is realized, ie a short, thick rod antenna, which comparatively good transmission and reception services for the short-range radio (RF radio, high frequency) provides, since the radio waves of rod antennas primarily as surfaces - and bumps propagate through the troposphere along the earth's surface.
  • the switching process is preferably realized by means of vacuum relays.
  • a first free end region of the first antenna element and a second free end region of the second antenna element are arranged essentially at an angle or preferably antiparallel to one another.
  • a fan-shaped dipole antenna is thus realized, with which, in particular for the first operating mode, comparatively good transmitting and receiving powers can be achieved.
  • the first free end region and the second free end region in the position of use also show almost antiparallel in opposite directions, so that in the second operating mode, the rod-shaped monopole antenna can also be approximated well by the two antenna elements, so that also in the second operating mode good transmission and reception performance can be achieved.
  • the first antenna element is moved through an at least partially curved first guide tube and the second antenna element through an at least partially curved second guide tube.
  • the carrier element is moved between a retracted into a structure of the Uboots non-use position and an extended from the structure position of use.
  • FIGS. 1a and 1b 12 are schematic sectional views of an apparatus 1 for transmitting and / or receiving electromagnetic waves according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the device 1 comprises a carrier element 2, which acts as an antenna mast for an antenna unit 13.
  • the carrier element 2 is integrated in a structure 3 of a submarine and can be placed between the in FIG. 1 shown retracted non-use position in which the carrier element 2 is fully retracted into the structure 3, and one in FIG. 2 shown extended use position, in which the support member 2 protrudes perpendicularly from the structure of the submarine, are moved.
  • a lifting cylinder 29 is arranged, by means of which the carrier element 2 is moved between the non-use position and the use position.
  • a partially curved first guide tube 4 and a partially curved second guide tube 5 are arranged (see FIG. 4a ).
  • the first and second guide tubes 4, 5 extend in their upper region in each case curved and preferably in its lower region in a straight line.
  • a first antenna element 6 and in the second guide tube 5 a second antenna element 7 is arranged in the first guide tube 4, a first antenna element 6 and in the second guide tube 5, a second antenna element 7 is arranged.
  • the first and the second antenna element 6, 7 form the antenna unit 13 and are each between the in FIG. 1a shown jam position 34, in which the first and second antenna element 6, 7 within the first and second guide tube 4, 5 and thus also completely within the support member 2 are arranged, and the in FIG.
  • both antenna elements 6, 7 are each connected to a guide element 8 designed as a guide carriage (see FIGS. 3a and 3b ), which is guided in each case in a guideway 9 within the support member 2 slidably.
  • the guide track 9 extends substantially in the axial direction of the carrier element 2.
  • the guide elements 8 are coupled to a drive mechanism in the form of a cable pull mechanism 10, with which each guide element 8 along the corresponding guide track 9 is movable to the associated antenna element 6, 7 between the Jam position 34 and the use position 35 to proceed.
  • the guideway 9 has a curved segment 36, which is inclined backwards, counter to the direction of travel 14 of the submersible.
  • the guide element 8 tips backwards, so that the first and the second antenna element 6, 7 in the use position 35 are inclined backwards counter to the direction of travel 14.
  • the first and the second antenna element 6, 7 are preferably made of a flexible or elastic material.
  • the antenna unit 13 can be operated in two different operating modes, a first operating mode 15 and a second operating mode 16.
  • the first operating mode 15 the first and second antenna element 6, 7 by means of a switching device 17th connected to a dipole antenna 18 (see FIG. 5a ).
  • the switching device 17 connects the first antenna element 6 to a first signal conductor 19 and the second antenna element 7 to a second signal conductor 20.
  • the dipole antenna 18 has comparatively good transmitting and receiving powers for long-distance operation (also referred to as DX mode; for "Distance”) in shortwave radio (RF radio, high frequency), since the dipole antenna 18 emits primarily space waves that are reflected at the ionosphere and thus can travel long distances.
  • the first and second antenna elements 6, 7 are connected by means of the switching device 17 to form a common monopole antenna 21.
  • the first and second antenna elements 6, 7 are electrically conductively connected to each other and to a common signal conductor 22.
  • the first and second antenna element 6, 7 act as a short, thick rod antenna.
  • the monopole antenna 21 provides comparatively good transmission and reception powers for the short-range radio frequency (RF radio, high frequency), since their radio waves propagate primarily as surface waves and bumps through the troposphere along the earth's surface.
  • the switching device 17 allows rapid switching between the first and the second operating mode 15, 16. It is conceivable that the switching device 17 for this purpose comprises a vacuum relay, which is arranged in a pressure vessel 23 in the carrier element 2.
  • the first antenna element 6 has a first free end region 24, which protrudes freely in the use position 35, and a first guided end region 25, to which the first antenna element 6 is connected to the corresponding guide element 8.
  • the second antenna element 7 has a second free end region 26, which also protrudes freely in the use position 35, and a second guided end region 27, to which the second antenna element 7 is connected to the associated guide element 8.
  • the first antenna element 6 and the second antenna element 7 are each parabolic, ie each antenna element 6, 7 has substantially the shape of the circumference of a circle segment.
  • the first and second antenna element 6, 7 are each aligned with each other so that in the use position 35, the first free end portion 24 and the second free end portion 26 show almost anti-parallel in opposite directions, which are aligned substantially perpendicular to the direction of travel 14 of the submarine.
  • the first and second free end regions 24, 26 may also be arranged only at an angle to one another.
  • the first guided end portion 25 and the second guided end portion 27 are in the use position 35 in the region of the outlet opening 11 on the carrier element 2 and are therefore aligned at an angle to each other, since the guide tubes 4, 5 are curved in this area.
  • the first and the second antenna element 6, 7 therefore essentially form a V-shaped arrangement which is inclined backwards in the use position 35 and is inclined backwards in the direction of travel 14.
  • the antenna elements 6, 7 are transferred into the respective guide elements 4, 5 curved within the carrier element 2 in accordance with the antenna elements 6, 7, so that in the stowed position 34 the first free end area now exists 24 and the second free end portion 26 adjacent to the exit opening 11 and are arranged at an angle to each other (since the guide tubes 4, 5 are curved in this area), while the first guided end portion 25 and the second guided end portion 27 in the stowage position 34 spaced from each other are and preferably parallel (since the guide tubes 4, 5 in this area in each case run in a straight line) are arranged.
  • the above-described alignment of the first and second antenna 6, 7 in the storage and use position 35 is effected solely by the extension and retraction into the fixed and curved guide tubes 4, 5 by means of the guide elements eighth
  • FIG. 2 shows schematic detail views of the device 1 according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • the area of the free end 12 of the carrier element 2 is illustrated enlarged.
  • a guide element 8 can be seen, which is guided in a guideway 9.
  • the guideway 9 extends in the axial direction within the support member 2 and has at its illustrated upper end of the curve segment 36, which leads to tilting of the support member 2 in its uppermost end position.
  • the guide element 8 comprises a guide carriage, which is provided with two rollers, which slide along the wall of the guide track 9 along.
  • the carriage is coupled at one end via a coupling bracket with a cable of the cable mechanism 10.
  • the respective antenna element 6, 7 is coupled to the guide carriage.
  • the cable is deflected several times within the support member 2 via pulleys.
  • the guide carriage can be moved along the guide track within the carrier element 2 in order to move the antenna elements 6, 7 between the stowage position 34 and the use position 35.
  • the pressure vessel 23 is further shown, in which the switching device 17 is arranged in particular in the form of the vacuum relay.
  • contacts 30 are arranged in the upper region of the guide rail, via which an electrically conductive contact between the switching device 17 and each of the first and second antenna element 6, 7 is produced when the antenna unit 13 in the use position 35th located.
  • the interconnection of the antenna unit 13 in the first or second operating mode 15, 16 takes place - as described above - by means of and within the switching device 17.
  • FIG. 2b is a cross-sectional view of the running in the guideway 9 guide member 8 illustrated.
  • a contact 30 for producing the electrically conductive connection between one of the two antenna elements 6, 7 and the switching device 17 is in Figure 2c shown. It can be seen that a contact finger 31 connected to the antenna element 6, 7 and the guide element 8 is inserted into a contact receptacle 32 connected to the switching device 17 when the carrier element 8 reaches its upper end position within the guide track 9. In the use position 35, the contact between the antennas 6, 7 and the switching device 17 is produced in this way.
  • FIG. 12 shows schematic cross-sectional views of the device 1 according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3a is the cross section of the support member 2 in the region of the opening 37 in the structure 3 of the submarine (see FIG. 1b ).
  • the two guide tracks 9 for the corresponding guide elements 8 of the first and second antenna element 6, 7 are arranged inside the carrier element 2.
  • the two guideways 9 are arranged at an angle to each other.
  • the two antenna elements 6, 7 in the position of use therefore also in a bird's eye view, that is arranged with respect to a horizontal plane, V-shaped.
  • a clamping device 28 is arranged, which serves to lock the cable.
  • 3b is a cross section of the support member 2 in the region of the free end 12 is illustrated, wherein within the support member 2, the first guide tube 4 for the first antenna element 6 and the second guide tube 5 for the second antenna element 7 can be seen.
  • the pressure vessel 23 is arranged in the rear region of the carrier element 2.
  • FIGS. 4a and 4b 2 schematic schematic diagrams of the antenna unit 13 of the device 1 according to the exemplary embodiment of the present invention are shown interconnected once in the first operating mode 15 and once in a second operating mode 16.
  • the different interconnection is illustrated for the sake of clarity only by way of example and purely schematically with reference to a coaxial antenna cable.
  • the first antenna element 6 is connected to the acting as a signal conductor 19 inner conductor of the coaxial cable and the second antenna element 7 with the jacket-shaped outer conductor of the coaxial cable, in which case the outer conductor is used as a further signal conductor 20.
  • the first and second antenna elements 6, 7 are thus interconnected to the dipole antenna 18.
  • the second operating mode 16 is in figure 5b wherein the first and the second antenna element 6, 7 are electrically conductively connected to one another and to the inner conductor of the coaxial cable functioning as signal conductor 22.
  • the outer conductor of the coaxial cable is used here in the usual way only to the shield 33 is therefore grounded.
  • first and second antenna elements 6, 7 are parabolic in shape and, in the use position 35, are fan-shaped and arranged in a V-shape.
  • the first free end portion 24 and the second free end portion 26 are anti-parallel in opposite directions while the first guided end portion 25 and the second guided end portion 28 are adjacent and nearly parallel to each other.
  • FIGS. 5a to 5c shows schematic views of a device 1 according to an alternative further embodiment of the present invention.
  • FIG. 5a is a schematic rear view of the device 1 along the direction of travel 14 of the submarine
  • FIG. 5b a plan view of the device 1
  • FIG. 5c a side view of the device 1 shown.
  • the further embodiment is substantially similar to that of FIGS. 1a to 4b illustrated and described previous embodiment, wherein, in contrast to the further embodiment, only the first and second guide tube 4, 5 intersect along the direction of travel 14.
  • both guide tubes 4, 5 extend in a curved manner in their upper area in a plane perpendicular to the direction of travel 14 and extend parallel to one another in their lower area (cf. FIG.
  • both guide tubes 4, 5 intersect. In a plane parallel to the direction of travel 14, both guide tubes 4, 5 are likewise curved (cf. FIG. 5c ). At the upper end of the guide tubes 4, 5, the two antenna elements 6, 7 are shown, which are enclosed by insulators.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)
  • Support Of Aerials (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Senden- und/oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen mit einer Antenneneinheit, welche zwischen einer in ein Trägerelement eingefahrenen Stauposition und einer aus dem Trägerelement ausgefahrenen Gebrauchsposition verfahrbar ist.
  • Solche Vorrichtungen sind allgemein bekannt und werden üblicherweise auf Ubooten mit ausfahrbaren Antennenmasten verwendet, um die Antenneneinheit während der Tauchfahrt in einer eingefahrenen Stauposition im Antennenmast zu belassen und nur beim Auftauchen oder bei Fahrt in Seerohrtiefe die Antenneneinheit in die Gebrauchsposition aus dem Antennenmast auszufahren.
  • Bei den bekannten Antennenanlagen für Uboote werden ferner üblicherweise unterschiedliche Antennen für verschiedene Sende- und Empfangsanforderungen verwendet, um jederzeit optimale Sende- und Empfangsbedingungen bereitstellen zu können. Für den Kurzwellenfunk (HF-Funk, High Frequency) kommen auf Ubooten fast ausschließlich vertikale Stabantennen (Monopol-Antennen) zum Einsatz. Diese Antennen sind aufgrund ihrer schlanken Bauform sogenannte Schmalbandantennen, d.h. die Antenne muss schon bei kleinsten Frequenzwechseln durch Antennenanpassgeräte nachgestimmt werden. Damit sind Schmalbandantennen für elektronische Gegenmaßnahmen (ECCM: Electric Counter Counter Measures) gegen Störsender ungeeignet, da die Gegenmaßnahmen gegen Störsender zumeist auf schnellen Frequenzwechseln (Frequency Hopping) beruhen und Antennenanpassgeräte üblicherweise zu langsam abstimmen. Antennen mit entsprechend dicker Bauform sind Breitbandantennen, die über weite Frequenzbereiche nicht ständig nachgestimmt werden müssen und somit für ECCM-Betrieb geeignet sind. Weiterhin sind vertikale Stabantennen aufgrund ihrer flachen Abstrahlcharakteristik vornehmlich für Bodenwellenausbreitung und damit für den Nahverkehr geeignet. Dipolantennen sind aufgrund ihrer steileren Abstrahlcharakteristik für den Weitverkehrsbetrieb (auch als DX-Betrieb bezeichnet) geeignet, da der Weitverkehrsbetrieb auf der Reflexion von Funkwellen an der Ionosphäre basiert, während sich die Funkwellen von Stabantenne vornehmlich als Oberflächen- und Bodenwellen durch die Troposphäre entlang der Erdoberfläche ausbreiten. Bei Existenz beider Antennensysteme - Stabantenne und Dipolantenne - besteht die Möglichkeit, den angeschlossenen Funkgeräten die leistungsstärkste Antenne zur Verfügung zu stellen, was zu Reduzierung von Interferenz-Effekten (antenna diversity) beiträgt.
  • Aus der DE 103 08 366 B3 ist eine Schnorchelvorrichtung mit einer Kommunikationseinrichtung bekannt.
  • Aus der DE 102 39 874 B3 ist eine Antenne mit wenigstens drei Strahlern bekannt.
  • Aus der US 5 764 195 A ist eine Antenne mit vier abstrahlenden Elementen bekannt.
  • Aus der US 2008/278407 A1 ist eine Antenne für die maritime Kommunikation bekannt.
  • Nachteilig an der Verwendung von mehreren ein- und ausfahrbaren Antennen in beweglichen Antennenmasten bei Ubooten ist, dass dicke und schwere Mastsysteme zur Aufnahme der einzelnen Antennenelemente und der zugehörigen Ein- und Ausfahrmechanismen notwendig sind. Zudem führen große Antennenmastsysteme zu einer erhöhten Verratsgefahr für das Uboot aufgrund optischer oder radargestützter Detektion.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist daher die Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zum Senden- und/oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen zur Verfügung zu stellen, welche einerseits den unterschiedlichen Sende- und Empfangsanforderungen (DX- und Local-Betrieb, ECCM-Betrieb, Antennen-Diversity-Betrieb) Rechnung trägt und andererseits eine kompaktere Bauweise des Trägerelements (Verringerung der Verratsgefahr) ermöglicht.
  • Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung zum Senden- und/oder Empfangen von elektromagnetische Wellen, insbesondere für ein Uboot, wobei die Vorrichtung eine Antenneneinheit mit einem ersten Antennenelement und einem zweiten Antennenelement aufweist, wobei die Antenneneinheit zwischen einer in ein Trägerelement eingefahrenen Stauposition und einer aus dem Trägerelement ausgefahrenen Gebrauchsposition verfahrbar ist, wobei in der Gebrauchsposition die Antenneneinheit wahlweise in einem ersten Betriebsmodus und in einem zweiten Betriebsmodus betreibbar ist und wobei das erste Antennenelement und das zweite Antennenelement im ersten Betriebsmodus zu einer Dipol-Antenne und im zweiten Betriebsmodus zu einer Monopol-Antenne miteinander verschaltet sind.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die Antenneneinheit in zwei verschiedenen Betriebsmodi, dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus, betreibbar ist, ohne dass für jeden Betriebsmodus unterschiedliche Antennen notwendig sind. Die Gesamtanzahl der benötigen Antennenelemente wird somit reduziert, wodurch das gegebenenfalls als Antennenmast fungierende Trägerelement für die Antenneneinheit kompakt gehalten werden kann, was zu einer Verringerung der Verratsgefahr des Uboots (weniger Wasserwiderstand, weniger Verwirbelungen, geringere optische Detektierbarkeit, geringere Radarrückstrahlfläche) führt. Im ersten Betriebsmodus werden dabei vergleichsweise gute Sende- und Empfangsleistungen für den Weitverkehrsbetrieb (auch als DX-Betrieb bezeichnet; DX steht für "Distance") im Kurzwellenfunk (HF-Funk, High Frequency) erreicht, indem das erste und das zweite Antennenelement zu einer gemeinsamen Dipol-Antenne verschaltet werden, da die Dipol-Antenne vornehmlich Raumwellen ausstrahlt, die an der Ionosphäre reflektiert werden und somit große Distanzen zurücklegen können. Gleichzeitig ermöglicht der zweite Betriebsmodus eine Verschaltung des ersten und des zweiten Antennenelements zu einer gemeinsamen Monopol-Antenne, was insbesondere einer kurzen, dicken Stabantenne mit entsprechender Breitbandcharakteristik entspricht. Diese Antennenform weist einerseits gute Sende- und Empfangsleistungen im Nahbereich des Kurzwellenbandes (HF-Funk, High Frequency) auf, da sich die Funkwellen von Stabantennen vornehmlich als Oberflächen- und Bodenwellen durch die Troposphäre entlang der Erdoberfläche ausbreiten, und ist andererseits durch die Breitbandigkeit zusätzlich für Frequenzsprung-Betrieb (Frequency Hopping) geeignet. Vorteilhafterweise kann insbesondere durch das Vorhandensein von zwei unterschiedlichen Antennensystemen (Dipolantenne und Stabantenne) auf einem Antennenmast durch eine nachgeschaltete Funkanlage hinsichtlich der augenblicklichen Empfangs-/Sendeleistung das optimale Antennensystem ausgewählt werden, was zu einer Antennendiversität (Antenna Diversity Betrieb) führt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Schalteinrichtung aufweist, welche zum Umschalten der Antenneneinheit zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus konfiguriert ist, wobei im ersten Betriebsmodus das erste und das zweite Antennenelement mittels der Schalteinrichtung elektrisch voneinander isoliert und jeweils mit einem Signalleiter verbunden sind und wobei im zweiten Betriebsmodus das erste und das zweite Antennenelement mittels der Schalteinrichtung elektrisch leitfähig miteinander und mit einem Signalleiter verbunden sind. Die Schalteinrichtung ermöglicht vorteilhafterweise ein schnelles Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus, so dass je nach aktueller Kommunikationsanforderung die optimale Antennenkonfiguration im Hochfrequenzfunk auswählbar ist. Die Schalteinrichtung wird vorzugsweise über Vakuumrelais realisiert, welche insbesondere in einem Druckbehälter im oberen Bereich (auch als freies Ende bezeichnet) des Trägerelements angeordnet sind.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das erste Antennenelement und das zweite Antennenelement jeweils parabelförmig ausgebildet sind, wobei das erste Antennenelement und das zweite Antennenelement vorzugsweise aus einem elastischen Material, beispielsweise jeweils ein flexibler Stab aus glasfaserverstärktem Kunststoff mit innenliegender Metall- und vorzugsweise Kupferlitze, gefertigt sind. In vorteilhafter Weise weisen das erste und das zweite Antennenelement aufgrund ihrer Parabelform jeweils eine gekrümmte Form auf. Denkbar ist beispielsweise, dass das erste und das zweite Antennenelement jeweils im Wesentlichen die Form des Umfangs eines Kreissegments eines Viertelkreises umfassen. Auf diese Weise lässt sich eine bauraumkompakte Dipolantenne, insbesondere in Teilbereichen annähernd V-förmig, realisieren.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das erste Antennenelement einen ersten freien Endbereich und einen ersten geführten Endbereich aufweist und wobei das zweite Antennenelement einen zweiten freien Endbereich und einen zweiten geführten Endbereich aufweist, wobei der erste freie Endbereich und der zweite freie Endbereich in der Stauposition im Wesentlichen parallel zueinander im Trägerelement angeordnet sind und in der Gebrauchsposition im Wesentlichen winklig oder vorzugsweise antiparallel zueinander ausgerichtet und außerhalb des Trägerelements angeordnet sind. Der erste geführte Endbereich und der zweite geführte Endbereich sind in der Gebrauchsposition vorzugsweise im Wesentlichen winklig zueinander angeordnet sind und in der Stauposition optional im Wesentlichen parallel zueinander innerhalb des Trägerelements angeordnet. Vorteilhafterweise lassen sich das erste und das zweite Antennenelement somit durch eine vergleichsweise kleine Ausgangsöffnung im freien Ende bzw. oberen Bereich des Trägerelements ausfahren, wobei der erste freie Endbereich des ersten Antennenelements und der zweite freie Endbereich des zweiten Antennenelements beim Ausfahren fächerartig auseinanderbewegen und die Dipolantenne für den ersten Betriebszustand somit "aufgespannt" wird. Der erste freie Endbereich und der zweite freie Endbereich zeigen in der Gebrauchsstellung zudem vorzugsweise antiparallel in entgegengesetzte Richtungen, so dass der zweite Betriebsmodus stabförmigen Monopolantenne durch die beiden Antennenelemente in gleicher räumlicher Anordnung erreicht werden kann. Für beide Betriebsmodi sind somit gute Sende- und Empfangsleistungen zu erzielen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass innerhalb des Trägerelements ein zumindest teilweise gekrümmtes erstes Führungsrohr, in welchem die erste Antenne verschiebbar gelagert ist, und ein zumindest teilweise gekrümmtes zweites Führungsrohr, in welchem die zweite Antenne verschiebbar gelagert ist, angeordnet sind. In vorteilhafter Weise werden die Antennen beim Einfahren in die Führungsrohre bzw. beim Ausfahren aus den Führungsrohren automatisch verschwenkt. Vorzugsweise umfasst das erste und zweite Führungsrohr jeweils einen geradlinigen unteren Verlauf und einen gekrümmten oberen Verlauf.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vorrichtung wenigstens ein mit der Antenneneinheit gekoppeltes Führungselement aufweist, welches zum Ausfahren der Antenneneinheit aus dem Trägerelement und zum Einfahren der Antenneneinheit in das Trägerelement in einer Führungsbahn innerhalb des Trägerelements bewegbar ist. In vorteilhafter Weise kann das Führungselement zusammen mit der Antenneneinheit eingefahren werden, beispielsweise wenn das Uboot auf Tauchfahrt geht und keine Kommunikation im Hochfrequenzband benötigt wird. Die Vorrichtung weist vorzugsweise eine Antriebsmechanik und insbesondere eine Seilzugmechanik auf, welche zum Bewegen des wenigstens einen Führungselements in der Führungsbahn ausgebildet ist, wobei die Führungsbahn im Bereich einer für die Antenneneinheit vorgesehenen Austrittsöffnung am Trägerelement ein Kurvensegment zum Kippen der Antenneneinheit bzw. des ersten und zweiten Antennenelements umfasst. Eine Verbindungsstelle zwischen der Antriebsmechanik und dem wenigstens einen Führungselement lässt dabei ein Kippen der Antenneneinheit an der vorgesehenen Austrittsöffnung verursacht durch das Kurvensegment zu. In vorteilhafter Weise kippt das Führungselement in Fahrtrichtung nach hinten, wenn das Führungselement den oberen Anschlag der Führungsbahn und somit auch die Austrittsöffnung am freien Ende des Trägerelements erreicht. Dies führt dazu, dass das erste und das zweite Antennenelement in der Gebrauchsposition vorteilhafterweise leicht nach hinten geneigt sind. Im Bereich der Austrittsöffnung sind vorzugsweise Kontakte angeordnet, welche das erste und zweite Antennenelement jeweils kontaktieren und mit der Schalteinrichtung verbinden. Die Schalteinrichtung verbindet das jeweilige Antennenelement dann - je nach eingestelltem Betriebsmodus - mit den separaten Signalleitern (erster Betriebsmodus) oder mit dem Signalleiter und der Masse (zweiter Betriebsmodus). Vorzugsweise weist die Vorrichtung ein erstes Führungselement, welches mit dem ersten Antennenelement gekoppelt ist, und ein zweites Führungselement, welches mit dem zweiten Antennenelement gekoppelt ist, auf, welches jeweils in einer eigenen Führungsbahn innerhalb des Trägerelements bewegbar ist und mittels der gemeinsamen Antriebsmechanik antreibbar ist. Die jeweilige Kopplung zwischen dem Antennenelement und dem Führungselement erlaubt dabei ferner das Verkippen des Antennenelements in der Gebrauchsstellung an der Austrittsöffnung.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Trägerelement zwischen einer in einen Aufbau des Uboots eingefahrene Nichtgebrauchsstellung und einer aus dem Aufbau ausgefahrenen Gebrauchsstellung verfahrbar ist. Das Trägerelement umfasst vorzugsweise einen Antennenmast für das Uboot. Der Querschnitt des Antennenmasts ist bevorzugt stromlinienförmig und besonders bevorzugt tropfenförmig ausgebildet. Denkbar ist, dass der Antennenmast in Fahrtrichtung des Uboots auf seiner Vorderseite rund ausgebildet ist und an seiner Hinterseite eine langgezogene Abrisskante aufweist, wodurch sich der Wasserwiderstand und die auf der Oberfläche des Wassers sichtbaren Verwirbelungen reduzieren.
  • Ein weiterer Gegenstand des vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb einer, insbesondere erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Senden- und/oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen, wobei eine Antenneneinheit mit einem ersten und zweiten Antennenelement zwischen einer in ein Trägerelement eingefahrenen Stauposition und einer aus dem Trägerelement ausgefahrenen Gebrauchsposition verfahren wird, wobei in der Gebrauchsposition die Antenneneinheit wahlweise in einem ersten Betriebsmodus oder in einem zweiten Betriebsmodus betrieben wird und wobei das erste und zweite Antennenelement im ersten Betriebsmodus zu einer Dipol-Antenne und im zweiten Betriebsmodus zu einer Monopol-Antenne miteinander verschaltet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht den Betrieb der Antenneneinheit in zwei unterschiedlichen Betriebsmodi, ohne dass für jeden Betriebsmodus separate Antennenelemente notwendig wären. Dies führt dazu, dass zusätzliche Antennenelemente einsparbar sind und somit eine vergleichsweise einfache, kostengünstige und bauraumkompakte Vorrichtung zum Senden- und/oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen bereitgestellt werden kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass im ersten Betriebsmodus die erste und die zweite Antenne elektrisch voneinander isoliert und jeweils mit einem Signalleiter verbunden werden und wobei im zweiten Betriebsmodus das erste und das zweite Antennenelement elektrisch leitfähig miteinander und mit einem Signalleiter verbunden werden. In vorteilhafter Weise wird somit im ersten Betriebsmodus eine Dipol-Antenne realisiert, welche vergleichsweise gute Sende- und Empfangsleistungen für den Weitverkehrsbetrieb (auch als DX-Betrieb bezeichnet; DX steht für "Distance") im Kurzwellenfunk (HF-Funk, High Frequency) erreicht, indem das erste und das zweite Antennenelement zu einer gemeinsamen Dipol-Antenne verschaltet werden, da die Dipol-Antenne vornehmlich Raumwellen ausstrahlt, die an der Ionosphäre reflektiert werden und somit große Distanzen zurücklegen können. Im zweiten Betriebsmodus wird hingegen eine gemeinsame Monopol-Antenne realisiert, also eine kurze, dicke Stabantenne, welche vergleichsweise gute Sende- und Empfangsleistungen für den Nahbereich im Kurzwellenfunk (HF-Funk, High Frequency) bereitstellt, da sich die Funkwellen von Stabantennen vornehmlich als Oberflächen- und Bodenwellen durch die Troposphäre entlang der Erdoberfläche ausbreiten. Der Schaltvorgang wird vorzugsweise mittels Vakuumrelais realisiert.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass beim Überführen der Antenneneinheit von der Stauposition in die Gebrauchsposition ein erster freier Endbereich des ersten Antennenelements und ein zweiter freier Endbereich des zweiten Antennenelements im Wesentlichen winklig oder vorzugsweise antiparallel zueinander angeordnet werden. In vorteilhafter Weise wird somit eine fächerförmig aufgespannte Dipolantenne realisiert, mit welcher insbesondere für den ersten Betriebsmodus vergleichsweise gute Sende- und Empfangsleistungen zu erzielen sind. Ferner zeigen der erste freie Endbereich und der zweite freie Endbereich in der Gebrauchsstellung zudem nahezu antiparallel in entgegengesetzte Richtungen, so dass im zweiten Betriebsmodus die stabförmige Monopolantenne durch die beiden Antennenelemente ebenfalls gut angenähert werden kann, so dass auch im zweiten Betriebsmodus gute Sende- und Empfangsleistungen erzielbar sind.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass beim Überführen der Antenneneinheit von der Stauposition in die Gebrauchsposition das erste Antennenelement durch ein zumindest teilweise gekrümmtes erstes Führungsrohr und das zweite Antennenelement durch ein zumindest teilweise gekrümmtes zweites Führungsrohr bewegt werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Trägerelement zwischen einer in einen Aufbau des Uboots eingefahrene Nichtgebrauchsstellung und einer aus dem Aufbau ausgefahrenen Gebrauchsstellung verfahren wird.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • Figuren 1a und 1b
    zeigen schematische Schnittbildansichten einer Vorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einmal in einer Stauposition und einmal in einer Gebrauchsposition.
    Figuren 2a bis 2c
    zeigen schematische Detailansichten der Vorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    Figuren 3a und 3b
    zeigen schematische Querschnittsansichten der Vorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    Figuren 4a und 4b
    zeigen schematische Prinzipskizzen einer Antenneneinheit der Vorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einmal in einem ersten Betriebsmodus und einmal in einem zweiten Betriebsmodus verschaltet.
    Figuren 5a bis 5c
    zeigen schematische Ansichten einer Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
  • In Figur 1a und 1b sind schematische Schnittbildansichten einer Vorrichtung 1 zum Senden- und/oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst ein Trägerelement 2, welches als Antennenmast für eine Antenneneinheit 13 fungiert. Das Trägerelement 2 ist in einem Aufbau 3 eines Uboots integriert und kann zwischen der in Figur 1 gezeigten eingefahrenen Nichtgebrauchsstellung, in welcher das Trägerelement 2 vollständig in den Aufbau 3 eingefahren ist, und einer in Figur 2 gezeigten ausgefahrenen Gebrauchsstellung, in welcher das Trägerelement 2 senkrecht aus dem Aufbau des Uboots hervorsteht, verfahren werden. Im hinteren Bereich des Trägerelements 2 ist ein Hubzylinder 29 angeordnet, mittels welchem das Trägerelement 2 zwischen der Nichtgebrauchsstellung und der Gebrauchsstellung bewegt wird.
  • Innerhalb des Trägerelements 2 sind ein teilweise gekrümmtes erstes Führungsrohr 4 und ein teilweise gekrümmtes zweites Führungsrohr 5 angeordnet (siehe Figur 4a). Das erste und zweite Führungsrohr 4, 5 verlaufen in ihrem oberen Bereich jeweils gekrümmt und in ihrem unteren Bereich vorzugsweise geradlinig. Im ersten Führungsrohr 4 ist ein erstes Antennenelement 6 und im zweiten Führungsrohr 5 ein zweites Antennenelement 7 angeordnet. Das erste und das zweite Antennenelement 6, 7 bilden die Antenneneinheit 13 und sind jeweils zwischen der in Figur 1a gezeigten Stauposition 34, in welcher das erste und zweite Antennenelement 6, 7 innerhalb des ersten und zweiten Führungsrohrs 4, 5 und somit auch vollständig innerhalb des Trägerelements 2 angeordnet sind, und der in Figur 1b gezeigten Gebrauchsposition 35, in welcher das erste Antennenelement 6 aus dem ersten Führungsrohr 4 und das zweite Antennenelement 7 aus dem zweiten Führungsrohr 5 vollständig ausgefahren sind und somit aus einer Austrittsöffnung 11 am freien Ende 12 des Trägerelements 2 aus dem Trägerelement 2 hervorstehen, verfahrbar.
  • Zum Verfahren der beiden Antennenelemente 6, 7 sind beide Antennenelemente 6, 7 jeweils mit einem als Führungswagen ausgebildeten Führungselement 8 verbunden (siehe Figuren 3a und 3b), welches jeweils in einer Führungsbahn 9 innerhalb des Trägerelements 2 verschiebbar geführt wird. Die Führungsbahn 9 erstreckt sich im Wesentlichen in axialer Richtung des Trägerelements 2. Die Führungselemente 8 sind mit einer Antriebsmechanik in Form einer Seilzugmechanik 10 gekoppelt, mit welcher jedes Führungselement 8 entlang der entsprechenden Führungsbahn 9 bewegbar ist, um das zugehörige Antennenelement 6, 7 zwischen der Stauposition 34 und der Gebrauchsposition 35 zu verfahren. Wenn das Führungselement 8 in Richtung der Austrittsöffnung 11 bewegt wird, werden das erste Antennenelement 6 aus dem ersten Führungsrohr 4 und das zweite Antennenelement 7 aus dem zweiten Führungsrohr 5 ausgefahren. Analog werden beim Zurückfahren des Führungselements 8 das erste Antennenelement 6 zurück in das erste Führungsrohr 4 und das zweite Antennenelement 7 zurück in das zweite Führungsrohr 5 geschoben. Im oberen Bereich der Führungsbahn 9 weist die Führungsbahn 9 ein entgegen der Fahrtrichtung 14 des Uboots nach hinten geneigtes Kurvensegment 36 auf. Wenn das Führungselement 8 dieses Kurvensegment 36 erreicht, verkippt das Führungselement 8 nach hinten, so dass auch das erste und das zweite Antennenelement 6, 7 in der Gebrauchsposition 35 entgegen der Fahrtrichtung 14 nach hinten geneigt sind. Das erste und das zweite Antennenelement 6, 7 sind vorzugsweise aus einem flexiblen bzw. elastischen Material gefertigt.
  • Die Antenneneinheit 13 kann in zwei unterschiedlichen Betriebsmodi, einem ersten Betriebsmodus 15 und einem zweiten Betriebsmodus 16, betrieben werden. Im ersten Betriebsmodus 15 werden das erste und zweite Antennenelement 6, 7 mittels einer Schalteinrichtung 17 zu einer Dipol-Antenne 18 verschaltet (siehe Figur 5a). Die Schalteinrichtung 17 verbindet hierfür das erste Antennenelement 6 mit einem ersten Signalleiter 19 und das zweite Antennenelement 7 mit einem zweiten Signalleiter 20. Die Dipol-Antenne 18 weist vergleichsweise gute Sende- und Empfangsleistungen für den Weitverkehrsbetrieb (auch als DX-Betrieb bezeichnet; DX steht für "Distance") im Kurzwellenfunk (HF-Funk, High Frequency) auf, da die Dipol-Antenne 18 vornehmlich Raumwellen ausstrahlt, die an der Ionosphäre reflektiert werden und somit große Distanzen zurücklegen können. Im zweiten Betriebsmodus 16 werden das erste und zweite Antennenelement 6, 7 mittels der Schalteinrichtung 17 zu einer gemeinsamen Monopol-Antenne 21 verschaltet. Hierfür werden das erste und das zweite Antennenelement 6, 7 elektrisch leitfähig miteinander und mit einem gemeinsamen Signalleiter 22 verbunden. Das erste und zweite Antennenelement 6, 7 fungieren dabei als kurze, dicke Stabantenne. Die Monopol-Antenne 21 stellt vergleichsweise gute Sende- und Empfangsleistungen für den Nahbereich im Kurzwellenfunk (HF-Funk, High Frequency) bereit, da sich deren Funkwellen vornehmlich als Oberflächen- und Bodenwellen durch die Troposphäre entlang der Erdoberfläche ausbreiten. In der Gebrauchsposition 35 der Antenneneinheit 13 erlaubt die Schalteinrichtung 17 eine schnelle Umschaltung zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus 15, 16. Denkbar ist, dass die Schalteinrichtung 17 hierfür Vakuumrelais umfasst, welches in einem Druckbehälter 23 im Trägerelement 2 angeordnet ist.
  • Das erste Antennenelement 6 weist einen ersten freien Endbereich 24, welcher in der Gebrauchsposition 35 frei hervorsteht, und einen ersten geführten Endbereich 25, an welchem das erste Antennenelement 6 an das entsprechende Führungselement 8 angebunden ist, auf. Analog weist das zweite Antennenelement 7 einen zweiten freien Endbereich 26, welcher in der Gebrauchsposition 35 ebenfalls frei hervorsteht, und einen zweiten geführten Endbereich 27, an welchem das zweite Antennenelement 7 an das zugehörige Führungselement 8 angebunden ist, auf. Das erste Antennenelement 6 und das zweite Antennenelement 7 sind jeweils parabelförmig ausgebildet, d.h. jedes Antennenelement 6, 7 hat im Wesentlichen die Form des Umfangs eines Kreissegments. Das erste und zweite Antennenelement 6, 7 sind dabei jeweils derart zueinander ausgerichtet, dass in der Gebrauchsposition 35 der erste freie Endbereich 24 und der zweite freie Endbereich 26 nahezu antiparallel in entgegengesetzte Richtungen zeigen, welche im Wesentlichen senkrecht zur Fahrtrichtung 14 des Uboots ausgerichtet sind. Alternativ können der erste und der zweite freie Endbereich 24, 26 auch lediglich winklig zueinander angeordnet sein. Der erste geführte Endbereich 25 und der zweite geführte Endbereich 27 befinden sich in der Gebrauchsposition 35 im Bereich der Austrittsöffnung 11 am Trägerelement 2 und sind daher winklig zueinander ausgerichtet, da die Führungsrohre 4, 5 in diesem Bereich gekrümmt sind. Das erste und das zweite Antennenelement 6, 7 bilden in der Gebrauchsposition 35 daher im Wesentlichen eine entgegen der Fahrtrichtung 14 nach hinten geneigte V-förmige Anordnung.
  • Beim Überführen der Antenneneinheit 13 von der Gebrauchsposition 35 in die Stauposition 34 werden die Antennenelemente 6, 7 in die jeweiligen entsprechend der Antennenelemente 6, 7 gekrümmten Führungsrohre 4, 5 innerhalb des Trägerelements 2 überführt, so dass in der Stauposition 34 nunmehr der erste freie Endbereich 24 und der zweite freie Endbereich 26 im Bereich der Austrittsöffnung 11 benachbart und winklig zueinander angeordnet sind (da die Führungsrohre 4, 5 in diesem Bereich gekrümmt sind), während der erste geführte Endbereich 25 und der zweite geführte Endbereich 27 in der Stauposition 34 voneinander beabstandet sind und vorzugsweiseparallel (da die Führungsrohre 4, 5 in diesem Bereich jeweils geradlinig verlaufen) angeordnet sind. Die vorstehend beschriebene Ausrichtung der ersten und zweite Antenne 6, 7 in der Stau- und Gebrauchsposition 35 erfolgt allein durch das Ein- und Ausfahren in die feststehenden und gekrümmten Führungsrohre 4, 5 mittels der Führungselemente 8.
  • In Figuren 2a bis 2c sind schematische Detailansichten der Vorrichtung 1 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. In Figur 1 ist der Bereich des freien Endes 12 des Trägerelements 2 vergrößert illustriert. In dieser Ansicht ist ein Führungselement 8 zu erkennen, welches in einer Führungsbahn 9 geführt ist. Die Führungsbahn 9 verläuft in axialer Richtung innerhalb des Trägerelements 2 und weist an seinem dargestellten oberen Ende das Kurvensegment 36 auf, welches zum Verkippen des Trägerelements 2 in seiner obersten Endposition führt. Das Führungselement 8 umfasst einen Führungswagen, welcher mit zwei Gleitrollen versehen ist, die an der Wandung der Führungsbahn 9 entlang gleiten. Der Führungswagen ist an einem Ende über eine Kopplungsklammer mit einem Seilzug der Seilzugmechanik 10 gekoppelt. Am anderen Ende ist die jeweilige Antennenelement6, 7 mit dem Führungswagen gekoppelt. Der Seilzug ist innerhalb des Trägerelements 2 über Umlenkrollen mehrfach umgelenkt. Mittels des Seilzugs kann der Führungswagen entlang der Führungsbahn innerhalb des Trägerelements 2 bewegt werden, um die Antennenelemente 6, 7 zwischen der Stauposition 34 und der Gebrauchsposition 35 zu verfahren. Im Bereich des dargestellten freien Endes 12 des Trägerelements 2 ist ferner der Druckbehälter 23 gezeigt, in welchem die Schalteinrichtung 17 insbesondere in Form des Vakuumrelaisangeordnet ist. Zur Kontaktierung der Antennenelemente 6, 7 sind im oberen Bereich der Führungsbahn 9 Kontakte 30 angeordnet, über welche ein elektrisch leitfähiger Kontakt zwischen der Schalteinrichtung 17 und jeweils des ersten und zweiten Antennenelements 6, 7 hergestellt wird, wenn sich die Antenneneinheit 13 in der Gebrauchsposition 35 befindet. Die Verschaltung der Antenneneinheit 13 in den ersten oder zweiten Betriebsmodus 15, 16 erfolgt - wie vorstehend beschrieben - mittels und innerhalb der Schalteinrichtung 17.
  • In Figur 2b ist eine Querschnittsdarstellung des in der Führungsbahn 9 laufenden Führungselements 8 illustriert. Ein Kontakt 30 zur Herstellung der elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einer der beiden Antennenelemente 6, 7 und der Schalteinrichtung 17 ist in Figur 2c dargestellt. Es ist zu sehen, dass ein mit dem Antennenelement 6, 7 und dem Führungselement 8 verbundener Kontaktfinger 31 in eine mit der Schalteinrichtung 17 verbundene Kontaktaufnahme 32 eingeführt wird, wenn das Trägerelement 8 seine obere Endposition innerhalb der Führungsbahn 9 erreicht. In der Gebrauchsposition 35 wird auf diese Weise der Kontakt zwischen den Antennen 6, 7 und der Schalteinrichtung 17 hergestellt.
  • In Figuren 3a und 3b sind schematische Querschnittsansichten der Vorrichtung 1 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. In Figur 3a ist der Querschnitt des Trägerelements 2 im Bereich der Öffnung 37 im Aufbau 3 des Uboots (siehe Figur 1b) dargestellt. Im Inneren des Trägerelements 2 sind die beiden Führungsbahnen 9 für die entsprechenden Führungselemente 8 des ersten und zweiten Antennenelements 6, 7 angeordnet. Die beiden Führungsbahnen 9 sind dabei winklig zueinander angeordnet. Im vorliegenden Beispiel sind die beiden Antennenelemente 6, 7 in der Gebrauchsstellung daher auch in Vogelperspektive, d.h. bezüglich einer Horizontalebene, V-förmig angeordnet. Im vorderen Teil des Trägerelements 2 ist eine Klemmvorrichtung 28 angeordnet, welche zur Arretierung des Seilzugs dient. In Figur 3b ist ein Querschnitt des Trägerelements 2 im Bereich des freien Endes 12 illustriert, wobei innerhalb des Trägerelements 2 das erste Führungsrohr 4 für das erste Antennenelement 6 und das zweite Führungsrohr 5 für das zweite Antennenelement 7 zu erkennen sind. Im hinteren Bereich des Trägerelements 2 ist der Druckbehälter 23 angeordnet.
  • In Figuren 4a und 4b sind schematische Prinzipskizzen der Antenneneinheit 13 der Vorrichtung 1 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einmal im ersten Betriebsmodus 15 und einmal in einem zweiten Betriebsmodus 16 verschaltet dargestellt. Die unterschiedliche Verschaltung wird zum besseren Verständnis lediglich beispielhaft und rein schematisch anhand eines Koaxial-Antennenkabels illustriert. Im ersten Betriebsmodus 15, dargestellt in Figur 5a, wird das erste Antennenelement 6 mit dem als Signalleiter 19 fungierenden Innenleiter des Koaxialkabels verbunden und das zweite Antennenelement 7 mit dem mantelförmigen Außenleiter des Koaxialkabels, wobei in diesem Fall der Außenleiter als weiterer Signalleiter 20 verwendet wird. Das erste und zweite Antennenelement 6, 7 sind somit zur Dipol-Antenne 18 zusammengeschaltet. Der zweite Betriebsmodus 16 ist in Figur 5b gezeigt, wobei das erste und das zweite Antennenelement 6, 7 elektrisch leitfähig miteinander und mit dem als Signalleiter 22 fungierenden Innenleiter des Koaxialkabels verbunden sind. Der Außenleiter des Koaxialkabels dient hier in üblicher Weise lediglich zur Abschirmung 33 ist daher auf Masse gelegt.
  • Es ist in Figuren 4a und 4b ferner zu sehen, dass das erste und zweite Antennenelement 6, 7 parabelförmig ausgebildet sind und in der Gebrauchsposition 35 fächerartig aufgespannt und v-förmig angeordnet sind. Der erste freie Endbereich 24 und der zweite freie Endbereich 26 zeigen antiparallel in entgegengesetzte Richtungen, während der erste geführte Endbereich 25 und der zweite geführte Endbereich 28 benachbart und nahezu parallel zueinander angeordnet sind.
  • In Figuren 5a bis 5c sind schematische Ansichten einer Vorrichtung 1 gemäß einer alternativen weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. In Figur 5a ist dabei eine schematische Rückansicht der Vorrichtung 1 entlang der Fahrtrichtung 14 des Uboots, in Figur 5b eine Draufsicht der Vorrichtung 1 und in Figur 5c eine Seitenansicht der Vorrichtung 1 gezeigt. Die weitere Ausführungsform gleicht im Wesentlichen der anhand von Figuren 1a bis 4b illustrierten und beschriebenen vorherigen Ausführungsform, wobei im Unterschied bei der weiteren Ausführungsform lediglich das erste und zweite Führungsrohr 4, 5 sich entlang der Fahrtrichtung 14 kreuzen. In Figur 5a ist zu sehen, dass beide Führungsrohre 4, 5 in einer zur Fahrtrichtung 14 senkrechten Ebene in ihrem oberen Bereich jeweils gekrümmt verlaufen und in ihrem unteren Bereich parallel zueinander verlaufen (Vgl. Figur 5a). Um eine möglichst bauraumkompakte Anordnung zu erreichen kreuzen sich die beiden Führungsrohre 4, 5 dabei. In einer zur Fahrtrichtung 14 parallelen Ebene sind beide Führungsrohre 4, 5 ebenfalls gekrümmt (vgl. Figur 5c). Am oberen Ende der Führungsrohe 4, 5 sind die beiden Antennenelement 6, 7 gezeigt, welche von Isolatoren eingefasst sind.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung
    2
    Trägerelement
    3
    Aufbau
    4
    Erstes Führungsrohr
    5
    Zweites Führungsrohr
    6
    Erstes Antennenelement
    7
    Zweites Antennenelement
    8
    Führungselement
    9
    Führungsbahn
    10
    Seilzugmechanik
    11
    Austrittsöffnung
    12
    Freies Ende
    13
    Antenneneinheit
    14
    Fahrtrichtung
    15
    Erster Betriebsmodus
    16
    Zweiter Betriebsmodus
    17
    Schalteinrichtung
    18
    Dipol-Antenne
    19
    Erster Signalleiter
    20
    Zweiter Signalleiter
    21
    Monopol-Antenne
    22
    Gemeinsamer Signalleiter
    23
    Druckbehälter
    24
    Erster freier Endbereich
    25
    Erster geführter Endbereich
    26
    Zweiter freier Endbereich
    27
    Zweiter geführter Endbereich
    28
    Klemmvorrichtung
    29
    Hubzylinder
    30
    Messerkontakt
    31
    Kontaktfinger
    32
    Kontaktaufnahme
    33
    Abschirmung
    34
    Stauposition
    35
    Gebrauchsposition
    36
    Kurvensegment
    37
    Öffnung

Claims (15)

  1. Vorrichtung (1) zum Senden- und/oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen, insbesondere für ein Uboot, wobei die Vorrichtung (1) eine Antenneneinheit (13) mit einem ersten Antennenelement (6) und einem zweiten Antennenelement (7) aufweist, wobei die Antenneneinheit (13) zwischen einer in ein Trägerelement (2) eingefahrenen Stauposition (34) und einer aus dem Trägerelement (2) ausgefahrenen Gebrauchsposition (35) verfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Schalteinrichtung (17) aufweist, wobei in der Gebrauchsposition (35) die Antenneneinheit (13) wahlweise in einem ersten Betriebsmodus (15) und in einem zweiten Betriebsmodus (16) betreibbar ist, wobei das erste und das zweite Antennenelement (6, 7) im ersten Betriebsmodus (15) zu einer Dipol-Antenne (18) und im zweiten Betriebsmodus (16) zu einer Monopol-Antenne (21) mittels der Schalteinrichtung (17) miteinander verschaltet sind.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Schalteinrichtung (17) zum Umschalten der Antenneneinheit (13) zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus (15, 16) konfiguriert ist, wobei im ersten Betriebsmodus (15) das erste und das zweite Antennenelement (6, 7) mittels der Schalteinrichtung (17) elektrisch voneinander isoliert und jeweils mit einem Signalleiter (19, 20) verbunden sind und wobei im zweiten Betriebsmodus (16) das erste und das zweite Antennenelement (6, 7) mittels der Schalteinrichtung (17) elektrisch leitfähig miteinander und mit einem Signalleiter (22) verbunden sind.
  3. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und das zweite Antennenelement (6, 7) jeweils parabelförmig ausgebildet sind, wobei das erste und das zweite Antennenelement (6, 7) vorzugsweise aus einem elastischen Material gefertigt sind.
  4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Antennenelement (6) einen ersten freien Endbereich (24) und einen ersten geführten Endbereich (25) aufweist und wobei das zweite Antennenelement (7) einen zweiten freien Endbereich (26) und einen zweiten geführten Endbereich (27) aufweist, wobei der erste freie Endbereich (24) und der zweite freie Endbereich (26) in der Stauposition (34) im Wesentlichen parallel zueinander im Trägerelement (2) angeordnet sind und/oder in der Gebrauchsposition (35) im Wesentlichen winklig oder antiparallel zueinander ausgerichtet sind.
  5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei der erste geführte Endbereich (25) und der zweite geführte Endbereich (27) in der Gebrauchsposition (35) im Wesentlichen winklig zueinander angeordnet sind und/oder in der Stauposition (34) im Wesentlichen parallel zueinander innerhalb des Trägerelements (2) angeordnet sind.
  6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei innerhalb des Trägerelements (2) ein zumindest teilweise gekrümmtes erstes Führungsrohr (4), in welchem das erste Antennenelement (6) verschiebbar gelagert ist, und ein zumindest teilweise gekrümmtes zweites Führungsrohr (5), in welchem das zweite Antennenelement (7) verschiebbar gelagert ist, angeordnet sind, wobei das erste und/oder zweite Führungsrohr (4, 5) jeweils einen geradlinigen unteren Verlauf und einen gekrümmten oberen Verlauf umfasst.
  7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (1) wenigstens ein mit der Antenneneinheit (13) gekoppeltes Führungselement (8) aufweist, welches zum Ausfahren der Antenneneinheit (13) aus dem Trägerelement (2) und zum Einfahren der Antenneneinheit (13) in das Trägerelement (2) in einer Führungsbahn (9) innerhalb des Trägerelements (2) bewegbar ist.
  8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, wobei die Vorrichtung (1) eine Antriebsmechanik und insbesondere eine Seilzugmechanik (10) aufweist, welche zum Bewegen des wenigstens einen Führungselements (8) in der Führungsbahn (9) ausgebildet ist, wobei die Führungsbahn (8) im Bereich einer für die Antenneneinheit (13) vorgesehenen Austrittsöffnung (11) am Trägerelement (2) ein Kurvensegment (36) zum Kippen der Antenneneinheit (13) umfasst.
  9. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trägerelement (2) zwischen einer in einen Aufbau (3) des Uboots eingefahrene Nichtgebrauchsstellung und einer aus dem Aufbau (3) ausgefahrenen Gebrauchsstellung verfahrbar ist.
  10. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schalteinrichtung (17) Vakuum-Relais zum Umschalten der Antenneneinheit (13) zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus (15, 16) aufweist.
  11. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung (1) zum Senden- und/oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen, insbesondere gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Antenneneinheit (13) mit einem ersten und zweiten Antennenelement (6, 7) zwischen einer in ein Trägerelement (2) eingefahrenen Stauposition (34) und einer aus dem Trägerelement (2) ausgefahrenen Gebrauchsposition (35) verfahren wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gebrauchsposition (35) die Antenneneinheit (13) wahlweise in einem ersten Betriebsmodus (15) oder in einem zweiten Betriebsmodus (16) betrieben wird, wobei das erste und das zweite Antennenelement (6, 7) im ersten Betriebsmodus (15) zu einer Dipol-Antenne (18) und im zweiten Betriebsmodus (16) zu einer Monopol-Antenne (21) miteinander verschaltet werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei im ersten Betriebsmodus (15) das erste und das zweite Antennenelement (6, 7) elektrisch voneinander isoliert und jeweils mit einem Signalleiter (19, 20) verbunden werden und wobei im zweiten Betriebsmodus (16) das erste und das zweite Antennenelement (6, 7) elektrisch leitfähig miteinander und mit einem Signalleiter (22) verbunden werden.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei beim Überführen der Antenneneinheit (13) von der Stauposition (34) in die Gebrauchsposition (35) ein erster freier Endbereich (24) des ersten Antennenelements (6) und ein zweiter freier Endbereich (26) des zweiten Antennenelements (7) im Wesentlichen winklig oder antiparallel zueinander angeordnet werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei beim Überführen der Antenneneinheit (13) von der Stauposition (34) in die Gebrauchsposition (35) das erste Antennenelement (6) durch ein gekrümmtes erstes Führungsrohr (4) und das zweite Antennenelement (7) durch ein gekrümmtes zweites Führungsrohr (5) bewegt werden.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Trägerelement (2) zwischen einer in einen Aufbau (3) des Uboots eingefahrene Nichtgebrauchsstellung und einer aus dem Aufbau (3) ausgefahrenen Gebrauchsstellung verfahren wird.
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