EP4214800A1 - Antennenkuppel zum schutz gegenüber witterungseinflüssen - Google Patents

Antennenkuppel zum schutz gegenüber witterungseinflüssen

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Publication number
EP4214800A1
EP4214800A1 EP21778369.5A EP21778369A EP4214800A1 EP 4214800 A1 EP4214800 A1 EP 4214800A1 EP 21778369 A EP21778369 A EP 21778369A EP 4214800 A1 EP4214800 A1 EP 4214800A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
dome
antenna
shaped element
radome
semi
Prior art date
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Pending
Application number
EP21778369.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alfred Schmidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
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Publication of EP4214800A1 publication Critical patent/EP4214800A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/42—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/02—Arrangements for de-icing; Arrangements for drying-out ; Arrangements for cooling; Arrangements for preventing corrosion

Definitions

  • the present invention relates to an antenna dome for protecting antennas from the weather, which has a base on which a dome-shaped element is placed.
  • HF high-frequency
  • antenna dome also referred to as a radome in the field of radar technology.
  • Radomes are mainly found on permanently installed large radar systems, but can also be used to protect other antennas.
  • the radomes used hitherto typically have a base in the form of a cylinder or cylinder jacket, on which an element in the form of a segment of a sphere is placed.
  • the circular shape guarantees an even attenuation of the antenna in all focusing directions.
  • the object of the present invention is to provide an antenna dome for protecting antennas from the effects of the weather, which has only minor mechanical deformations under high snow loads even without a local increase in the wall thickness.
  • the proposed antenna dome preferably a stationary radar or large radar system, has in a known manner a base on which a dome-shaped element is placed.
  • the base is preferably designed in the shape of a cylinder or cylinder jacket, but it can also have a different shape.
  • the proposed antenna dome is characterized in that the dome-shaped element is at least approximately the shape of an ellipsoid of revolution with two identical shorter ones and one longer one Has semi-axis, which is cut off along a cutting plane perpendicular to the longer semi-axis. In an ellipsoid of revolution, two semi-axes have the same length. The third semi-axis runs perpendicularly to the two identical semi-axes and can, in principle, have any length.
  • this third semi-axis extends in the z-direction, i.e. perpendicular to the earth's surface or the ground on which the pedestal stands and is larger than the two identical semi-axes.
  • the section plane preferably corresponds to the plane of the two identical semi-axes, so that the dome-shaped element has at least approximately the shape of half an ellipsoid of revolution. In this way, in the case of a base in the form of a cylinder or cylinder jacket, the dome-shaped element merges vertically into the base and thus optimally dissipates weight forces into the base.
  • the elliptical or The ellipsoidal shape of the dome-shaped element of the proposed, preferably stationary antenna dome transfers the load from snow to the sides of the antenna dome better than with a circular or spherical configuration. This means that local thickening of the antenna dome is no longer necessary and the snow slides off the antenna dome more quickly. The shorter dwell time of the snow also significantly reduces the problem of insertion loss caused by the snow.
  • the cross-sectional function in the z-direction of the antenna dome as a function of the radius is chosen in the proposed antenna dome such that the resulting ellipsoid im Compared to a hemispherical shape, a higher tangential component of the weight force acting in the z-direction is introduced into the wall of the antenna dome.
  • the ratio between the two identical semi-axes and the longer (third) semi-axle is chosen depending on the requirements of the antenna dome on the acting weight.
  • the diameter of the dome-shaped element is preferably at least 2.5 m, particularly preferably at least 5 m or at least 10 m. In this case, the diameter is to be understood as meaning the greatest extent perpendicular to the z-direction.
  • the proposed antenna dome has a lower insertion loss due to the smaller wall thickness (no locally thicker areas) at the same maximum load and leads to a higher absorption of the forces in the z-direction while at the same time reducing the amount of snow deposited on the antenna dome. Due to the greater steepness of the dome, less damage from hailstorms and a lower level of pollution due to the higher flow speeds of the rain are also to be expected.
  • the dome-shaped element preferably has a constant wall thickness.
  • fiber-reinforced plastics can be used as the material, which have a high permeability for the electromagnetic waves to be emitted or received by the antenna.
  • the antenna dome can be used very advantageously in stationary radar systems, especially in large radar systems. However , it is suitable for any form of electromagnetically transparent weather protection over three - dimensional radiating antennas where homogeneity of the dome material is required in all focusing directions .
  • the antenna dome is mounted and mounted in this way. established that the longer semi-axis of the rotation ellipsoid is approximately parallel to the occurring weight forces.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a side view of an antenna dome according to the prior art
  • Fig. 2 shows a side view and a cross-sectional representation of an antenna dome according to an exemplary embodiment of the present invention in a schematic representation.
  • the antenna dome consists of a frequently cylindrical base 1 and a hemispherical element 2 placed thereon, as shown schematically in a side view in Figure 1 is shown.
  • the radome is primarily used to protect an HF antenna from the weather.
  • wet snow in particular represents a problem that remains on the dome-shaped element 2, since the radome can easily be mechanically deformed by the weight of this snow. For this reason, it is often necessary to locally provide the dome-shaped element of the radome with an increased wall thickness, which, however, then leads to higher HF losses.
  • the antenna dome according to the invention has a dome-shaped element 3 which is embodied in the shape of an ellipsoid.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of the proposed antenna dome in a schematic representation in a side view and in cross section along section line AA′.
  • This has a cylinder or cylinder jacket-shaped base 1, on which the ellipsoidf-shaped element 3 is placed.
  • the ellipsoidal shape is selected in such a way that the semi-axis c of the ellipsoid running parallel to the z-direction is longer than the two identical semi-axes a, b of this ellipsoid of revolution.
  • the ellipsoid-shaped element 3 has the shape of half an ellipsoid, which merges perpendicularly into the base 1 in the shape of a cylinder or cylinder jacket.
  • a weight force F G is also indicated in FIG. 2 by way of example, the tangential component of which is introduced into the wall of the ellipsoidal element 3 .
  • This tangential component is greater than the tangential introduced into the wall of the dome of the embodiment of FIG. 1 with the same weight force Proportion of .
  • the force acting perpendicularly on the wall of the dome-shaped portion is also smaller than in the embodiment according to FIG.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antennenkuppel zum Schutz von Antennen gegenüber Witterungseinflüssen, die einen Sockel (1) aufweist, auf dem ein kuppelförmiges Element (3) aufgesetzt ist. Bei der vorgeschlagenen Antennenkuppel ist das kuppelförmige Element (3) zumindest annähernd in Form eines Rotationsellipsoids mit zwei kürzeren identischen Halbachsen (a, b) und einer längeren Halbachse (c) ausgebildet, das in einer Ebene senkrecht zur längeren Halbachse (c) abgeschnitten ist. Gegenüber einem halbkugelförmigen Element wird durch die gewählte Ellipsoidform eine bessere Kraftaufnahme von Gewichtskräften, beispielsweise durch nassen Schnee, ermöglicht. Außerdem lagert sich bei dieser Ellipsoidform gegenüber einer Halbkugelform deutlich weniger Schnee auf der Antennenkuppel ab.

Description

Antennenkuppel zum Schutz gegenüber
Witterungseinf lüssen
Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betri f ft eine Antennenkuppel zum Schutz von Antennen gegenüber Witterungseinflüssen, die einen Sockel aufweist , auf dem ein kuppel förmiges Element aufgesetzt ist .
Zum Schutz von Antennen gegenüber Witterungseinflüssen wie beispielsweise Wind, Regen oder Schnee , werden vor allem Hochfrequenz (HF) -Antennen mit einer Antennenkuppel abgedeckt , im Bereich der Radartechnik auch als Radom bezeichnet . Radoms finden sich vor allem an fest installierten Großradaranlagen, können j edoch auch zum Schutz anderer Antennen zum Einsatz kommen .
Die bisher eingesetzten Radoms weisen typischerweise einen Zylinder- oder zylindermantelförmigen Sockel auf , auf dem ein kugelabschnittsförmiges Element aufgesetzt ist . Die kreisrunde Form garantiert eine gleichmäßige Dämpfung der Antenne in alle Fokussierungsrichtungen .
Sämtliche Umwelt-Störparameter wie Wind oder nasser Schnee üben einen schweren Druck auf das Radom aus . Ohne weitere Maßnahmen sind die Radoms mit kreisrunden bzw . kugelabschnitts förmigen Kuppeln j edoch einer unerwünschten mechanischen Verformung ausgesetzt . Auf dem Radom verbleibender Schnee führt auch zu einer unerwünschten Einfügungsdämpfung . Zur Vermeidung oder Verringerung einer mechanischen Verformung wurde bisher die Wandung des Radoms in dem durch nassen Schnee beanspruchten Bereich dicker ausgeführt . Dadurch müssen allerdings in diesem Bereich wiederum höhere Hochfrequenz-Verluste in Kauf genommen werden .
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antennenkuppel zum Schutz von Antennen gegenüber Witterungseinflüssen bereitzustellen, die auch ohne eine lokale Erhöhung der Wanddicke nur geringe mechanische Verformungen bei hoher Schneelast aufweist .
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit der Antennenkuppel gemäß Patentanspruch 1 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen der Antennenkuppel sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Aus führungsbeispiel entnehmen .
Die vorgeschlagene Antennenkuppel , vorzugsweise einer stationären Radar- oder Großradaranlage , weist in bekannter Weise einen Sockel auf , auf dem ein kuppel förmiges Element aufgesetzt ist . Der Sockel ist vorzugsweise Zylinder- oder zylindermantel förmig ausgebildet , kann j edoch auch eine andere Form aufweisen . Die vorgeschlagene Antennenkuppel zeichnet sich dadurch aus , dass das kuppel förmige Element zumindest annähernd die Form eines Rotationsellipsoids mit zwei identischen kürzeren und einer längeren Halbachse aufweist , das entlang einer Schnittebene senkrecht zur längeren Halbachse abgeschnitten ist . Bei einem Rotationsellipsoid stimmen zwei Halbachsen in ihrer Länge überein . Die dritte Halbachse verläuft senkrecht zu den beiden identischen Halbachsen und kann prinzipiell eine beliebige Länge einnehmen . Bei der vorgeschlagenen Antennenkuppel erstreckt sich diese dritte Halbachse in z-Richtung, also senkrecht zur Erdoberfläche bzw . dem Boden, auf dem der Sockel steht , und ist größer als die beiden identischen Halbachsen . Vorzugsweise entspricht die Schnittebene der Ebene der beiden identischen Halbachsen, so dass das kuppelförmige Element zumindest annähernd die Form eines halben Rotationsellipsoids aufweist . Auf diese Weise geht bei einem Zylinder- oder zylindermantel förmigem Sockel das kuppel förmige Element senkrecht in den Sockel über und leitet dadurch Gewichtskräfte optimal in den Sockel ab .
Die elliptische bzw . ellipsoide Formgebung des kuppel förmigen Elements der vorgeschlagenen, vorzugsweise stationären Antennenkuppel führt die Belastung durch Schnee besser auf die Seiten der Antennenkuppel ab als bei einer kreis- bzw . kugel förmigen Ausgestaltung . Damit sind keine lokalen Verdickungen der Antennenkuppel mehr erforderlich und der Schnee rutscht schneller von der Antennenkuppel ab . Durch die geringere Verweildauer des Schnees wird auch das Problem der Einfügungsdämpfung durch den Schnee deutlich reduziert . Die Querschnitts funktion in z- Richtung der Antennenkuppel in Abhängigkeit des Radius wird bei der vorgeschlagenen Antennenkuppel derart gewählt , dass durch das resultierende Ellipsoid im Vergleich mit einer halbkugeligen Form ein höherer tangentialer Anteil der in z-Richtung wirkenden Gewichtskraft in die Wand der Antennenkuppel eingeleitet wird . Dies reduziert eine mögliche Deformation der Antennenkuppel in z-Richtung . Das Verhältnis zwischen den beiden identischen Halbachsen und der längeren ( dritten) Halbachse wird dabei in Abhängigkeit von den Anforderungen der Antennenkuppel auf die einwirkende Gewichtskraft gewählt . Der Durchmesser des kuppel förmigen Elements beträgt vorzugsweise mindestens 2 , 5 m, besonders bevorzugt mindestens 5 m oder mindestens 10 m . Unter dem Durchmesser ist hierbei die größte Ausdehnung senkrecht zur z-Richtung zu verstehen .
Die vorgeschlagene Antennenkuppel weist eine geringere Einfügungsdämpfung aufgrund geringerer Wanddicke ( keine lokal dickeren Bereiche ) bei gleicher maximaler Last auf und führt zu einer höheren Aufnahme der Kräfte in z-Richtung bei gleichzeitiger Reduzierung der Ablagerungsmenge von Schnee auf der Antennenkuppel . Aufgrund der höheren Steilheit der Kuppel sind auch geringere Schäden bei Hagelschlag und ein geringerer Verschmutzungsgrad durch höhere Abflussgeschwindigkeiten des Regens zu erwarten .
Das kuppel förmige Element weist vorzugsweise eine konstante Wanddicke auf . Als Material können in bekannter Weise beispielsweise faserverstärkte Kunststof fe zum Einsatz kommen, die für die von der Antenne abzustrahlenden oder zu empfangenden elektromagnetischen Wellen eine hohe Durchlässigkeit aufweisen . Die Antennenkuppel lässt sich bei stationären Radaranlagen, insbesondere bei Großradaranlagen, sehr vorteilhaft einsetzen . Sie ist j edoch für j egliche Form von elektromagnetisch transparentem Witterungsschutz über dreidimensional abstrahlenden Antennen geeignet , bei der eine Homogenität des Kuppelmaterials in alle Fokussierungsrichtungen gefordert ist . Die Antennenkuppel wird dabei j eweils so montiert bzw . aufgestellt , dass die längere Halbachse des Rotationsellipsoids annähernd parallel zu den auf tretenden Gewichtskräften liegt .
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorgeschlagene Antennenkuppel wird nachfolgend anhand eines Aus führungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert . Hierbei zeigen :
Fig . 1 eine Seitenansicht einer Antennenkuppel gemäß dem Stand der Technik in schematischer Darstellung; und
Fig . 2 eine Seitenansicht sowie eine Querschnittsdarstellung einer Antennenkuppel gemäß einem Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung .
Wege zur Ausführung der Erfindung
Bei bekannten Antennenkuppeln bzw . Radoms für Radaranlagen setzt sich die Antennenkuppel aus einem häufig zylinderförmigen Sockel 1 und einem darauf aufgesetzten halbkugel förmigen Element 2 zusammen, wie dies in Seitenansicht schematisch in Figur 1 dargestellt ist . Das Radom dient vor allem dem Wetterschutz einer HF-Antenne . Allerdings stellt vor allem nasser Schnee ein Problem dar, der auf dem kuppel förmigen Element 2 liegen bleibt , da das Radom durch die Gewichtslast dieses Schnees leicht mechanisch verformt werden kann . Aus diesem Grund ist es häufig erforderlich, das kuppel förmige Element des Radoms lokal mit einer erhöhten Wanddicke zu versehen, die j edoch dann zu höheren HF-Verlusten führt .
Die erfindungsgemäße Antennenkuppel weist ein kuppel förmiges Element 3 auf , das ellipsoidf örmig ausgebildet ist . Figur 2 zeigt hierzu in Seitenansicht sowie im Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A ' eine beispielhafte Ausgestaltung der vorgeschlagenen Antennenkuppel in schematischer Darstellung . Diese weist einen Zylinder- oder zylindermantel förmigen Sockel 1 auf , auf dem das ellipsoidf örmige Element 3 aufgesetzt ist . Die Ellipsoidform ist dabei so gewählt , dass die parallel zur z-Richtung verlaufende Halbachse c des Ellipsoids länger ist als die beiden identischen Halbachsen a, b dieses Rotationsellipsoids . Dies ist in der Figur 2 zu erkennen . In diesem Beispiel weist das ellipsoidf örmige Element 3 die Form eines halben Ellipsoids auf , das senkrecht in den Zylinder- oder zylindermantel förmigen Sockel 1 übergeht .
In der Figur 2 ist auch beispielhaft eine Gewichtskraft FG angedeutet , deren tangentialer Anteil in die Wand des ellipsoidf örmigen Elements 3 eingeleitet wird . Dieser tangentiale Anteil ist größer als der bei gleicher Gewichtskraft in die Wand der Kuppel der Ausgestaltung der Figur 1 eingeleitete tangentiale Anteil . Damit ist auch die senkrecht auf die Wand des kuppel förmigen Anteils wirkende Kraft kleiner als bei der Ausgestaltung gemäß Figur 1 .
Bezugs zeichenliste
1 Sockel 2 halbkugel förmiges Element
3 kuppel- bzw . ellipsoidf örmiges Element a, b identische Halbachsen c längere Halbachse

Claims

9
Patentansprüche Antennenkuppel zum Schutz von Antennen gegenüber Witterungseinflüssen, die einen Sockel (1) aufweist, auf dem ein kuppelförmiges Element (3) aufgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das kuppelförmige Element (3) zumindest annähernd die Form eines Rotationsellipsoids mit zwei kürzeren identischen Halbachsen (a, b) und einer längeren Halbachse (c) aufweist, das senkrecht zur längeren Halbachse (c) abgeschnitten ist . Antennenkuppel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das kuppelförmige Element (3) die Form eines halben Rotationsellipsoids aufweist. Antennenkuppel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sockel (1) Zylinder- oder zylindermantelförmig ausgebildet ist. Antennenkuppel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das kuppelförmige Element (3) eine konstante Wandstärke aufweist. Antennenkuppel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das kuppelförmige Element (3) aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial gebildet ist. Antennenkuppel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenkuppel so aufgestellt ist, dass die längere Halbachse (c) parallel zu einwirkenden Gewichtskräften verläuft.
EP21778369.5A 2020-09-18 2021-09-14 Antennenkuppel zum schutz gegenüber witterungseinflüssen Pending EP4214800A1 (de)

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