NO136691B

NO136691B -

Info

Publication number: NO136691B
Application number: NO4561/73A
Authority: NO
Inventors: D G Pope; R J Kirkby
Original assignee: Post Office
Priority date: 1972-12-01
Filing date: 1973-11-29
Publication date: 1977-07-11
Also published as: ES420981A1; SE388504B; FR2209225B1; GB1448559A; JPS5047541A; FR2209225A1; NL7316390A; NO136691C; DE2359877A1; NL165009C; NL165009B; JPS5731681B2; DE2359877C3; CA997466A; DE2359877B2

Abstract

Anordning for styring av retningsinnstillingen for en skipsantenne.Device for controlling the directional setting of a ship antenna.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et antennearrangement ombord på et skip og særlig en anordning for å bibeholde antennens orientering innenfor forut bestemte grenser. The present invention relates to an antenna arrangement on board a ship and in particular a device for maintaining the orientation of the antenna within predetermined limits.

Et skipsantenne-system for maritim satelittkommunikasjon bør A ship antenna system for maritime satellite communication should

ha stor antennevinning for derved å nedsette det nødvendige effektforbruk i satelitten og således også omkostningene ved en kommunikasjonslinje mellom satelitt og skip. Ettersom antennevinningen øker nedsettes imidlertid antennens strålebredde og de tillatelige yttergrenser for antennens orientering inn-snevres. have a large antenna gain in order to thereby reduce the necessary power consumption in the satellite and thus also the costs of a communication line between satellite and ship. However, as the antenna gain increases, the antenna's beam width is reduced and the permissible outer limits for the antenna's orientation are narrowed.

Hvis det ikke er helt stille, vil ethvert skip til sjøs stampe If it is not perfectly still, any ship at sea will pound

og rulle til en viss grad, og hvis denne stampning og rulling er større enn strålebredden for antennesystemet, må antennens retningsinnstilling styres, hvis tilstrekkelig kommunikasjons-kapasitet skal bibeholdes. and rolling to a certain extent, and if this bumping and rolling is greater than the beam width of the antenna system, the antenna's directional setting must be controlled, if sufficient communication capacity is to be maintained.

For en enkelt skrueantenne vil antennevinningen i forhold til For a single screw antenna, the antenna gain in relation to

en isotrop antenne være 6dB, og de tilsvarende verdier for skålformede reflektorantenner med henhv. 1 og 2.25 m diameter være henhv. 18dB og 26dB. Strålebredden (til 3dB-punktene) for de ovenfor angitte antenner vil være henhv. 64°, 15° og 6°. an isotropic antenna be 6dB, and the corresponding values for bowl-shaped reflector antennas with resp. 1 and 2.25 m diameter respectively. 18dB and 26dB. The beam width (to the 3dB points) for the antennas specified above will be respectively 64°, 15° and 6°.

Det er kjent at trålere kan rulle mer enn + 35°, og en viss It is known that trawlers can roll more than + 35°, and a certain

styring av antennens retningsinnstilling er derfor påkrevet, control of the antenna's directional setting is therefore required,

selv ved anvendelse av en enkel skrue-antenne med så beskjeden vinning som 6dB. even when using a simple screw antenna with as modest a gain as 6dB.

Det er kjent å stabilisere en antenneplattform ved hjelp av gyroskoper og servo-systerner, men et sådant arrangement er kostbart og gir stabilitetsverdier av størrelsesorden + k°, hvilket er langt bedre enn det som er påkrevet selv ved en skålformet antenne med 2.25 m diameter, og en sådan antenne ville være upraktisk stor for mange skip. Det er også kjent å anvende en antenne med lav vinning og uten stabilisering i noen form, men som tidligere nevnt fører dette til høyere satelitt-omkostninger. Foreliggende oppfinnelse søker en kompromissløsning, hvorved en antenne med moderat antennevinning kan styres under nesten alle forhold til sjøs innenfor omtrent + 5° av antennens ønskede retningsinnstilling. En antenne som styres på denne måte, vil i det følgende bli betegnet som "semi-stabilisert", mens en antenne som f.eks. styres gyro-skopisk til en stabilitetsverdi på omkring \ °, vil bli betegnet som stabilisert. It is known to stabilize an antenna platform using gyroscopes and servo systems, but such an arrangement is expensive and gives stability values of the order of magnitude + k°, which is far better than what is required even for a bowl-shaped antenna with a diameter of 2.25 m, and such an antenna would be impractically large for many ships. It is also known to use an antenna with low gain and without stabilization in any form, but as previously mentioned this leads to higher satellite costs. The present invention seeks a compromise solution, whereby an antenna with moderate antenna gain can be controlled under almost all conditions at sea within approximately + 5° of the antenna's desired directional setting. An antenna that is controlled in this way will in the following be referred to as "semi-stabilized", while an antenna such as is controlled gyroscopically to a stability value of around \ °, will be termed as stabilized.

Generelt sett angir oppfinnelsen en plattform-montert antenne Generally speaking, the invention provides a platform-mounted antenna

i kardansk opphengning for semi-stabilisering av en antennes retningsinnstilling ombord på et skip, hvorved nevnte antenne-system semi-stabiliseres ved at systemet gis en lang naturlig svingningsperiode og et høyt treghetsmoment, slik det vil bli definert i det følgende. in gimbal suspension for semi-stabilization of an antenna's directional setting on board a ship, whereby said antenna system is semi-stabilized by giving the system a long natural oscillation period and a high moment of inertia, as will be defined in the following.

En "lang svingningsperiode" defineres herved som en svingningsperiode lenger enn den lengste egensvingningsperiode for skipets periodiske bevegelser til sjøs. Et "høyt treghetsmoment" defineres herved som et treghetsmoment av sådan størrelse at amplituden for de periodiske svingebevegelser som meddeles antennearrangementet ved periodiske translasjonsbevegelser av skipet i sjøen, høyst er av sammenlignbar størrelse med amplituden for periodiske svingebevegelser påført antennearrangementet fra periodiske svingebevegelser av skipet i sjøen. A "long oscillation period" is hereby defined as an oscillation period longer than the longest natural oscillation period for the ship's periodic movements at sea. A "high moment of inertia" is hereby defined as a moment of inertia of such magnitude that the amplitude of the periodic swinging movements imparted to the antenna arrangement by periodic translational movements of the ship in the sea is at most of a comparable size to the amplitude of periodic swinging movements imposed on the antenna arrangement from periodic swinging movements of the ship in the sea.

Den naturlige svingeperiode kan være minst 2, og fortrinnsvis 2.5, ganger den lengste egensvingningsperiode av skipet i sjøen, således at koblingsgraden mellom skipets og antenne-arrangementets bevegelse vil være nedsatt. The natural swing period can be at least 2, and preferably 2.5, times the longest natural swing period of the ship in the sea, so that the degree of coupling between the movement of the ship and the antenna arrangement will be reduced.

I sin foretrukkede utførelse omfatter oppfinnelsen en struktur med masse M kg og som omfatter en rettet mottagerantenne, hvorved nevnte struktur er pendelopphengt ombord på skipet ved hjelp av en lagerinnretning med 2 akser som skjærer hverandre i et svingningssentrum, idet arrangementet er utført slik at det totale Coulomb-friksjonsmoment T, uttrykt i Newton-meter, In its preferred embodiment, the invention comprises a structure with mass M kg and which comprises a directed receiver antenna, whereby said structure is pendulum suspended on board the ship by means of a bearing device with 2 axes which intersect at a center of oscillation, the arrangement being carried out so that the total Coulomb friction torque T, expressed in Newton meters,

om hver akse i lagerinnretningen står i et forhold til strukturens treghetsmoment I, uttrykt i kgm 2, som er angitt ved uttrykket: T/I ^7. 5 x 10 -4N/kgm, mens strukturens tyngdepunkt er plassert under nevnte svingesentr um i en avstand L, der L^2 x IO-3 I/M m. whether each axis in the storage device is in a relationship to the structure's moment of inertia I, expressed in kgm 2, which is indicated by the expression: T/I ^7. 5 x 10 -4N/kgm, while the center of gravity of the structure is located below the said center of rotation at a distance L, where L^2 x IO-3 I/M m.

Strukturen kan omfatte organer for retting av antennen i en forut bestemt retning, idet nevnte organer fortrinnsvis omfatter et azimuth- retningsorgan for innstilling av antennen i azimuth, samt et elevasjonsinnstillingsorgan for innstilling av antennens elevasjonsvinkel. Azimuthinnstillingsorganet kan i drift være operativt tilknyttet et kompass ombord i skipet, således at azimuthinnstillingen for antennen alltid bibeholdes, idet slingring og kursendringer for skipet kompenseres. The structure may include means for straightening the antenna in a predetermined direction, said means preferably comprising an azimuth direction means for setting the antenna in azimuth, as well as an elevation setting means for setting the antenna's elevation angle. In operation, the azimuth setting device can be operatively connected to a compass on board the ship, so that the azimuth setting for the antenna is always maintained, as the ship's swaying and course changes are compensated for.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet ved hjelp av utførelseseksempler og under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 skjematisk viser faseforholdet mellom tverrbevegelse, translasjons- og svingebevegelser for et skip samt de derved frembragte periodiske vinkelbevegelser for en pendelstruktur montert på skipet. Fig. 2 er en skjematisk angivelse av forholdet mellom antennens strålebredde og den påkrevde stabilitet for en pendel-montert antenne. Fig. 3 viser skjematisk og sett forfra et antennearrangement i henhold til oppfinnelsen. Fig. 4 viser en del av en sideprojeksjon tilsvarende fig. 3. Fig. 5 viser en utprøvet kardansk plattform for et antennearrangement i henhold til oppfinnelsen, og Fig. 6 viser en del av et snitt gjennom arrangementet i fig. 5. The invention will now be described in more detail with the help of design examples and with reference to the attached drawings, on which: Fig. 1 schematically shows the phase relationship between transverse movement, translational and swinging movements for a ship as well as the resulting periodic angular movements for a pendulum structure mounted on the ship. Fig. 2 is a schematic representation of the relationship between the antenna's beam width and the required stability for a pendulum-mounted antenna. Fig. 3 shows a schematic and front view of an antenna arrangement according to the invention. Fig. 4 shows part of a side projection corresponding to fig. 3. Fig. 5 shows a tested gimbal platform for an antenna arrangement according to the invention, and Fig. 6 shows part of a section through the arrangement in fig. 5.

Alltid når det ikke er helt stille, vil et skip til sjøs være gjenstand for svingninger som kan oppløses i periodiske bevegelseskomponenter. De viktigste svingebevegelser, i det minste i forbindelse med foreliggende oppfinnelse, vil være kjent som stamping, hugging, rulling og svaiing. Stamping er en svingende vinkelbevegelse om en tverrakse. Hugging, er en svingende translasjonsbevegelse i lengderetningen, hvilket vil si langs en linje mellom baug og akterstevn. Rulling er en svingende vinkelbevegelse om skipets lengdeakse mens svaiing er en svingende translasjonsbevegelse på tvers av lengdeaksen. Whenever it is not perfectly still, a ship at sea will be subject to oscillations which can be resolved into periodic components of motion. The most important swing movements, at least in connection with the present invention, will be known as stomping, chopping, rolling and swaying. Stamping is a swinging angular movement about a transverse axis. Hugging is a swinging translational movement in the longitudinal direction, which means along a line between bow and stern. Rolling is a oscillating angular movement about the ship's longitudinal axis, while pitching is a oscillating translational movement across the longitudinal axis.

I fig. 1 er skipet 10 vist ved en ytterstilling for dets svaiende bevegelse, hvilket vil si at skipet befinner seg maksimalt forskjøvet sideveis ut.fra sin generelle kurslinje i det plan som er betegnet med 11. I denne stilling er aksellerasjonen rettet som vist ved pilen 12. Svaiing, som opptrer når skipet får bølgene inn fra siden, frembringes delvis ved skipets tendens til å gli nedover langs bølgeflankene og delvis av den sirkulære bevegelse av vannet i hver bølge, således at svaiingen opptrer i forbindelse med skipets rulling. Ved det tidspunkt skipet passerer gjennom planet 11, vil det derfor ha inntatt en stilling som angitt ved 13. Ved det tidspunkt skipet har nådd sin annen ytterstiling for svaiings-bevegelsen, slik det er angitt ved 14, vil det atter innta en hovedsakelig vertikal stilling. Ved denne sistnevnte ytterstilling vil skipet være utsatt for en aksellerasjon i retning In fig. 1, the ship 10 is shown in an extreme position for its swaying movement, which means that the ship is maximally displaced laterally from its general course line in the plane denoted by 11. In this position, the acceleration is directed as shown by arrow 12. Swaying, which occurs when the ship receives the waves from the side, is produced partly by the ship's tendency to slide down along the wave flanks and partly by the circular movement of the water in each wave, so that the swaying occurs in connection with the ship's rolling. By the time the ship passes through plane 11, it will therefore have assumed a position as indicated at 13. By the time the ship has reached its second extreme position for the sway motion, as indicated at 14, it will again assume a substantially vertical position . In this latter extreme position, the ship will be exposed to an acceleration in direction

av pilen 15. of arrow 15.

Når skipet befinner seg i den stilling som er angitt ved 10, vil dens rulling finne sted i retning av pilen 16. I stillingen 14, vil rullingen finne sted i retning av pilen 17. When the ship is in the position indicated at 10, its rolling will take place in the direction of the arrow 16. In the position 14, the rolling will take place in the direction of the arrow 17.

Enhver pendel-montert struktur ombord på skipet vil utsettes for dreiemomenter på grunn av skipets svingende bevegelser, Any pendulum-mounted structure on board the ship will be subjected to torques due to the yawing motions of the ship,

og ut fra fig. 1 vil det være klart at både rulling og svaiing vil samtidig gi dreiemoment i samme retning, således at med skipet i stilling 10 vil dreiemomentene både fra svaiing og rulling være i retning av pilen 18, mens i stilling 14 vil dreiemomentene fra begge de nevnte svingebevegelser være i retning av pilen 19. Skipets rulling og svaiing vil således i kombinasjon sette pendelstrukturen i svingebevegelse. and from fig. 1, it will be clear that both rolling and swaying will simultaneously produce torque in the same direction, so that with the ship in position 10, the torques from both swaying and rolling will be in the direction of arrow 18, while in position 14 the torques from both of the aforementioned turning movements will be in the direction of arrow 19. The ship's rolling and swaying will thus, in combination, set the pendulum structure in swinging motion.

Hvis ikke pendel-strukturen er svingbart montert om skipets rulle-senter,xhvilket vil si den linje som utgjør akse for skipets rullebevegelser, vil skipets rulling påføre pendel-strukturen en ytterligere svingende translasjonsbevegelse i tverr-retningen. If the pendulum structure is not pivotably mounted about the ship's roll center, xwhich is to say the line that constitutes the axis for the ship's roll movements, the ship's rolling will cause the pendulum structure a further swinging translational movement in the transverse direction.

Amplituden av de svingningsbevegelser som overføres til pendel-strukturen av skipets svaiing kan nedsettes ved å anordne et dempende friksjonsmoment om svingeaksen. Dette vil imidlertid øke koblingen mellom pendelstrukturens svingebevegelser og skipets svingende bevegelser, således at amplituden av de svingebevegelser som overføres til pendelstrukturen fra skipets rullebevegelse, vil økes. Det er derfor nødvendig å søke andre midler enn nevnte kontrollerte svingefriksjon for å begrense de svingninger som skriver seg fra svaiingen uten at samtidig de svingninger som skriver seg fra rullingen, øker sin amplitude. I henhold til foreliggende oppfinnelse oppnås dette ved å gi nevnte pendelstruktur med den kardang-monterte antenne et høyt treghetsmoment og en lang svingeperiode, slik det er forklart ovenfor. The amplitude of the oscillating movements that are transferred to the pendulum structure by the ship's swaying can be reduced by arranging a dampening frictional torque about the axis of rotation. This will, however, increase the coupling between the pendulum structure's swinging movements and the ship's swinging movements, so that the amplitude of the swinging movements that are transferred to the pendulum structure from the ship's roll movement will be increased. It is therefore necessary to seek means other than the aforementioned controlled swing friction in order to limit the oscillations resulting from the swaying without at the same time increasing the amplitude of the oscillations resulting from the rolling. According to the present invention, this is achieved by giving said pendulum structure with the gimbal-mounted antenna a high moment of inertia and a long swing period, as explained above.

Forholdet mellom stampning og hugging er av samme art som det ovenfor forklarte forhold mellom rulling og svaiing, og en betraktning av dette forhold vil lede til en lignende konklusjon, nemlig at pendelstrukturen må ha et høyt treghetsmoment og en lang svingeperiode, hvis de svingningsamplituder som bevirkes av skipets bevegelse, skal begrenses. The relationship between pounding and chopping is of the same nature as the above-explained relationship between rolling and swaying, and a consideration of this relationship will lead to a similar conclusion, namely that the pendulum structure must have a high moment of inertia and a long swing period, if the swing amplitudes that are caused of the ship's movement must be limited.

Den påkrevde amplitudebegrensning for sådanne svingebevegelser av en kardang-montert antenneanordning, kan bestemmes ved betraktning av fig. 2. I fig. 2 representerer linjen 20 den faktiske retning til en kommunikasjons-satelitt, mens linjen 21 representerer antenneinnstillingen ved en yttergrense for dens svingebevegelse. Vinklen A tilsvarer den tillatelige vinkelstabilitet for antennen, mens vinklen B tilsvarer antennens strålevidde mellom 3dB-punktene og vinklen C er en vinkeltoleranse som eliminerer behovet for kontinuerlig etterjustering av antennens retningsinnstilling. Et hurtiggående skip som fremføres langs en storsirkelrute, kan hver time tilbakelegge en avstand som er tilstrekkelig, stor til at retningen mellom en geo-stasjonær satelitt og skipet vil vinkelforskyves så The required amplitude limitation for such swinging movements of a gimbal mounted antenna device can be determined by considering fig. 2. In fig. 2, line 20 represents the actual direction of a communications satellite, while line 21 represents the antenna setting at an outer limit of its yaw motion. The angle A corresponds to the permissible angular stability of the antenna, while the angle B corresponds to the antenna's beam width between the 3dB points and the angle C is an angle tolerance that eliminates the need for continuous readjustment of the antenna's directional setting. A fast-moving ship moving along a great circle route can travel a distance every hour that is sufficiently large that the direction between a geo-stationary satellite and the ship will be angularly shifted so

meget som 1° pr. time. Det antas at det er rimelig .å forlange at antennens retningsinnstilling, justeres.hver 5. time, as much as 1° per hour. It is assumed that it is reasonable to require that the antenna's directional setting be adjusted every 5 hours,

således at en vinkeltoleranse på 5° må tas med i beregningen av den påkrevde antennestabilitet. Det antas med andre ord at vinklen C er lik 5°. so that an angular tolerance of 5° must be included in the calculation of the required antenna stability. In other words, it is assumed that the angle C is equal to 5°.

Ut fra geometrien i fig. 2 kan det utledes: A = (B-5)/2°. Based on the geometry in fig. 2 it can be derived: A = (B-5)/2°.

Som tidligere angitt er strålevidden for en skålformet antenne med en diameter på 1 m lik 15°, og av dette følger at den påkrevde stabilitetsvinkel for en sådan antenne vil være + 5°. As stated previously, the beam width for a bowl-shaped antenna with a diameter of 1 m is equal to 15°, and from this it follows that the required angle of stability for such an antenna will be + 5°.

Det kan vises ved hjelp av datamaskinsimulering at denne stabilitetsgrad kan oppnås ved hjelp av et antenne-retnings-arrangement i form av en pendel-struktur med følgende parametre: Totalt treghetsmoment I = 2000 kg/m <2>,pendelstrukturens masse x It can be shown with the help of computer simulation that this degree of stability can be achieved with the help of an antenna-directional arrangement in the form of a pendulum structure with the following parameters: Total moment of inertia I = 2000 kg/m <2>, mass of the pendulum structure x

avstanden mellom strukturens tyngdepunkt og svingeakse, the distance between the structure's center of gravity and pivot axis,

ML = 4 kg m. ML = 4 kg m.

Total Coulomb-friksjonsmoment mellom skipet og antenneplattformen, T = 1.5 Nm. Total Coulomb friction moment between the ship and the antenna platform, T = 1.5 Nm.

Et antennearrangement med parametre tilsvarende disse verdier An antenna arrangement with parameters corresponding to these values

vil oppnå den ønskede stabilitetsvinkel på + 5° når det monteres ombord på et lasteskip på 14.000 tonn dødvekt, når sjøen kommer inn fra siden under en vindstyrke på 9 i Beaufort-skalaen. will achieve the desired stability angle of + 5° when mounted on board a cargo ship of 14,000 tonnes deadweight, when the sea comes in from the side under a wind force of 9 on the Beaufort scale.

Et system med parametre av sådanne verdier vil også oppnå den ønskede stabilitet når det monteres ombord på en tråler under lignende forhold med hensyn til vind og sjøgang. Det forventes at den ønskede stabilitet bibeholdes under de ovenfor angitte ufordelaktige betingelser under mer enn 99% av driftstiden. A system with parameters of such values will also achieve the desired stability when mounted on board a trawler under similar conditions with regard to wind and sea conditions. It is expected that the desired stability is maintained under the unfavorable conditions indicated above for more than 99% of the operating time.

Fordi parametrene ML, I og T bare opptrer i innbyrdes forhold Because the parameters ML, I and T only appear in relation to each other

i bevegelsesligningene, kan disse parametre omvandles til et ytterligere parameter par, nemlig T/I og ML/I, som skal anta verdier lik forholdene mellom de ovenfor angitte grunnparametre. x Dette betyr at: in the equations of motion, these parameters can be converted into a further parameter pair, namely T/I and ML/I, which shall assume values equal to the ratios between the basic parameters specified above. x This means that:

Verdiene av disse parametre utgjør grenseverdier for et The values of these parameters constitute limit values for a

system med den ønskede stabilitet. system with the desired stability.

Parameteren ML/I kan lett gis den korrekte verdi, da parameteren L, som ganske enkelt er avstanden mellom svingesenteret og systemets tyngdepunkt, kan varieres etter ønske. Parameteren T/I utgjør derfor den kritiske faktor. Et nål-rullelager med nominell diameter på omkring 4 cm vil gi en verdi for T/I lik den ovenfor angitte grenseverdi, og da de belastninger som påføres lagerinnretningen av et system med de ovenfor angitte parameterverdier, på tilfredsstillende måte kan bæres av et nal-rullelager med en diameter pa bare omkring 0.5 cm, vil det følge av dette at en passende konstruksjon vil kunne oppnås ved hjelp av lagre med diameter mellom disse grenser. The parameter ML/I can easily be given the correct value, as the parameter L, which is simply the distance between the center of rotation and the center of gravity of the system, can be varied as desired. The parameter T/I is therefore the critical factor. A needle roller bearing with a nominal diameter of around 4 cm will give a value for T/I equal to the limit value specified above, and since the loads applied to the bearing device by a system with the parameter values specified above, can be satisfactorily carried by a needle- rolling bearings with a diameter of only about 0.5 cm, it will follow from this that a suitable construction will be achieved using bearings with diameters between these limits.

Det skal nå henvises til fig. 3 og 4 som skjematisk viser et semi-stabilisert arrangement for retningsinnstilling av en antenne og med parametre som tilfredsstiller de ovenfor angitte krav. Antennestrukturen som generelt er betegnet med 23 foreligger i form av en skålformet reflektor 24 med diameter på 1 meter og svingbart montert ved 25 på toppen av en opprettstående arm 26. Et elevasjonsinnstillingsorgan i form av en fjernstyrt elektrisk motor 35a er anordnet for dreining av Reference must now be made to fig. 3 and 4 which schematically show a semi-stabilized arrangement for directional setting of an antenna and with parameters that satisfy the above stated requirements. The antenna structure which is generally denoted by 23 is in the form of a bowl-shaped reflector 24 with a diameter of 1 meter and pivotably mounted at 25 on top of an upright arm 26. An elevation setting means in the form of a remote-controlled electric motor 35a is arranged for turning

reflektoren 24 om svingeaksen 25, for derved å innstille eller etterjustere antennens elevasjonsvinkel. Et bærestykke 27 the reflector 24 about the pivot axis 25, in order thereby to set or readjust the elevation angle of the antenna. A supporting piece 27

er fast forbundet med den nedre ende av armen 26. is firmly connected to the lower end of the arm 26.

Antennesammenstillingen, som omfatter reflektorskålen 24, armen 26, bærestykket 27 og motoren 35a, er montert på en plattform 28, og et azimuth-innstilingsorgan i form av en fjernstyrt elektrisk motor 35b er anordnet for dreining av antennesammenstillingen omkring en akse som står vinkelrett på grenseflaten mellom bærestykket 27 og plattformen 28. The antenna assembly, which includes the reflector dish 24, the arm 26, the support piece 27 and the motor 35a, is mounted on a platform 28, and an azimuth adjustment means in the form of a remote-controlled electric motor 35b is arranged to rotate the antenna assembly about an axis perpendicular to the interface between the support piece 27 and the platform 28.

På grunnlag åv den følgende beskrivelse vil det forstås at denne On the basis of the following description, it will be understood that this

grenseflate mellom bærestykket 27 og plattformen 28 vil være i det vesentlige horisontalt, således at azimuthinnstillingsorganet kan være anordnet for å dreie antennesystemet om en hovedsakelig vertikal akse. Azimuth-innstillingsorganet er sammenkoblet med skipets kompass og styrer derved antennens retningsinnstilling for kompensasjon av slingring og kursendringer. interface between the support piece 27 and the platform 28 will be essentially horizontal, so that the azimuth setting member can be arranged to turn the antenna system about a mainly vertical axis. The azimuth setting device is connected to the ship's compass and thereby controls the antenna's directional setting to compensate for yaw and course changes.

Plattformen 28 er kardang-opphengt ved hjelp av en universalforbindelse 29 på en stiv del av skipsstrukturen, som er betegnet med 30. Delen 30 kan være en mast eller en del av brostrukturen på skipet. Universalforbindelsen 29 har et par innbyrdes vinkelrette akser anordnet parallelt med hver sin horisontale hovedakse for skipet, hvilket vil si lengdeaksen (mellom baug og akterstevn) samt tverrskipsaksen. Det vil imidlertid forstås at en kardansk opphengning slik som en universalforbindelse, vil ha akser som skjærer hverandre i et "svingesenter", som betegner et punkt som den struktur som er montert på forbindelsen, er tvunget til å dreie seg om. Ut fra plattformen 28 strekker det seg fire grener 31 som er anordnet i to innbyrdes vinkelrettet plan. The platform 28 is gimbal-suspended by means of a universal connection 29 on a rigid part of the ship's structure, which is denoted by 30. The part 30 can be a mast or part of the bridge structure of the ship. The universal connection 29 has a pair of mutually perpendicular axes arranged parallel to each of the main horizontal axis of the ship, which means the longitudinal axis (between the bow and stern) and the transom axis. However, it will be understood that a gimbal suspension such as a universal joint will have axes that intersect at a "pivot center", which denotes a point about which the structure mounted on the joint is forced to pivot. Extending from the platform 28 are four branches 31 which are arranged in two mutually perpendicular planes.

En vekt 32 er fastgjort til ytterenden av hver gren 31. De fire vekter 32 har hovedsakelig samme masse og tjener et dobbelt formål: de skal ha tilstrekkelig masse og være hensiktsmessig plassert for å gi arrangementet en pendel-struktur som er svingbart montert på universal<*>forbindelsen 29 samt har en lang svingeperiode, og de nevnte masser samt deres avstand fra universalforbindelsens svingesenter er av en sådan art at arrangementet får et treghetsmoment. Reflektorskålen 24 er i alt vesentlig utbalansert ved hjelp av en motvekt 33, således at forandringer i skålens elevasjonsvinkel ikke i vesentlig grad vil forandre strukturens treghetsmoment eller tyngdepunkt. A weight 32 is attached to the outer end of each branch 31. The four weights 32 have substantially the same mass and serve a dual purpose: they must have sufficient mass and be suitably located to give the arrangement a pendulum structure which is pivotally mounted on the universal< *>the connection 29 also has a long period of swing, and the aforementioned masses and their distance from the universal joint's swing center are of such a nature that the arrangement acquires a moment of inertia. The reflector bowl 24 is essentially balanced by means of a counterweight 33, so that changes in the bowl's elevation angle will not significantly change the structure's moment of inertia or center of gravity.

Hver av vektene 32 har en masse på 25 kg og er slik anordnet at arrangementets tyngdepunkt ligger omtrent 3/4 mm under svingesenteret. Et sådant arrangement har et treghetsmoment på Each of the weights 32 has a mass of 25 kg and is so arranged that the center of gravity of the arrangement lies approximately 3/4 mm below the center of rotation. Such an arrangement has a moment of inertia

omtrent 30 kgm samt en svingeperiode på omtrent 45 sekunder. approximately 30 kgm as well as a swing period of approximately 45 seconds.

Arrangementet er tildekket av en kuppel 34, som forhindrer vind-krefter fra å forstyrre antenneinnstillingen samt beskytter systemet mot ugunstig påvirkning fra den maritime omgivelse. Kuppelen kan være konstruert av et hvilket som helst material The arrangement is covered by a dome 34, which prevents wind forces from disturbing the antenna setting and also protects the system against unfavorable influences from the maritime environment. The dome can be constructed of any material

med hensiktsmessig struktur og som er gjennomstrålbart for elektromagnetisk strålning på systemets arbeidsfrekvens, som i det foreliggende tilfelle er omkring 1.6 gHz. with an appropriate structure and which is transparent to electromagnetic radiation at the system's working frequency, which in the present case is around 1.6 gHz.

Det beskrevne arrangement er sådant at antennen kan stabiliseres innenfor + 5° for skip av alle størrelser fra trålere til tankskip under praktisk talt alle værforhold til sjøs. Denne stabiliserings-grad vil gjøre det mulig for vedkommende skip å anvende en antenne så stor som en reflektorskål med en diameter på 1 meter, hvilket anses å tilsvare omtrent den øvre grensestørrelse for antenner som skal anbringes i passende stilling på de fleste sjøgående fartøy. Selv om den teoretiske stabilitet ikke skulle kunne realiseres fullt ut i praksis, vil i alle fall en stablisering innenfor omkring + 1\ ° være oppnåelig, og dette vil muliggjøre anvendelse av fire sammenstilte skrueantenner (quad helix antenne) med en antennevinning på 16dB. Anvendelse av en sådan antenne vil ha den fordel at omfanget av beskyttelseskuppelen og således også systemomkostningene, kan nedsettes. Hvis skipet utsettes for andre periodiske bevegelser enn de som er omtalt ovenfor antas det at svingeperioden for sådanne bevegelser enten vil være så The arrangement described is such that the antenna can be stabilized within + 5° for ships of all sizes from trawlers to tankers in practically all weather conditions at sea. This degree of stabilization will make it possible for the ship in question to use an antenna as large as a reflector dish with a diameter of 1 meter, which is considered to correspond approximately to the upper limit size for antennas that must be placed in a suitable position on most seagoing vessels. Even if the theoretical stability should not be fully realized in practice, a stabilization within about + 1\ ° will in any case be achievable, and this will enable the use of four assembled screw antennas (quad helix antenna) with an antenna gain of 16dB. Use of such an antenna will have the advantage that the extent of the protective dome and thus also the system costs can be reduced. If the ship is subjected to periodic movements other than those mentioned above, it is assumed that the swing period for such movements will either be

kort (f.eks. vibrasjoner fra skipsmotorene) at de ikke vil ha noen vesentlig innvirkning på systemets stabilitet, eller så'short (e.g. vibrations from the ship's engines) that they will not have any significant impact on the system's stability, or so'

lang (f.eks. sjøens tidevannsbevegelser) at energi tilføres systemet i en takt som kan direkte opptas av opphengningens friksjon. long (e.g. tidal movements of the sea) that energy is supplied to the system at a rate that can be directly absorbed by the suspension's friction.

Det skal også bemerkes at strukturens treghetsmoment er tilstrekkelig stort til at f.eks. variasjoner i lagerfriksjonen og stramningen i motorledningene 36 kan negliseres. It should also be noted that the structure's moment of inertia is sufficiently large that e.g. variations in the bearing friction and the tension in the motor lines 36 can be neglected.

Fig. 5 viser en kardangopphengt plattform som er blitt utprøvet i praksis. Plattformen omfatter et lagerhus 37 og fire vektbærende armer 38 som strekker seg ut fra dette. Oversiden av huset 37 er utført for å motta og bære et bærestykke av den art som er angitt ved 27 i fig. 3 og 4. En vekt 39 er fastskrudd på enden av hver arm 38, og er fastlåst i én ønsket stilling på armen ved hjelp av en låsemutter 40. Hver vekt 40 er fylt med bly og har en masse på omtrent 30 kg. Armene 38 er anordnet i to koaksiale, innbyrdes vinkelrette par, og vektene 40 i hvert par ligger omtrent 1.4 m fra hverandre. Fig. 5 shows a gimbal-suspended platform that has been tested in practice. The platform comprises a bearing housing 37 and four weight-bearing arms 38 which extend from this. The upper side of the housing 37 is designed to receive and carry a support piece of the type indicated at 27 in fig. 3 and 4. A weight 39 is screwed to the end of each arm 38, and is locked in one desired position on the arm by means of a lock nut 40. Each weight 40 is filled with lead and has a mass of approximately 30 kg. The arms 38 are arranged in two coaxial, mutually perpendicular pairs, and the weights 40 in each pair are approximately 1.4 m apart.

Plattformen understøttes av en universalforbindelse inne i huset The platform is supported by a universal connection inside the house

37 på en bærestav 41 som er innrettet for fast forbindelse med en passende del av skipets overbygning. Et ledd av universalforbindelsen er festet til den øvre ende av bærestaven 41, mens det annet ledd er festet til undersiden av et avstandsstykke 42 som er vist i fig. 6. Det vil bemerkes at avstandsstykker av forskjellig vertikal dimensjon kan anvendes for å variere plattformen og antennesystemets vertikale stilling i forhold til svingesentret i universalforbindelsen, hvorved arrangementet er innstillbart for å ta hensyn til antenner av forskjellig omfang og form eller, hvis så ønskes, 37 on a support rod 41 which is arranged for a fixed connection with a suitable part of the ship's superstructure. One link of the universal connection is attached to the upper end of the support rod 41, while the other link is attached to the underside of a spacer 42 which is shown in fig. 6. It will be noted that spacers of different vertical dimensions can be used to vary the vertical position of the platform and the antenna system in relation to the pivot center of the universal joint, whereby the arrangement is adjustable to take into account antennas of different scope and shape or, if desired,

å utbalansere plattformen alene. Under utprøvningen ble det anvendt et passende avstandsstykke for å anbringe systemets tyngdepunkt to balance the platform alone. During testing, a suitable spacer was used to locate the system's center of gravity

0.7 5 mm under svingesentret for universalforbindelsen. Den anvendte forbindelse var en rettsbeskyttet konstruksjon med nål-rullelagre med omtrent 11 mm nominell diameter. Treghets-momentet for den utprøvede sammenstilling var litt over 29 kgm 2. Under utprøvningen var bærestaven 41 festet til broen på et ustabilisert skip på omtrent 1450 tonn dødvekt og utstyrt med en gyrohorisont-innretning som gir nøyaktig referanse til et sant horisontalplan. Plattformen var utstyrt med lavfriksjons-transduktorer for avføling av plattformens vinkelstilling, og utgangssignalene fra disse transduktorer ble kombinert med utgangssignalene fra gyrohorisont-innretningen for i et hvert øyeblikk å gi informasjon om plattformens rulle- og stampestilling i forhold til det sanne horisontalplan. De instantane rulle- 0.7 5 mm below the pivot center for the universal joint. The connection used was a patent-pending design with needle roller bearings of approximately 11 mm nominal diameter. The moment of inertia of the tested assembly was just over 29 kgm 2. During the test, the support rod 41 was attached to the bridge of an unstabilized ship of approximately 1450 deadweight tons and equipped with a gyro-horizon device that provides accurate reference to a true horizontal plane. The platform was equipped with low-friction transducers for sensing the platform's angular position, and the output signals from these transducers were combined with the output signals from the gyrohorizon device to provide, at each moment, information about the platform's roll and pitch position in relation to the true horizontal plane. The instant roll-

og stampevinkler for plattformen ble derpå vektorielt kombinert for å gi den absolutte vinkel eller "tilt" for plattformen i et hvert øyeblikk. Tilt-vinklene ble så gjenstand for statistisk analyse og et histogram ble opptegnet. and pitch angles of the platform were then vectorially combined to give the absolute angle or "tilt" of the platform at each instant. The tilt angles were then subjected to statistical analysis and a histogram was recorded.

Dette histogram viste at plattformens tilt-vinkel overskred This histogram showed that the platform's tilt angle was exceeded

+ 5° bare under 0.15% av den tid hvorunder resultatene ble opptatt, skjønt det naturligvis bør bemerkes at dette resultat er sterkt avhengig av de tidsmessige variasjoner av sjøgang og værforhold under utprøvningstiden. En sannere angivelse av stabili-seringseffekten er gitt ved det forhold at skipets stampeutsving overskred + 5° under 0.13% av utprøvningstiden, mens stampeutsvinget (i skipets lengderetning) for plattformen overskred + 5° bare under 0.05% av tiden. Mens stampeutsvinget for skipet overskred + 10° under 0.15% av tiden, så overskred videre stampeutsvinget for plattformen + 10° bare under 0.001% av tiden. Det vil således være åpenbart at plattformen var vesentlig mer stabil enn selve skipet. En påfølgende undersøkelse av den utprøvede sammenstilling viste at friksjonen i universalforbindelsens lagre var større enn forutsatt. Lagre av bedre kvalitet antas å gi et forbedret system. En ytterligere forbedring antas videre å kunne oppnås ved anvendelse av en universalforbindelse av konstant hastighetstypen. Den forbindelse som ble anvendt under den ovenfor angitte utprøvning var av en form kjent som Hooks forbindelse og var således ikke av konstant hastighetstypen. Dette vil si at dreiebevegelser av et forbindelsesledd om en akse ikke ble kontinuerlig og likeartet + 5° only under 0.15% of the time during which the results were taken, although it should of course be noted that this result is strongly dependent on the temporal variations of sea level and weather conditions during the test period. A truer indication of the stabilization effect is given by the fact that the ship's pitch fluctuation exceeded + 5° during 0.13% of the test time, while the pitch fluctuation (in the ship's longitudinal direction) for the platform exceeded + 5° only under 0.05% of the time. While the pitch deflection for the ship exceeded + 10° less than 0.15% of the time, the pitch deflection for the platform exceeded + 10° just under 0.001% of the time. It will thus be obvious that the platform was significantly more stable than the ship itself. A subsequent examination of the tested assembly showed that the friction in the bearings of the universal joint was greater than expected. Better quality bearings are believed to provide an improved system. A further improvement is further believed to be obtainable by the use of a universal joint of the constant velocity type. The compound used in the above test was of a form known as Hook's compound and thus was not of the constant rate type. This means that turning movements of a connecting link about an axis were not continuous and uniform

omformet til dreiebevegelse for det annet ledd omkring sin akse, transformed into turning movement for the second link around its axis,

når leddenes akser var innbyrdes skråstilt. Det vil således være en variasjon i vinkelhastighet for det øvre ledd (nemlig det ledd som er festet til plattformen) om sin akse, således at det følgelig vil foreligge et kraftpar om denne akse, og den gyro- when the axes of the joints were mutually inclined. There will thus be a variation in the angular velocity of the upper link (namely the link which is attached to the platform) about its axis, so that there will consequently be a force couple about this axis, and the gyro-

skopiske virkning av denne vil da gi seg til kjenne som bevegelse rundt en annen akse og således øket skråstilling av plattformen. the scopic effect of this will then make itself felt as movement around a different axis and thus increased tilting of the platform.

Det vil innses at anvendelse av en forbindelse med konstant It will be realized that application of a compound with constant

hastighet vil overvinne dette problem. Det ble også funnet at friksjonen om de to lagerakser for forbindelsen var forskjellig, speed will overcome this problem. It was also found that the friction about the two bearing axes of the connection was different,

og at plattformen antok en liten skjønt ikke uvesentlig konstant skråstilling eller tilt. En antenne på plattformen kan innstilles nøyaktig på tross av denne skråstilling, men det foretrekkes naturligvis at sammenstillingen utføres symmetrisk med hovedsakelig samme Coulomb-friksjonsmoment omkring hver av de to lagerakser. and that the platform assumed a small though not insignificant constant slant or tilt. An antenna on the platform can be set precisely despite this tilt, but it is naturally preferred that the assembly is carried out symmetrically with essentially the same Coulomb friction moment around each of the two bearing axes.

Claims

1. Device for controlling the direction recommendation for a ship's santerine (24) designed for directed reception of radio waves, under which said device comprises a structure (23) which includes the antenna itself and has a mass of M kg, as well as a bearing device for gimbal suspension of the structure as a pendulum on board the ship, as the storage facility formed swings axes of the structure intersect in a pivot center, characterized in that the bearing device (29) is arranged so that the structure's center of gravity will lie below the said pivot center at a distance which, expressed in metres,/ does not exceed 0.002 times the present minimum value of the quotient I/M, where I measured in kgm 2 constitutes the structure's inertia moment about any of the aforementioned pivot axes, and bearings the device's total Coulomb friction moment if any preferably of said pivot axes, expressed in Newton metres, is not greater than 0.00075 times I^whereby the direction of the ship's antenna setting is semi-stabilized.

2. Device as stated in claim 1, characterized in that the structure (23) comprises means for setting the distance between the structure's center of gravity and said center of rotation.

3. Device as specified in claim 1 or 2, characterized in that said total Coulomb friction moment is of substantially the same magnitude about all said pivot axes.

4. Device as specified in claims 1-3, characterized in that the storage device (29) comprises a universal connection.

5. Device as stated in claim 4, characterized in that the universal connection is of the constant speed type.

6. Device as stated in claims 1-5, characterized in that the structure (23) comprises organs (35a, 35b) for setting the antenna (24) in a predetermined direction (20).

7. Device as stated in claim 6, characterized in that the means (35a, 35b) for setting the antenna (24) comprise an azimuth setting means (35b) for setting the direction of the antenna (24) in azimuth, as well as an elevation setting means (35a) for setting the direction of the antenna (24) in elevation.

8. Device as stated in claim 7, characterized in that the azimuth setting device (35b) during operation is coordinated with a compass on board the ship, so that the antenna's azimuth setting is maintained.

9. Device as stated in claims 1-8, characterized in that the structure (23) is surrounded by a dome (34).