EP3120412A1 - Vorrichtung zum senden- und/oder empfangen von elektromagnetischen wellen - Google Patents

Vorrichtung zum senden- und/oder empfangen von elektromagnetischen wellen

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EP3120412A1
EP3120412A1 EP15711469.5A EP15711469A EP3120412A1 EP 3120412 A1 EP3120412 A1 EP 3120412A1 EP 15711469 A EP15711469 A EP 15711469A EP 3120412 A1 EP3120412 A1 EP 3120412A1
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EP
European Patent Office
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antenna
operating mode
antenna element
use position
antenna unit
Prior art date
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Granted
Application number
EP15711469.5A
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English (en)
French (fr)
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EP3120412B1 (de
Inventor
Hans-Werner Müller
Marten Callsen
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ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Original Assignee
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp AG, ThyssenKrupp Marine Systems GmbH filed Critical ThyssenKrupp AG
Publication of EP3120412A1 publication Critical patent/EP3120412A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3120412B1 publication Critical patent/EP3120412B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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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 is based on a device for transmitting and / or
  • Such devices are well known and are commonly used on submarines with retractable antenna masts to leave 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.
  • Countermeasures against jammers are usually based on fast frequency changes (frequency hopping) and tune antennas usually too slow.
  • Antennas with a correspondingly thick design are broadband antennas that are over long distances
  • Frequency ranges do not need to be constantly retuned and thus suitable for ECCM operation. Furthermore, vertical rod antennas are due to their flat
  • Dipole antennas are due to their steeper radiation characteristic for long-distance operation (also called DX mode) suitable because of
  • Antenna systems - rod antenna and dipole antenna - it is possible to provide the connected radios the most powerful antenna, which contributes to the reduction of interference diversity (antenna diversity).
  • movable antenna masts In the case of submarines, movable antenna masts is that thick and heavy mast systems for receiving the individual antenna elements and the associated inputs and outputs
  • Extension mechanisms 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
  • DX and local operation ECCM operation
  • antenna diversity operation a more compact design of the support element (reduction of betrayal) allows.
  • This object is achieved with a device for transmitting and / or receiving electromagnetic waves, in particular for a submarine, wherein the device has a
  • Antenna unit having a first antenna element and a second antenna element, wherein the antenna unit is moved between a retracted into a support member storage position and extended from the carrier element use position, wherein in the use position, the antenna unit is operable in a first operating mode and in a second operating mode and optionally wherein the first antenna element and the second antenna element in the first operating mode are connected to a dipole antenna and in the second operating mode to a monopole antenna with each other.
  • 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 that for each operating mode
  • Receive services for long-distance operation also referred to as DX mode, DX stands for "Distance" achieved in short-wave radio (RF radio, High Frequency) by the first and the second antenna element are connected to a common dipole antenna, since the dipole Antenna primarily emits space waves that are reflected at the ionosphere and thus can cover large 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 where in the second
  • the first and the second antenna element by means of the switching device are electrically conductively connected to each other and to a signal conductor.
  • Switching device advantageously allows rapid switching between the first and the second operating mode, so that depending on the current
  • 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
  • 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 in the
  • Use position are preferably arranged substantially at an angle to each other and in the stowed position optionally substantially parallel to each other within the
  • 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 preferably exhibit anti-parallel in the position of use
  • Monopole antenna can be achieved by the two antenna elements in the same spatial arrangement. For both operating modes are thus good transmission and
  • an at least partially curved first guide tube in which the first antenna is slidably mounted, and an at least partially curved second guide tube in which the second antenna is slidably mounted, are arranged.
  • 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 element together with the
  • 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 between the drive mechanism and the at least one guide element causes a tilting of the antenna unit at the intended outlet opening caused by the
  • 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.
  • Non-use position and an extended from the construction 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 an elongated spoiler lip, thereby reducing the water resistance and visible on the surface of the water swirls.
  • 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
  • the method according to the invention makes it possible to operate the antenna unit in two different operating modes without having separate operating modes for each operating mode
  • 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
  • Antenna element are connected to a common dipole antenna, since the dipole antenna emits primarily space waves that are reflected at the ionosphere and thus be able to travel long distances.
  • a common monopole antenna is realized, ie a short, thick rod antenna, which comparatively good transmission and reception performance for the near area in
  • Shortwave radio (RF radio, high frequency) provides, as the radio waves of
  • Rod antennas spread primarily as surface and bumps through the troposphere along the earth's surface.
  • the switching operation is preferably by means of
  • End region of the first antenna element and a second free end region of the second antenna element are arranged substantially at an angle or preferably anti-parallel to each other.
  • a fan-shaped dipole antenna is thus realized, with which in particular for the first operating mode
  • 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.
  • Antenna element to be moved by an at least partially curved first guide tube and the second antenna element by an at least partially curved second guide tube.
  • Non-use position and an extended from the structure position of use is moved.
  • Figures 1 a and 1 b show schematic sectional views of a device according to an exemplary embodiment of the present invention once in a stowed position and once in a use position.
  • FIGS. 2a to 2c show schematic detail views of the device according to the
  • Figures 3a and 3b show schematic cross-sectional views of the device according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • FIGS. 4a and 4b show schematic schematic diagrams of an antenna unit of
  • FIGS. 5a to 5c show schematic views of a device in accordance with FIG.
  • FIGS. 1a and 1b are schematic sectional views of an apparatus 1 for transmitting and / or receiving electromagnetic waves according to an exemplary embodiment
  • 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 moved between the retracted inoperative position shown in FIG. 1, in which the carrier element 2 has completely retracted into the structure 3, and an extended use position shown in FIG. 2, in which the carrier element 2 is vertical protruding from the structure of the submarine, be 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 Figure 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 second antenna elements 6, 7 form the antenna unit 13 and are in each case between the stowage position 34 shown in FIG. 1 a, in which the first and second antenna elements 6, 7 are inside the first and second guide tubes 4, 5 and thus also completely inside 1 b, and in which the first antenna element 6 from the first guide tube 4 and the second antenna element 7 from the second guide tube 5 are fully extended and thus from an outlet opening 1 1 at the free end 12 of the support member 2 protrude from the support member 2, movable.
  • 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 displaceably guided within a guide track 9 within the carrier element 2.
  • 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 may be in two different operating modes, a first
  • 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 operation; "Distance") in the
  • Shortwave radio RF radio, high frequency
  • the dipole antenna 18 emits primarily space waves that are reflected at the ionosphere and thus can travel long distances.
  • Antenna element 6, 7 connected by means of the switching device 17 to 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 primarily as surface and bumps through the troposphere along the
  • 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, i. 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 1 1 am 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 thus form in the use position 35 substantially a counter to the direction of travel 14 to the rear inclined V-shaped arrangement.
  • 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 in the region of the outlet opening 1 1 are adjacent and 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 from each other are spaced apart and preferably parallel (since the guide tubes 4, 5 each extend rectilinearly in this area) 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
  • FIGS. 2 a to 2 c show schematic detail views of the device 1 according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • the region of the free end 12 of the support member 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 at one end over one
  • Coupling clamp coupled to a cable of the cable pull 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 carriage can be moved along the guideway within the support member 2 to move the antenna elements 6, 7 between the stowed 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.
  • Antenna elements 6, 7 are in the upper region of the guideway 9 contacts 30th
  • 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 17th
  • Figure 2b is a cross-sectional view of the running in the guideway 9
  • a contact 30 for producing the electrically conductive connection between one of the two antenna elements 6, 7 and the switching device 17 is shown in FIG. 2c. 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.
  • FIGS. 3a and 3b show schematic cross-sectional views of the device 1 according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 a shows the cross section of the carrier element 2 in the region of the opening 37 in the structure 3 of the submarine (see FIG. 1 b). Inside the carrier element 2 are the two
  • Guideways 9 for the corresponding guide elements 8 of the first and second antenna element 6, 7 are arranged.
  • the two guideways 9 are arranged at an angle to each other. In the present example, therefore, the two antenna elements 6, 7 in the position of use are also in bird's-eye view, i. with regard to one
  • FIG. 3b illustrates a cross-section of the carrier element 2 in the region of the free end 12, wherein inside the carrier element 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. 4 a and 4 b 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 inner conductor of the coaxial cable acting as signal conductor 19 and the second one 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 operating mode 15 shown in FIG. 5 a, the first antenna element 6 is connected to the inner conductor of the coaxial cable acting as signal conductor 19 and the second one 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 element 6 is connected to the inner conductor of the co
  • Antenna element 6, 7 are thus interconnected to the dipole antenna 18.
  • the second operating mode 16 is shown in Figure 5b, wherein the first and the second antenna element 6, 7 are electrically conductively connected to each other and with the acting as a signal conductor 22 inner conductor of the coaxial cable.
  • 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 they are fan-shaped and arranged in a V-shape.
  • the first free end region 24 and the second free end region 26 are shown in anti-parallel in opposite directions while the first guided
  • FIGS. 5a to 5c show schematic views of a device 1 according to an alternative further embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 a shows a schematic rear view of the device 1 along the direction of travel 14 of the submarine
  • FIG. 5 b shows a top view of the device 1
  • FIG. 5 c shows a side view of the device 1.
  • the further embodiment is substantially similar to the previous embodiment illustrated and described with reference to FIGS. 1 a to 4 b, wherein, in contrast to the further embodiment, only the first and second guide tubes 4, 5 intersect along the direction of travel 14. It can be seen in FIG. 5a that both guide tubes 4, 5 extend in a curved manner in their upper region in a plane perpendicular to the direction of travel 14 and extend parallel to one another in their lower region (cf. FIG.
  • both guide tubes 4, 5 intersect.
  • both guide tubes 4, 5 are likewise curved (see FIG. 5c).
  • the two antenna elements 6, 7 are shown, which are enclosed by insulators. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Landscapes

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

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Senden- und/oder Empfangen von elektromagnetische Wellen, insbesondere für ein Uboot, vorgeschlagen, 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 und wobei in der Gebrauchsposition die Antenneneinheit wahlweise in einem ersten Betriebsmodus und in einem zweiten Betriebsmodus betreibbar ist, wobei ferner das erste und das zweite Antennenelement im ersten Betriebsmodus zu einer Dipol-Antenne und im zweiten Betriebsmodus zu einer Monopol-Antenne miteinander verschaltet sind.

Description

BESCHREIBUNG
Titel
Vorrichtung zum Senden- und/oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen 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.
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 an-hand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen
Erfindungsgedanken nicht einschränken. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figuren 1 a und 1 b 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 sehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In Figur 1 a und 1 b 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 1 a 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 1 b 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 1 1 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 1 1 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 1 1 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 1 1 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 1 b) 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 1 a 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
Vorrichtung
2 Trägerelement
3 Aufbau
4 Erstes Führungsrohr
5 Zweites Führungsrohr
6 Erstes Antennenelement
7 Zweites Antennenelement
8 Führungselement
9 Führungsbahn
10 Seilzugmechanik
1 1 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

PATENTANSPRÜCHE
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 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 ) miteinander verschaltet sind.
2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Vorrichtung (1 ) eine Schalteinrichtung (17) aufweist, welche 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 (1 1 ) 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.
1 1. 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 1 1 , 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 1 1 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 1 1 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 1 1 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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