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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Gelenkeinrichtung sowie eine
klappbare Antenne mit dieser Gelenkeinrichtung, insbesondere eine
HF-, VHF- oder UHF-Antenne,
sowie verschiedene Antennenanordnungen, insbesondere als LPD-Antenne oder Discone-Antenne.
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Im
Stand der Technik sind Antennenanordnungen bekannt, bei denen die
einzelnen Antennenstäbe
in eine Halterung eingeschraubt werden, um die gewünschte Antennenform
auszubilden. Diese Antennenanordnungen sind bezüglich ihrer Handhabbarkeit
für vielerlei
Anwendungen nur bedingt oder überhaupt
nicht einsetzbar.
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Die
DD 71142 beschreibt eine Gelenkeinrichtung
zum klappbaren Verbinden zweier Bauteile, die zwei einander zugewandte,
sphärisch
ausgebildete Endabschnitte aufweist.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gelenkeinrichtung
und insbesondere eine verbesserte Antenne und verbesserte Antennenanordnungen
bereitzustellen, die hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit
den bekannten Antennen im wesentlichen gleichwertig und dennoch
flexibler und vielseitiger einsetzbar sind. Diese Aufgabe wird mit
den Merkmalen der Patentansprüche
gelöst.
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Die
Erfindung geht dabei von dem Grundgedanken aus, die Antenne klappbar
auszubilden, d.h. ein erstes Antennenelement bezüglich eines zweiten Antennenelements
mittels einer Gelenkeinrichtung schwenkbar vorzusehen.
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Hierfür wurde
eine besonders geeignete, erfindungsgemäße Gelenkeinrichtung entwickelt,
die für
in der Antennentechnik auftretende hochfrequente elektromagnetische
Schwingungen bzw. Wellen günstige Übertragungscharakteristika
bzw. geringe Verluste aufweist.
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Dies
ist insbesondere dann möglich,
wenn sichergestellt wird, daß die
im wesentlichen auf der Oberfläche
der Antennenbauteile übertragenen
elektromagnetischen Wellen (Skin-Effekt) sich auch über den
Gelenkabschnitt hinweg fortsetzen können. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen,
an einem Endabschnitt der Gelenkeinrichtung mindestens abschnittsweise
eine sphärische
Oberfläche
vorzusehen, die mit einem am anderen, gegenüberliegenden Endabschnitt der
Gelenkeinrichtung vorgesehenen Hohlzylinder zumindest abschnittsweise
entlang mindestens einer im wesentlichen linienförmigen Berührungsstelle in Kontakt steht,
wobei der gute Kontakt insbesondere durch den hohen Anpreßdruck bei
Verwendung von Tellerfedern gewährleistet
wird.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung können somit
klappbare Antennen und Antennenanordnungen bereitgestellt werden,
die hervorragende Übertragungscharakteristika
aufweisen und gleichzeitig gegenüber
bekannten Antennen wesentlich flexibler und vielseitiger einsetzbar
sind. Darüber
hinaus hat die erfindungsgemäße Konstruktion
insbesondere den Vorteil, daß die
Gelenkeinrichtung entlang ihrer Berührungsstellen selbstreinigend
ist, so daß auch
dauerhaft günstige Übertragungscharakteristika
ermöglicht
werden. Ferner erlaubt die erfindungsgemäße klappbare Antenne die Konstruktion einer
komplexen Antennenanordnung, die schnell und auf einfache Weise
betriebsbereit gemacht werden kann, ein komplettes Demontieren vermeidet, und
die einen variablen Einsatz, z.B. an Fahrzeugen ermöglicht.
Darüber
hinaus ist insbesondere bei Verwendung eines Doppelgelenks ein besonders
vorteilhaftes Zusammenklappen der Antennenanordnung möglich, wodurch
der Raumbedarf der Antenne erheblich reduziert wird und die Antennenanordnung leichter
transportierbar ist.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die
Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung in Form
einer Discone-Antenne
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2 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung in Form
einer LPD-Antenne;
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3 eine
Detailansicht der erfindungsgemäßen klappbaren
Antenne, insbesondere der Gelenkeinrichtung;
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4a und 4b eine
Stütze
für die
in 1 gezeigte Antennenanordnung; und
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5 eine
schematische Detailansicht der Gelenkeinrichtung,
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6 eine
schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung;
und
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7 eine
Detailansicht der Gelenkeinrichtung, die in der in 6 gezeigten
Ausführungsform Anwendung
findet.
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In 1 ist
eine bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung 2 in
Form einer sogenannten Discone-Antenne dargestellt. Diese Antennenanordnung 2 weist
im wesentlichen einen Fuß bzw.
Ständer 4,
eine Antennenhalterung 6 sowie mehrere um den Umfang des
Ständers 4 bzw.
der Halterung 6 angeordnete klappbare Antennen 8 auf.
Ferner ist vorzugsweise ein Anschlußstecker 10 für die Antenne
am Ständer 4 vorgesehen.
Desweiteren kann zur Befestigung der Antennenanordnung 2 an
einem Boden eine Montageanordnung 12, z.B. in Form eines
Flansches, vorgesehen sein. Die klappbaren Antennen 8 sind
an der Halterung 6 mittels jeweiliger Gelenkeinrichtungen 14 klappbar
montiert. Die Gelenkeinrichtungen 14 dieser ersten Ausführungsform
sind in den 3 und 5 näher dargestellt.
Mittels der Gelenkeinrichtungen 14 lassen sich die klappbaren
Antennen 8 in eine im wesentlichen parallel zum Ständer 4 verlaufende
Richtung zusammenklappen, so daß die
Antennenanordnung 2 ein wesentlich kleineres Volumen (Abmessungen)
einnimmt als in dem in 1 dargestellten Betriebszustand
und rasch zusammengeklappt werden kann. Die Antennen 8 können vorzugsweise
in der Anordnung gemäß 1 mittels
einer Aufspannstütze 16 im
aufgespannten Zustand gehalten werden, was insbesondere bei hohen
zu erwartenden Windstärken
vorteilhaft ist.
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Die
Aufspannstütze 16 ist
in den 4a und 4b näher gezeigt.
Entsprechend dieser Darstellungen ist die Aufspannstütze 16 vorzugsweise scheibenförmig ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform
befindet sich in der Mitte der Scheibe eine Durchgangsöffnung 18,
mittels der die Aufspannstütze 16 zumindest
axial entlang des Ständers 4 verschiebbar
ist. Um den Umfang der Scheibe der Aufspannstütze 16 sind vorzugsweise
mehrere Aussparungen 20 vorgesehen, die in ihrer Anzahl und
Position den klappbaren Antennen 8 entsprechen. Im zusammengeklappten
Zustand der Antennenanordnung 2 befinden sich die heruntergeklappten
Antennen vorzugsweise innerhalb der Aussparungen 20, so
daß diese
die Antennen 8 in einer bestimmten Position halten. Zwischen
den Aussparungen 20 sind jeweils um den Umfang der Scheibe mehrere
Auflageabschnitte 22 vorgesehen, auf denen die Antennen 8 im
aufgespannten Zustand der Antennenanordnung 2 gehalten
werden. Zur Fixierung der Position kann an der Aufspannstütze 16 eine
Arretiervorrichtung vorgesehen sein.
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Eine
zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung 24 ist
in 2 dargestellt. Die Antennenanordnung 24 weist
im wesentlichen eine Halterung 26 sowie mehrere daran vorgesehene
klappbare Antennen 8 auf. Die Antennen 8 sind
auch in dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mittels Gelenkeinrichtungen 14 an der
Halterung 26 montiert. Mittels der Gelenkeinrichtung 14 lassen
sich die Antennen 8 auf einfache Weise zusammenklappen,
so daß sich
das Volumen der Antennenanordnung 24 erheblich reduzieren
läßt. Darüber hinaus
ist es möglich,
auch an der Halterung 26 Gelenkeinrichtungen vorzusehen,
so daß auch diese
zusammenklappbar ausgebildet sein kann. Bei dieser Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Antennenanordnung 24 ist
es besonders bevorzugt, die Gelenkeinrichtung 14 in Form
eines Doppelgelenks auszubilden, das im wesentlichen eine Kombination zweier
in 3 dargestellter Gelenkeinrichtungen ist. Eine
derartige Gelenkeinrichtung ermöglicht
ein noch variableres Klappen der Antennen 8. Im aufgeklappten
Zustand erstrecken sich die Antennen 8 vorzugsweise im
wesentlichen parallel und/oder senkrecht zur Halterung 26 und/oder
zueinander.
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Nachfolgend
wird eine erfindungsgemäße klappbare
Antenne unter Bezugnahme auf die 3 und 5 näher beschrieben.
Mit dieser klappbaren Antenne lassen sich beispielsweise die in 1 und 2 vorstehend
beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen
von Antennenanordnungen sowie weitere beliebige Anordnungen von
Antennen realisieren. Die in 3 dargestellte
erfindungsgemäße Antenne 8 weist
insbesondere eine Gelenkeinrichtung 14 sowie ein als erstes
Antennenelement ausgebildetes Antennenrohr 28 und eine
als zweites Antennenelement ausgebildete Montageeinrichtung 30 auf.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Montageeinrichtung 30 in Form eines
Gewindezapfens ausgebildet, der an der Halterung 6 bzw. 26 verschiedener
Antennenanordnungen 2 bzw. 24 montierbar ist.
Anstelle des Zapfens könnte jedoch
auch jede andere bekannte Verbindungstechnik zur Montage der Gelenkeinrichtung 14 und
damit der klappbaren Antenne 8 an einer Antennenanordnung
vorgesehen sein. Wichtig ist dabei nur, daß berücksichtigt wird, daß die elektromagnetischen
Wellen mit hoher Frequenz im wesentlichen an der Oberfläche der
Bauteile der Antenne übertragen
werden, weshalb die Verbindung entsprechend günstige Oberflächenübergänge bereitstellen
sollte.
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In
einer weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsform der Erfindung ist
das in 3 dargestellte zweite Antennenelement 30 ein
Verbindungselement zwischen zwei Gelenkeinrichtungen 14.
Das heißt,
die in 3 dargestellte Gelenkeinrichtung 14 mit
dem ersten Antennenelement 28 ist in dieser Ausführungsform
spiegelsymmetrisch zu einer (schematisch dargestellten) Symmetrieachse 32 ein
zweites Mal vorgesehen, so daß ein
Doppelgelenk bereitgestellt wird. Ein derartiges Doppelgelenk ist
insbesondere für
die in 2 dargestellte Antennenanordnung 24 besonders
vorteilhaft.
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Die
erfindungsgemäße klappbare
Antenne 8 wird im Folgenden anhand der Ausführungsform
mit einer einfachen Gelenkeinrichtung 14 beschrieben. Erfindungsgemäß ist die
Gelenkeinrichtung 14 der Antenne 8 mit zwei gegenüberliegenden
Endabschnitten 34 bzw. 36 versehen. Der Endabschnitt 36 ist
zumindest abschnittsweise sphärisch
bzw. kugelförmig
ausgebildet. Die sphärische
Oberfläche 38 des
Endabschnitts 36 bildet eine erste Gleitfläche der Gelenkeinrichtung 14.
Im Endabschnitt 36 ist vorzugsweise eine Nut 40 vorgesehen,
in die ein Gelenkarm 42 des Endabschnitts 34 hineinragt.
Der Gelenkarm 42 ist im Endabschnitt 36 mittels
eines Gelenkstiftes 44 schwenkbar gelagert. Über den
Gelenkarm 42 ist eine zylinderförmige Hülse 46 aufgeschoben, die
mit ihrem einen Endbereich 48 mit der sphärischen
Oberfläche 38 des
ersten Endabschnitts 36 in Kontakt ist. Aufgrund der sphärischen
Ausgestaltung der Oberfläche 38 und
der hohlzylinderförmigen
Konstruktion des Endabschnitts 48 der Hülse 46 entsteht zwischen
den beiden Endabschnitten 34 und 36 der Gelenkeinrichtung 14 eine
im wesentlichen kreislinienförmige
Berührung,
wodurch ermöglicht
wird, daß die
entlang der Oberflächen
der Antenne 8 übertragenen
elektromagnetischen Wellen einerseits optimal auf effektive Weise übertragen
werden und andererseits eine selbstreinigende, d.h. vor Ablagerung von
Schmutz und/oder der Bildung von Oxidschichten entgegenwirkende
schwenkbare Verbindung bereitgestellt wird, da beim Verschwenken
durch den Kreislinienkontakt Schmutz oder Korrosionsschichten abgeschabt
werden.
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Zur
Herstellung der Verbindung zwischen der Hülse 46 und der sphärischen-Oberfläche 38 der beiden
Endabschnitte 34 und 36 der Gelenkeinrichtung 14 ist vorzugsweise
eine Feder, insbesondere in Form eines Tellerfederpaketes 50 vorgesehen.
Das Tellerfederpaket 50 ist über den Gelenkarm 42 aufgeschoben
und wirkt auf einen zweiten Endabschnitt 52 der Hülse 46,
um diese gegen die sphärische
Oberfläche 38 zu
drücken.
An dem im Endabschnitt 52 der Hülse 46 gegenüberliegenden
Ende des Federpaketes 50 ist eine auf dem Gelenkarm 42 aufgenommene
Gewindemutter 54 zur Vorspannung des Federpaketes 50 vorgesehen.
Zur effektiven Übertragung
der elektromagnetischen Wellen ist es weiterhin bevorzugt, daß das das
erste Antennenelement bildende Antennenrohr 28 über die
Hülse 46 gegen
einen daran ausgebildeten Anschlag 56 aufschiebbar ist.
Dadurch kann eine im wesentlichen übergangslose Außenoberfläche zwischen
dem Ende des Antennenrohrs 28 und dem Endabschnitt 48 der
Hülse 46 bereitgestellt
werden. Das Antennenrohr 28 wird vorzugsweise in dieser
Position mittels eines Stiftes 58 durch den Gelenkarm 42 fixiert.
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In 5 ist
der Endabschnitt 48 der Hülse 46 sowie der sphärische Abschnitt 38 des
Endabschnitts 34 nochmals vergrößert dargestellt. In dieser
Darstellung ist gut erkennbar, daß zwischen dem hohlzylindrischen
Endabschnitt 48 der Hülse 46 und
der sphärischen
Oberfläche 38 des
Endabschnitts 36 lediglich eine relativ schmale Berührungslinie 60 vorhanden ist.
Innerhalb der Berührungslinie 60 erstreckt
sich der sphärische
Abschnitt 38 in das Innere des Endabschnitts 48 der
Hülse 46 hinein,
ohne diesen zu berühren.
Dadurch wird gewährleistet,
daß entlang der
Berührungslinie 60 eine
Abstreifkante zwischen den beiden Gelenkelementen vorhanden ist,
die eventuell vorhandene Ablagerungen, wie z.B. Schmutz oder sogar
Oxidschichten, entfernen kann, während
gleichzeitig die im wesentlichen auf den Oberflächen der Antennenelemente übertragenen elektromagnetischen
Wellen effizient übertragen werden
können.
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Die
vorstehenden Erläuterungen
und die Beschreibung bezüglich
der in 3 dargestellten einfachen Gelenkeinrichtung 14 treffen
selbstverständlich
auch für
ein Doppelgelenk zu, das beispielsweise bezüglich der Symmetrieachse 32 in 3 eine
gespiegelte zweite Gelenkeinrichtung 14 aufweist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ermöglicht
die Gelenkeinrichtung ein stufenloses Abwinkeln der beiden Antennenelemente zueinander
in einem Winkelbereich zwischen etwa 0° und 90°. Im Fall des Doppelgelenks
können
beide Gelenkeinrichtungen 14 unabhängig voneinander innerhalb
dieses Intervalls oder jeden anderen Intervalls betätigt werden.
Ebenso ist es möglich,
in bestimmten Positionen Rasteinrichtungen, z.B. in Form eines Schnappmechanismus,
zur einfachen Winkelpositionierung vorzusehen. Die Gelenkeinrichtung
ist vorzugsweise zumindest im Bereich der leitenden Oberflächen aus
Edelstahl oder Aluminium aufgebaut.
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In
den 6 und 7 ist eine weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Antennenanordnung
dargestellt. Die Antennenanordnung 2 gemäß 6 weist
mehrere Antennenelemente 8 und 9 sowie Gelenkeinrichtungen 14 zur
Verbindung der einzelnen Antennenelemente auf. Die Antennenanordnung 2 kann
beispielsweise mittels zweier Montageanordnungen 12, an
denen die Gelenkeinrichtungen 14 und die Antennen 8 befestigt
sind, an einem Untergrund B montiert werden. Die bezüglich des
Untergrunds B schrägen
Antennenelemente 8 sind an ihrem oberen Ende über weitere
Gelenkeinrichtungen 14 mit den horizontalen Antennenelementen 9 verbunden,
die etwa parallel zum Untergrund B verlaufen. Zum Aufspannen der
Antennenanordnung 2 ist vorzugsweise ein Seilzugsystem 15 vorgesehen, mit
dem die Höhe
der Antennenanordnung 2 d.h. der Höhenabstand der Antennenelemente 9 zum
Untergrund B verändert
werden kann, um eine Anpassung an die Abmessungen eines auf dem
Untergrund B aufgestellten, zu untersuchenden Objekts (nicht dargestellt)
zu ermöglichen.
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Beim Ändern der
Höhe der
horizontalen Antennenelemente 9 mit Hilfe des Seilzugsystems 15 ändert sich
die Länge
der Antennenelemente 8, die zu diesem Zweck jeweils aus
zwei ineinandergesteckten, teleskopierbaren Teilstücken 8a und 8b bestehen.
Bei der Höhenverstellung
dieser Antennenanordnung 2 folgen die Gelenkeinrichtungen 14 dieser zweiten
Ausführungsform
der erforderlichen Schwenk- und Drehbewegung, wie dies nachstehend näher erläutert wird.
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Die
in dieser Ausführungsform
der Antennenanordnung 2 verwendete Gelenkeinrichtung 14 ist
in 7 näher
dargestellt. Entsprechend dieser zweiten Ausführungsform der Gelenkeinrichtung
ist nicht nur ein stufenloses Abwinkeln der beiden Antennenelemente
zueinander möglich,
sondern vielmehr erlaubt diese Anordnung ein freies Schwenken und
Abwinkeln in sämtlichen
Richtungen. Dazu weist die Gelenkeinrichtung 14 entsprechend 7 ebenfalls
zwei gegenüberliegende
Endabschnitte 34 und 36 auf, wobei der Endabschnitt 36 zumindest
abschnittsweise sphärisch
bzw. kugelförmig
ausgebildet ist. Ähnlich
wie bei der ersten Ausführungsform bildet
auch hier die sphärische
Oberfläche 38 eine erste
Gleitfläche
der Gelenkeinrichtung 14. Darüber hinaus ist auch in dieser
zweiten Ausführungsform ein
Gelenkarm 42 vorgesehen, über den eine im wesentlichen
zylinderförmige
Hülse 46 aufgeschoben ist.
Die zylinderförmige
Hülse hat
einen Endbereich 48, der mit der sphärischen Oberfläche 38 des
ersten Endabschnitts 36 in Kontakt ist. Auch hier ist aufgrund
der sphärischen Ausgestaltung
der Oberfläche 38 und
der hohlzylinderförmigen
Konstruktion des Endabschnitts 48 der Hülse 46 zwischen den
beiden Endabschnitten 34 und 36 der Gelenkeinrichtung 14 eine
im wesentlichen kreislinienförmige
Berührung gewährleistet,
so daß entlang
der Oberfläche
der Antenne 8 übertragene
elektromagnetische Wellen optimal auf effektive Weise übertragen
werden und darüber
hinaus eine selbstreinigende schwenkbare Verbindung bereitgestellt
wird. Auch hier ist zur Vorspannung der Hülse 46 gegen die sphärische Oberfläche 38 ein
Federelement 50 vorgesehen, das über den Gelenkarm 42 aufgeschoben
ist und sich an einem durch eine Gewindemutter 54 einstellbaren
Halteabschnitt 55 abstützt.
Zur Optimierung der Übertragungscharakteristik
der elektromagnetischen Wellen ist es auch hier bevorzugt, daß das Antennenrohr 28 auf
die Hülse 46 aufgeschoben
ist und an einem Anschlag 56 anliegt, um eine im wesentlichen übergangslose
Außenoberfläche zwischen
dem Ende des Antennenrohrs 28 und dem Endabschnitt 48 der
Hülse 46 bereitzustellen.
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Entgegen
der in den 3 und 5 dargestellten
ersten Ausführungsform
ist entsprechend der zweiten Ausführungsform gemäß 7 jedoch
zum Abwinkeln bzw. Verschwenken der beiden Antennenelemente zueinander
im Endabschnitt 36 ein zumindest abschnittsweise sphärisch ausgebildetes
Aufnahmeelement 62 für
den Gelenkarm 42 vorgesehen. Dieses sphärische Aufnahmeelement 62 sitzt
in einer Aufnahmebohrung 64 im Endabschnitt 36.
Die Aufnahmebohrung 64 ist mit einem ebenfalls abschnittsweise
sphärisch
ausgebildeten Aufnahmebereich 66 versehen, gegen den das
mit dem Gelenkarm 42 in Verbindung stehende sphärische Aufnahmeelement
durch die Vorspannung des Federelements 50 gedrängt wird,
so daß zwischen
den Endabschnitten 34 und 36 der Gelenkeinrichtung
eine im wesentlichen spielfreie Gelenkverbindung bereitgestellt
wird. Diese Gelenkeinrichtung 14 gemäß 7 kann aufgrund
der sphärischen
Ausbildung der Gleitflächen
des Aufnahmeelements 62 und des Aufnahmebereichs 66 frei
in sämtlichen
Richtungen verschwenkt werden. Dabei können neben der verbesserten
und vielseitigeren Anwendungsmöglichkeit dieser
Gelenkverbindung die im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform
beschriebenen Vorteile ebenfalls realisiert werden. Zur Begrenzung
des Schwenkwinkels können
am Endabschnitt 36 im Bereich einer Öffnung 68 zur Aufnahme
des Gelenkarms 42 Anschlagmittel 70 vorgesehen
sein, die beispielsweise in Form einer konischen Aussparung im Endabschnitt 36 realisiert
werden können.
Am Endabschnitt 36 sind ferner vorzugsweise Gewindebohrungen
zur Montage eines zweiten Antennenelements 30 vorgesehen.
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Obwohl
die erfindungsgemäße Gelenkeinrichtung
vorstehend insbesondere im Zusammenhang mit einer klappbaren Antenne
beschrieben wurde, sind andere Einsatzzwecke der Gelenkeinrichtung
ebenfalls möglich
und beansprucht.