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Die Erfindung betrifft eine breitbandige
Blitzschutzvorrichtung für Hochfrequenzleitungen.
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Blitzschutzvorrichtungen für Hochfrequenzleitungen werden
beispielsweise benötigt, um Fernseh- und Rundfunk-
Sendeanlagen bei einem Einschlag eines Blitzes in einen
Sendemast vor Beschädigungen zu schützen. Übliche
Blitzschutzvorrichtungen sind beispielsweise aus Werner
Gierlach, "Das DARC Antennen Buch", Kap. 9.1 "Blitzschutz",
DARC-Verlag, 1999, ISBN 3-88692-28-3 bekannt.
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Ein Problem dabei ist, daß der Blitzschutz entweder
ungenügend ist oder für eine Änderung der Frequenz eine
entsprechende Kanalabstimmung der Blitzschutzvorrichtung
erfolgen muß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Blitzschutzvorrichtung zu schaffen, welche eine geringe
breitbandige Durchgangsdämpfung und einen minimalen
Reflexionsfaktor für das Hohfrequenzsignal aufweist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Blitzschutzvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt in der
Einbeziehung eines Abschnitts des Wellenleiters in den
Blitzschutz. Zwischen den Anschlüssen der Zuleitung der
Blitzschutzvorrichtung zur Hochfrequenzleitung ist ein
Wellenleiter angeordnet, der einen kleineren
Wellenwiderstand als die Hochfrequenzzuleitung besitzt. Die
als Stichleitung ausgebildete Kurzschlußleitung weist
dagegen einen höheren Wellenwiderstand auf. In dieser
Kombination von Abschnitten des Wellenleiters mit
niedrigeren Wellenwiderständen mit einer
Kurzschlußverbindung mit größerem Wellenwiderstand ergibt
sich die erwünschte Breitbandigkeit der gesamten
Bitzschutzvorrichtung. Gleichzeitig wird eine geringe
Durchgangsdämpfung erreicht.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen
breitbandigen Blitzschutzvorrichtung möglich.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, die Wellenwiderstände der
Teilstrecken des Blitzschutzes so auszulegen, daß zwischen
den Anschlüssen der Blitzschutzvorrichtung an die
Hochfrequenzleitung ein Gesamtwellenwiderstand ausgebildet
ist, der identisch mit dem Wellenwiderstand der
Hochfrequenzleitung ist.
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Eine erfindungsgemäße Blitzschutzvorrichtung ist in den
Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines ersten
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Blitzschutzvorrichtung;
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Fig. 2 eine erste Seitenansicht des ersten
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Blitzschutzvorrichtung bei abgenommenem
Gehäusedeckel;
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Fig. 3 eine zweite, um 90° gedrehte Seitenansicht des
ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Blitzschutzvorrichtung bei abgenommenem
Gehäusedeckel;
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Fig. 4 eine Darstellung einer Stirnseite des ersten
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Blitzschutzvorrichtung bei abgenommenem
Gehäusedeckel;
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Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel mit in einer Ebene
angeordnetem Wellenleiter und Stichleitung; und
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Fig. 6 eine drittes Ausführungsbeispiel mit in einer
Ebene angeordnetem Wellenleiter und Stichleitung.
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Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines ersten
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Blitzschutzvorrichtung 1. Die Außengeometrie der
Blitzschutzvorrichtung 1 wird dabei durch einen im
wesentlichen quaderförmigen Blitzschutzträger 2 vorgegeben,
an dem an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen ein
Eingangs- und ein Ausgangsanschluß 3a und 3b angeordnet
sind. An dem Eingangs- und Ausgangsanschluß 3a und 3b ist
eine nicht dargestellte Hochfrequenzleitung anschließbar,
beispielsweise eine Koaxialleitung. Mittels eines
Gehäusedeckels 4 wird der Blitzschutzträger 2 geschlossen.
Zur Befestigung des Gehäusedeckels 4 sind mehrere
Verschraubungen vorgesehen, die etwa gleichmäßig über alle
Auflageflächen des Gehäusedeckels 4 an dem Blitzschutzträger
2 verteilt sind.
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Bei Verwendung von Koaxialleitern als Hochfrequenzleitungen
weisen der Eingangs- und Ausgangsanschluß 3a und 3b einen
nicht dargestellten Mittelkontakt auf. Die Verbindung der
beiden Mittelkontakte des Eingangs- und des
Ausgangsanschlusses 3a und 3b erfolgt über einen
Wellenleiter 5. Der Wellenleiter 5 verläuft in zwei parallel
zueinander in den Blitzschutzträger 2 eingearbeiteten
Schächten 6a und 6b und ist mittels einer Lötverbindung 7
mit den Mittelkontakten der Eingangs- und Ausgangsanschlüsse
3a und 3b verbunden.
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In der Mitte zwischen den beiden Anschlüssen 3a und 3b ist
ein Stichleiter 8 mit dem Wellenleiter 5 verbunden. Der
Wellenleiter 5 und der Stichleiter 8 sind vorzugsweise
einstückig ausgebildet. Im Bereich der Verbindungsstelle 9
ist eine Bohrung 10 in den Wellenleiter 5 eingebracht, die
der Aufnahme eines Zapfens eines isolierenden
Abstandshalters 11 dient. Der Abstandshalter 11 ist zwischen
dem Wellenleiter 5 und einem Trennsteg 12 angeordnet und
beispielsweise aus Teflon gefertigt. Der Trennsteg 12 trennt
die beiden Schächte 6a und 6b voneinander und wird durch
Ausarbeiten der Schächte 6a und 6b in dem Blitzschutzträger
2 ausgebildet.
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In der in Fig. 2 dargestellten Seitenansicht der
Blitzschutzvorrichtung 1 ist zu erkennen, daß der
Wellenleiter 5 zwei Wellenleiterteilstrecken 13a und 13b
aufweist, die symmetrisch in dem Blitzschutzträger 2
angeordnet sind und gemeinsam eine U-förmige Geometrie
ausbilden. Die beiden Schächte 6a und 6b sind an einer
ersten Stirnseite 14 des Blitzschutzkörpers 2 geschlossen. Zu
der gegenüberliegenden zweiten Stirnseite 15 hin sind die
beiden Schächte 6a und 6b offen. Das der zweiten Stirnseite
15 zugewandte Ende des Trennstegs 12 ist von der zweiten
Stirnseite 15 beabstandet, so daß sich bei montiertem
Gehäusedeckel 4 zwischen dem stirnseitigen Ende des
Trennstegs 12 und dem Gehäusedeckel 4 ein Verbindungsschacht
ergibt, dessen Breite der Breite der beiden Schächte 6a und
6b entspricht.
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Der Wellenleiter 5 ist in dem sich so ergebenden ebenfalls
U-förmigen Schacht, bestehend aus den beiden parallelen
Schächten 6a und 6b sowie deren Verbindungsschacht
symmetrisch angeordnet. Die Begrenzungsflächen des aus einem
leitenden Material gefertigten Blitzschutzträgers 2 liegen
auf Massepotential und sind über die Anschlüsse 3a und 3b
mit der Abschirmung der als Koaxialleitung ausgeführten
Hochfrequenzleitung verbunden. Der Wellenleiter 5 bildet
somit zusammen mit den Begrenzungsflächen der Schächte 6a
und 6b sowie dem stirnseitigen Ende des Trennstegs 12
einerseits und dem Gehäusedeckel 4 andererseits eine
Triplate-Leitung aus. Der Wellenleiter 5 weist eine über
seine Gesamtlänge konstante Materialstärke d auf und kann
damit aus einer Blechtafel entsprechender Dicke durch
Stanzen oder Schneiden und anschließendes Biegen gefertigt
werden.
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In Fig. 3 ist die erfindungsgemäße Blitzschutzvorrichtung 1
in einer stirnseitigen Ansicht dargestellt. Darin ist eine
Ausnehmung 16 gezeigt, durch die ein von der den parallen
Schächten 6a und 6b gegenüberliegenden Seite offener
weiterer Schacht 17 in den Blitzschutzträger 2 eingebracht
ist. Der in diesem weiteren Schacht 17 verlaufenden
Stichleiter 8 verläuft ausgehend von der Verbindungsstelle 9
bis zu Mitte des weiteren Schachts 17 entlang der
Mittelachse 18 der Blitzschutzvorrichtung 1 und von dort bis
zu seinem Ende parallel zu den Wellenleiterteilstrecken 13a
und 13b, wie in Fig. 4 dargestellt. Bei aufgesetztem
Gehäusedeckel 4 bildet der Stichleiter 8 ebenfalls eine
Triplate-Leitung.
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Zwischen den parallelen Schächten 6a und 6b und dem in
seiner Längsausdehnung ebenfalls hierzu parallelen weiteren
Schachts 17 ist ein weiterer Steg 19 ausgebildet.
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In Fig. 4 ist eine weitere Seitenansicht dargestellt, die
bezüglich der ersten Seitenansicht aus Fig. 2 um 180° um die
Längsachse der Blitzschutzvorrichtung 1 gedreht ist. Der
Stichleiter 8 verläuft entlang einer Mittelachse 23 der
Blitzschutzvorrichtung 1 in dem weiteren Schacht 17. Der
weitere Schacht 17 ist an seinem von der Verbindungsstelle 9
abgewandten Ende zur der Stirnseite 14 der
Blitzschutzvorrichtung 1 geschlossen. In dem weiteren
Schacht 17 ist auf seiner geschlossenen Seite ein Plateau 20
herausgearbeitet, in das eine mit der Breite des
Stichleiters 8 korrespondierende Nut 21 eingebracht ist. Die
Höhe des Plateaus 20 ist dabei so bemessen, daß der
Stichleiter 8 mittels eines nicht dargestellten Klemmstegs,
der über in dem Plateau 20 eingearbeitete Gewindebohrungen
22 zu befestigen ist, mit dem Blitzschutzträger 2 zu
verbinden.
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Die Dickenausdehnung des Stichleiters 8 ist identisch mit
der Materialstärke d des Wellenleiters 5, so daß
Wellenleiter 5 und Stichleiter 8 in einem gemeinsamen Prozeß
gefertigt werden können. Insbesondere ergibt sich durch den
einteiligen Leiter, also Wellenleiter 5 und Stichleiter 8
der Vorteil, daß an der Verbindungsstelle 9 keine
Übergangswiderstände auftreten.
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Die Dimensionierung der Breite und Länge des Welleneleiters
5 und des Stichleiters 8 bei festgelegte Materialstärke d
erfolgt so, daß der Wellenwiderstand der
Wellenleiterteilstrecke 13a gleich dem Wellenwiderstand der
Wellenleiterteilstrecke 13b ist. Die beiden
Wellenwiderstände der Wellenleiterteilstrecken 13a und 13b
sind dabei niedriger als der Wellenwiderstand der
anzuschließenden Hochfrequenzleitung. Für eine
Koaxialleitung als Hochfrequenzleitung mit einem
Wellenwiderstand von 50 Ω sind die Wellenwiderstände der
Wellenleiterteilstrecken 13a und 13b z. B. ca. 45 Ω.
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Der Wellenwiderstand des Stichleiters 8 ist dagegen deutlich
erhöht gegenüber dem Wellenwiderstand der
Hochfrequenzleitung, im angegebenen Zahlenbeispiel etwa 95 Ω.
Durch diese Kombination ergibt sich für den
Frequenzbereich von 470 MHz bis 862 MHz ein Wellenwiderstand
für die gesamte Blitzschutzvorrichtung von 50 Ω. Ein über
die Hochfrequenzleitung transportiertes HF-Signal "sieht"
also die Blitzschutzvorrichtung 1 als ein durchgehendes
Hochfrequenzleitungsstück mit einem Wellenwiderstand von
50 Ohm.
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Neben der in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Lösung zu
Anordnung des Wellenleiters 5 und des Stichleiters 8 sind
unter Beibehaltung der Bedingungen für die Wellenwiderstände
auch andere geometrische Ausprägungen möglich. Zwei solcher
Beispiele sind in den Fig. 5 und 6 dargestellt.
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In Fig. 5 besteht der Wellenleiter 5' wiederum aus zwei
Wellenleiterteilstrecken 13a' und 13b', die in zwei
Schächten 6a' und 6b' angeordnet sind. An der
Verbindungsstelle 9' zweigt der Stichleiter 8' ab. Die
beiden Wellenleiterteilstrecken 13a' und 13b' und der
Stichleiter 8' sind in einem Abschnitt a parallel zueinander
angeordnet.
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Zur Verringerung des benötigten Bauraums ist der Stichleiter
8' an seinem von der Verbindungsstelle 9' abgewandten Ende
gekrümmt ausgeführt. Das Ende ist in einer Nut 21' durch
Klemmen fixiert. Der Stichleiter 8' ist in dem weiteren
Schacht 17' angeordnet. Zwischen den Schächten 6a' und 17',
sowie den Schächten 17' und 6b' sind Stege 19' ausgebildet,
die zur Befestigung eines nicht dargestellten Gehäusedeckels
mit Gewindebohrungen zur Aufnahme von Schrauben versehen
sind. Die Geometrie der Schächte 6a' und 6b' ist so gewählt,
daß der Wellenleiter 5' so darin angeordnet werden kann, daß
sich zwischen dem Wellenleiter 5' und den Schachtwänden ein
konstanter Abstand ergibt. Mit Ausnahme des Bereichs der
Gewindebohrungen ist der Abstand auf beiden Seiten des
Stichleiters 8' zur den Schachtwänden 16' des weiteren
Schachts 17' ebenfalls konstant und auf beiden Seiten gleich
groß.
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Zwischen den beiden parallelen Teilstücken der
Wellenleiterteilstrecken 13a' und 13b' im Abschnitt a
verlaufen die beiden Wellenleiterteilstrecken 13a' und 13b'
jeweils entlang eines Kreisbogens, wobei die Mittelpunkte
der beiden Kreisbögen Ma und Mb versetzt zu der Mittellinie
23' sind. Im Bereich der Verbindungsstelle 9' sind die
beiden Wellenleiterteilstrecken 13a' und 13b' dadurch durch
ein kurzes gerades Stück des Wellenleiters 5' miteinander
verbunden. Der Verlauf von den Anschlußseiten 24a und 24b
bis zu dem Abschnitt a folgt ebenfalls jeweils einem
Kreisbogen.
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In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt,
wobei der Wellenleiter 5' mit dem Wellenleiter 5' der Fig. 5
identisch ist. Der Stichleiter 8" verläuft jedoch entlang
einer Mittellinie 23" bezüglich der der Wellenleiter
symmetrisch ist.