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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Blitzschutz für eine Antenne, eine Antenne mit Blitzschutz, ein Antennensystem mit einer Antenne, einem Antennenmast und einem Blitzschutz sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Blitzschutzes für eine Antenne.
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HINTERGRUND
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Es ist eine Vielzahl von Antennen bekannt, die für unterschiedlichste Anforderungen ausgelegt sind, wie beispielsweise HF, VHF / UHF, Peilung, Mehrkanal-Ausführungen etc. Antennen werden üblicherweise auf Dächern, speziellen Masten oder anderen hochgelegenen Positionen montiert, um ein besonders weitreichendes und freies Empfangs- bzw. Sendefeld zu haben. Solche exponierten Positionen weisen aber das Problem auf, dass sie für einen Blitzeinschlag in die Antenne anfällig sind. Der Stand der Technik für den Blitzschutz wird hierbei repräsentiert durch die Blitzschutzsysteme und Feldmeter gemäß
DE 10 2012 222 973 ,
RU 953577 ,
US 6,984,971 ,
WO2015/075067 ,
EP 2 190 092 ,
DE 10 2011 122 807 ,
DE 10 2004 000 025 ,
US 2012/0162845 ,
EP 1 944 627 ,
US 2003/0067731 ,
US6,980,410 B2 ,
CN 1700777 .
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Eine Ausbildung beziehungsweise eine Härtung der Antenne auf eine Art und Weise, dass sie einen direkten Blitzeinschlag übersteht, ist extrem aufwendig und teuer. Und trotz maximaler Härtung gibt es stets Blitzschläge, welche jede Härtung überwinden und die Ströme die Antenne außer Betrieb setzen. Schätzungsweise jeder zehnte Blitzschlag ist von dieser Qualität. Für viele Antennen ist aber eine Standzeit von mehr als 98 % gefordert, wenngleich in manchen Regionen die Antennen dutzende Male im Jahr von Blitzen betroffen sind. Dies versucht man durch eine kurze Wartungskette zu erreichen. Steht die Antenne entfernt oder sehr hoch und einsam, ist eine hohe Standzeit von 98% unmöglich darzustellen, denn während eines Gewitters oder nachts ist eine Reparatur prinzipiell aus Sicherheitsgründen unmöglich. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Blitzschutz für Breitbandantennen mit hoher geforderter Standzeit bereitzustellen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Blitzschutz für Antennen gemäß Anspruch 1 sowie das Verfahren für die Anwendung des Blitzschutzes. Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die vorliegende Offenbarung stellt einen Blitzschutz für Antennen mit mindestens einem Blitzschutzkörper mit einem deaktivierten Zustand bereit, in dem sich der Blitzschutzkörper in einer ersten Position befindet, und einem aktivierten Zustand, in dem sich der Blitzschutzkörper in einer zweiten Position befindet, in der der Blitzschutzkörper die Antenne wenigstens teilweise umgibt. Ein Motor ist vorgesehen zum Bewegen des mindestens einen Blitzschutzkörpers von der ersten Position in die zweite Position. Dies ermöglicht es, direkte Blitzschläge aufzunehmen und damit von der Antenne fern zu halten.
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Der vorliegenden Offenbarung liegt die Idee zugrunde, dass der Blitzschutz aktiviert wird, wenn beispielsweise verstärkte Gewitteraktivität im Umfeld der Antenne vorhanden ist, und damit eine erhöhte Wahrscheinlichkeit für einen Blitzschlag im Umfeld der Antenne besteht und somit akut ein Blitzeinschlag zu verhindern ist. Im deaktivierten Zustand ist der Blitzschutz nicht um oder an der Antenne angeordnet, so dass die Antenne und ihr Betrieb nicht oder nur sehr gering beeinflusst wird. Vorteilhaft kann erreicht werden, dass eine Einflussnahme des Blitzschutzkörpers auf den Betrieb der Antenne deutlich reduziert bzw. eliminiert werden kann, da der Blitzschutz nur im Bedarfsfall aktiviert wird. Ferner ist der Installations- und Wartungsaufwand für einen erfindungsgemäßen Blitzschutz relativ gering und eine Nachinstallation an Antennen und Antennenmasten ist möglich.
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Unter einer von einem Blitzschutz geschützten Antenne sind insbesondere auch Antennen zu verstehen, die mehrere Antennenelemente aufweisen, die beispielsweise für unterschiedliche räumliche Bereiche oder für unterschiedliche Frequenzbereiche vorgesehen sind.
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Unter einem Blitzschutzkörper ist ein Körper zu verstehen, der als Blitzableiter wirkt. Der Körper kann rund, oval, eckig, als Stab, Käfig oder auch in einer anderen Form ausgestaltet sein.
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Die Bewegung, die einen Blitzschutzkörper von einem deaktivierten Zustand in einen aktivierten Zustand überführt, kann zum Beispiel ein Ausklappen, Ausrollen, Kippen oder dergleichen sein. Entsprechend ist unter "Motor" eine Einheit zu verstehen, die eine solche Bewegung veranlassen kann, beispielsweise durch einen Elektromotor, einen Hydraulikmechanismus etc.
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Es ist möglich, dass der Blitzschutz mindestens eine Stange als Blitzschutzkörper aufweist, die im aktivierten Zustand vertikal ausgerichtet und horizontal benachbart zur Antenne angeordnet ist.
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Vorteilhafterweise kann der Blitzschutz 2 bis 7, bevorzugt 3 bis 5, Stangen als Blitzschutzkörper aufweisen, die von einander beabstandet, insbesondere gleichmäßig beabstandet, entlang einer Umfangslinie, insbesondere kreisförmig, um die Antenne angeordnet sind. Auf diese Weise kann die Funktion der Antenne bei aktiviertem Blitzschutz weiterhin gewährleistet werden, wobei beispielsweise durch die symmetrische Anordnung eine symmetrische Beeinflussung der Antenne durch den Blitzschutz erfolgt, sodass eine Funktion der Antenne mit einer reduzierten Empfindlichkeit und/oder Genauigkeit gewährleistet wird. Vorteilhaft wird so eine gleichmäßige Abschirmung der Antenne erreicht und so das Risiko eines Blitzeinschlages in die Antenne gleichmäßig reduziert.
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In einer Ausführungsform weist der Blitzschutzkörper ein elektrisch leitendes Blitzableiterelement, beispielsweise ein Metall, insbesondere Eisen, Stab oder Rohr, auf, auf dem Abschirmungselemente, insbesondere Ferritelemente, aufgebracht sind. Auf diese Weise kann der Einfluss des Blitzschutzkörpers auf die Empfangs- und Sendeeigenschaften der Antenne im aktivierten Zustand des Blitzschutzes reduziert werden.
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Das elektrisch leitende Blitzableiterelement ist beispielsweise mit einem Blitzableitersystem eines Antennenmasts verbunden.
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In einer Ausführungsform weist der Blitzschutz einen Sensor zum Detektieren eines Blitzeinschlagrisikos auf, welcher den Motor veranlasst, den Blitzschutzkörper in die zweite Position zu bewegen, wenn ein erhöhtes Blitzschlagrisiko detektiert wird. Ein solcher Sensor kann beispielsweise das elektrische Feld in der näheren Umgebung messen bzw. überwachen und aus den Messwerten des elektrischen Feldes eine Wahrscheinlichkeit für einen Blitzeinschlag (Blitzschlagrisiko) ableiten. Alternativ oder ergänzend kann der Sensor Messwerte für Lichtblitze, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Sonneneinstrahlung, Regen, Luftdruck und/oder weitere Wetterdaten ermitteln und diese zur Bestimmung des Blitzschlagrisikos verwenden. Alternativ können auch Wetterinformationen für den Standort der Antenne über ein Netzwerk bezogen werden und zur Bestimmung des Blitzschlagrisikos verwendet werden. Bei einem erhöhten Blitzschlagrisiko, beispielsweise wenn der Wert der Wahrscheinlichkeit über einem bestimmten Grenzwert liegt, wird der Blitzschutzkörper aktiviert.
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Auch kann der Sensor zwei Grenzwerte verwenden, um einen Blitzeinschlag zu verhindern: bei Überschreiten des ersten (niedrigeren) Grenzwertes wird der Blitzschutzkörper in eine Stand by Stellung (teilweises Ausfahren des Blitzschutzkörpers) gebracht, aus der er innerhalb von kurzer Zeit bei Überschreiten des zweiten (höheren) Grenzwertes vollständig aktiviert und ausgefahren werden kann.
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In einer Ausführungsform weist der Blitzschutz eine Steuereinheit auf, welche ausgebildet ist, um den Blitzschutzkörper in Abhängigkeit eines Betriebszustands der Antenne zu aktivieren. Wird die Antenne beispielsweise für einen Zeitraum nicht betrieben, kann der Blitzschutzkörper aktiviert werden, um einen über diesen Zeitraum dauernden Schutz zu bieten. Die Steuereinheit kann beispielsweise auch manuell betätigt werden, um den Blitzschutzkörper ausfahren zu lassen.
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Ferner kann die Steuereinheit den Blitzschutz in Abhängigkeit der Nutzung einzelner Antennenfunktionen und/oder in Abhängigkeit der Wichtigkeit der Signalerfassung mit der Antenne steuern und/oder aktivieren.
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In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Offenbarung auf eine Antenne mit einem oben beschriebenen Blitzschutz sowie auf einen Antennenmast mit einem oben beschriebenen Blitzschutz und ein Antennensystem mit einer Antenne und einem solchen Antennenmast.
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In einer Ausführungsform ist der Blitzschutz am Kopfende des Mastes angebracht. Vorteilhaft kann so die Größe des Blitzschutzes relativ gering gehalten werden, da er im aktivierten Zustand nur die Antenne (nicht aber große Teile des Antennenmastes) umschließt. Somit kann auch die Größe der Ausfahreinheit relativ gering gehalten werden, da ein relativ kleiner Blitzschutzkörper auszufahren ist.
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Insbesondere kann der Blitzschutz im Wesentlichen unabhängig von der Antenne selbst ausgebildet werden. So können beispielsweise verschiedene Arten von Antennen auf einem Antennenmast mit dem Blitzschutz montiert werden. Da der Blitzschutz im deaktivierten Zustand nicht im Bereich der Antenne angeordnet ist, wird die Antenne in diesem Zustand nicht negativ beeinflusst. Insbesondere bei Antennen für Peilanwendungen (DF-Antennen) bleibt somit die Kalibrierung erhalten.
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In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betreiben eines Blitzschutzes für eine Antenne mit mindestens einem Blitzschutzkörper, wobei ein deaktivierter Zustand vorgesehen ist, in dem sich der Blitzschutzkörper in einer ersten Position befindet, und ein aktivierter Zustand vorgesehen ist, in dem sich der Blitzschutzkörper in einer zweiten Position befindet, in der der Blitzschutzkörper die Antenne wenigstens teilweise umgibt. Der Blitzschutz wird in Abhängigkeit von dem Betrieb der Antenne und/oder einem Blitzschlagrisiko aktiviert oder deaktiviert.
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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können beliebig miteinander und mit den vorstehend beschriebenen Aspekten kombiniert werden, um erfindungsgemäße Vorteile zu erreichen. Im Folgenden werden bevorzugte Kombinationen von vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft beschrieben.
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KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
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Es zeigt:
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1 eine Ausführungsform eines Antennensystems mit Blitzschutz im aktivierten Zustand zeigt; und
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2 die Ausführungsform der 1 im deaktivierten Zustand.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 und 2 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung. Eine Antenne 1 ist über einen Supportmast 2 auf einem Antennenmast 3 (Hauptmast) befestigt. Der Antennenmast 3 weist einen Mastkorb 4 auf, der zur Montage und Wartung der Antenne 1 dient.
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Das Antennensystem weist einen Blitzschutz 5 auf, welcher an dem Mastkorb 4 des Antennenmasts 3 angeordnet ist.
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Eine Steuerungsvorrichtung der Antenne 1 und/oder des Blitzschutzes 5 kann am Antennenmast 3, am Supportmast 2 oder an der Antenne 1 vorgesehen sein.
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Die Antenne 1 ist in der in 1 gezeigten Ausführungsform eine Peil- und Monitorantenne, kann aber auch eine andere Antenne für andere Anwendungen sein. Der Blitzschutz umfasst Blitzfangstäbe als Blitzschutzkörper 11, die ein elektrisch leitendes Blitzableiterelement 6 aufweisen, welches mit Ferritelementen 7 umgeben ist, und einen Motor 12 zum Bewegen der Blitzfangstäbe (Drehen oder Ausfahren) von einer ersten, deaktivierten Position (2) in eine zweite, aktivierte Position (1). In der gezeigten Ausführungsform kann der Motor 12 die Blitzfangstäbe beispielsweise durch Drehen um die Motorachse zwischen der ersten und zweiten Position bewegen. Alternativ kann der Motor die Blitzfangstäbe durch eine vertikale lineare Bewegung zwischen der ersten und zweiten Position bewegen.
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In der in 1 gezeigten zweiten Position sind die Blitzschutzkörper 11 vertikal ausgerichtet und sind horizontal neben der Antenne 1 angeordnet, wobei die Blitzableiterelemente 6 über die Höhe der Antenne 1 hinausragen. In der gezeigten Ausführungsform sind zwei Blitzschutzkörper symmetrisch auf gegenüberliegenden Seiten der Antenne 1 angeordnet. Es können auch mehr Blitzschutzkörper, beispielsweise 3 oder 4 Blitzschutzkörper kreisförmig um die Antenne 1 angeordnet sein.
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Für einen Fall, in dem kein symmetrisches Sende- und/oder Empfangsprofil für die Antenne 1 vorgesehen ist, kann auch eine nicht symmetrische Anordnung der Blitzschutzkörper 11 vorgesehen sein, um die Sende- und Empfangseigenschaften der Antenne 1 bei aktiviertem Blitzschutz zu optimieren.
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In der in 2 gezeigten ersten Position sind die Blitzschutzkörper 11 neben dem Antennenmast 3 angeordnet, so dass die Sende- und/oder Empfangseigenschaften der Antenne 1 nicht durch die Blitzschutzkörper beeinträchtigt werden.
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Am Motor 12 ist ein Erdungsübergang (nicht explizit dargestellt) zu einem Blitzableitersystem des Antennenmasts 3 vorgesehen, um einen Blitzeinschlag ableiten zu können.
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Eine Vorrichtung 13, die das Blitzschlagrisiko bestimmen kann, ist beispielsweise an der Ausfahreinheit 12 vorgesehen. Sie kann aber je nach Ausgestaltung der Vorrichtung 13 und abhängig von der Art der zu messenden Werte, die dem Ermitteln des Blitzschlagrisikos dienen, an anderen Positionen am Antennenmast oder in dessen Nähe angeordnet sein.
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Die Vorrichtung 13 kann beispielsweise ein Sensor sein, der das elektrische Feld in der näheren Umgebung der zu schützenden Antenne(n) misst bzw. überwacht (z. B. eine Feldmühle). Der Sensor kann dabei die elektrische Feldstärke an einem geeigneten Ort messen oder das elektrische Feld richtungsabhängig messen und daraus Schätzwerte für die Richtung, in der sich das Gewitter befindet, und dessen Entfernung ableiten. Aus mehreren derartigen Messungen in zeitlichem Abstand kann dann die Zugrichtung und Zuggeschwindigkeit des Gewitters geschätzt werden. Aus den so gemessenen Größen wird eine Wahrscheinlichkeit für einen Blitzeinschlag (Blitzschlagrisiko) gewonnen.
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Die Vorrichtung 13 kann die am Ort der Antenne ankommenden elektromagnetischen Wellen überwachen (beispielsweise mit einem Meßempfänger empfangen) und Blitze anhand der für Blitze typischen zeitlichen bzw. spektralen Charakteristiken (z. B. Frequenzbereich der größten Amplituden und sich anschließender 1/n-Abfall des Spektrums) erkennen. Aus der Stärke und Häufigkeit der so erkannten Blitze kann ein Blitzeinschlagrisiko geschätzt werden.
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Die Vorrichtung 13 kann eine interferometrische Messung im VHF/UHF-Bereich vornehmen. Hierbei werden für einen bestimmten schmalbandigen Frequenzbereich des empfangenen elektromagnetischen Blitzsignals die Phasenverschiebungen zwischen einer Anzahl von Blitzmessantennen eines Antennenfelds am Mast zur Richtungserkennung verwendet.
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Die Vorrichtung 13 kann kreuzförmig angeordnete Magnetfeld-Messantennen verwenden, in denen abhängig vom Ort des Blitzes durch das Blitz-Magnetfeld unterschiedliche Spannungen induziert werden. Aus diesen Spannungen lässt sich die Richtung zum Ort des Blitzes errechnen.
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Alternativ oder ergänzend zu einer beliebigen Kombination der oben genannten Blitzerkennungsmaßnahmen kann die Vorrichtung 13 einzeln oder kombiniert Messwerte für Lichtblitze, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Sonneneinstrahlung, Niederschlag und Luftdruck und die zeitliche Veränderung dieser Größen am Standort der Antenne ermitteln und diese Messwerte in die Bestimmung des Blitzschlagrisikos einfließen lassen.
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Wahlweise kann die Vorrichtung 13 neben den oben genannten am Ort der zu schützenden Antenne(n) gewonnenen Informationen zudem nicht am Ort der Antenne(n) gewonnene Informationen zum Ermitteln des Blitzeinschlagrisikos einsetzen. Hierzu zählen sämtliche geeignete Formen öffentlich oder kommerziell – z. B. online – verfügbarer Informationen, beispielsweise Informationen von nationalen Blitzortungssystemen, Wetterinformationen von terrestrischen Sensoren, Daten von Niederschlagsradaren, Satellitenmess daten usw.
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Da mit den durch die oben beschriebenen Maßnahmen gewonnenen Informationen ein höheres Blitzeinschlagrisiko oft einige Zeit vorher (beispielsweise einige Stunden) erkennbar ist, kann der aktivierte Zustand der Blitzschutzkörper auf den unbedingt erforderlichen Zeitraum eingeschränkt werden und die Verfügbarkeit der zu schützenden Antenne(n) und damit des daran angeschlossenen Systems ohne Beeinträchtigung durch die Blitzschutzkörper so hoch wie möglich gehalten werden. Zudem kann ein voraussichtlicher Beeinträchtigungszeitraum der Antenne(n)/des Systems durch die Blitzschutzmaßnahmen vorhergesagt werden und der Betrieb der Antenne(n)/des Systems vorab an die zu erwartenden Einschränkungen aufgrund der Blitzschutzmaßnahmen angepasst werden.
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Im Folgenden wird ein Verfahren zum Betreiben des Blitzschutzes 5 beschrieben. Der Blitzschutz hat einen deaktivierten Zustand, in dem sich der Blitzschutzkörper 11 in der ersten Position (2) befindet, und einen aktivierten Zustand, in dem sich der Blitzschutzkörper 11 in der zweiten Position (1) befindet, in der der Blitzschutzkörper 11 die Antenne 1 wenigstens teilweise umgibt. Der Blitzschutz wird in Abhängigkeit von dem Betrieb der Antenne und/oder einem Blitzschlagrisiko aktiviert oder deaktiviert, wobei die Blitzschutzkörper 11 durch den Motor 12 von der ersten Position in die zweite Position bewegt werden bzw. von der zweiten Position in die erste Position bewegt werden.
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Wenn die Antenne nicht in Betrieb ist wird der Blitzschutz aktiviert, um die Antenne 1 vor Blitzschlägen zu schützen.
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Befindet sich die Antenne in Betrieb, so wird der Blitzschutz vorzugsweise deaktiviert und nur bei einem erhöhten Blitzschlagrisiko aktiviert. Das Blitzschlagrisiko wird in der gezeigten Ausführungsform durch die Vorrichtung 13 bestimmt. Bei einem erhöhten Blitzschlagrisiko, beispielsweise wenn der Wert der Wahrscheinlichkeit über einem bestimmten Grenzwert liegt, wird der Blitzschutzkörper aktiviert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antenne
- 2
- Supportmast
- 3
- Hauptmast
- 4
- Mastkorb
- 5
- Blitzschutz
- 6
- Blitzableiterelement
- 7
- Ferritelement
- 11
- Blitzfangstab
- 12
- Antrieb
- 13
- Sensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012222973 [0002]
- RU 953577 [0002]
- US 6984971 [0002]
- WO 2015/075067 [0002]
- EP 2190092 [0002]
- DE 102011122807 [0002]
- DE 102004000025 [0002]
- US 2012/0162845 [0002]
- EP 1944627 [0002]
- US 2003/0067731 [0002]
- US 6980410 B2 [0002]
- CN 1700777 [0002]
