-
Die Erfindung betrifft ein Antennengehäuse mit Profilelement zur Windlastreduzierung.
-
Im Bereich der Mobilfunkantennen steigt der Bedarf, große Datenmengen zu übertragen. Die Antennen hierfür werden immer komplexer und benötigen trotz hoher Integrationsdichte mehr Platz. Es sind bereits Mobilfunkantennen z.B. aus der
DE 10 2016 112 701 A1 bekannt, die eine kompakte Bauweise aufweisen und dadurch leichter montierbar sind. Da die Antennen in der Regel auf einem Mast befestigt sind, kann es nicht nur beim Austausch von Antennen dazu führen, dass die auf die Antennen und damit den Mast wirkende Windlast problematisch werden kann. Deshalb wird es zunehmend wichtiger, Antennen, insbesondere deren Antennengehäuse, bereitzustellen, die zur Windlastreduzierung beitragen.
-
Deshalb ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Antennengehäuse mit Profilelement zur Windlastreduzierung bei gleichzeitig optimalen Sendeeigenschaften der HF Technik bereitzustellen. Das heißt insbesondere, dass eine Windlastreduzierung für Strömungen aus unterschiedlichen Richtungen erfolgen muss, ohne dabei die elektrischen Eigenschaften zu beeinträchtigen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Vorgeschlagen wird ein Antennengehäuse, aufweisend mindestens ein an einem Bereich des Antennengehäuses und in einem Abstand davon befestigtes Profilelement, das derart geformt ist, dass es einen auf das Antennengehäuse auftreffenden Luftstrom derart führt, dass ein Teil des Luftstroms zwischen Profilelement und Antennengehäuse geführt wird. Das Profilelement weist eine aus folgenden Formen auf: beidseitig konkav, beidseitig konvex, konkav/konvex, rechteckig, quadratisch, halbrund, tropfenförmig, kreisförmig, oval. Das Profilelement kann auch eine Form haben, welche der dem Antennengehäuse zugewandten Seite der Form des Antennengehäuses angepasst ist, also eine komplementäre Kontur aufweist. Die Form des Profilelements hängt von der Form des Antennengehäuses sowie anderen Randbedingungen ab, welche je nach Einbausituation variieren können, beispielsweise zu erwartender auftreffender Luftstrom, (Haupt-)Richtung des zu erwartenden auftreffenden Luftstroms, oder Verfügbarkeit von Platz. Die Profilelemente weisen vorteilhaft in einer Richtung komplexe Formen und eine relativ hohe Biegesteifigkeit gegenüber Kräften in Strömungsrichtung und quer dazu auf. Die Querstabilität ist wichtig zur Unterdrückung von Schwingungen der Profilelemente und den damit verbundenen Einflüssen auf die elektrischen Eigenschaften der Antennen, sowie auf die Materialermüdung infolge von Massenkräften. In einer Ausführung ist das Profilelement deshalb aus Aluminium, z.B. strangpressten Aluminiumprofilen, oder Kunststoff bzw. glasfaserverstärktem Kunststoff gebildet.
-
Durch das Profilelement wird die Windlast, die durch den auf das Antennengehäuse auftreffenden Luftstrom erzeugt wird, sowohl in der Hauptanströmrichtung von 0 Grad, d.h. wenn der Luftstrom direkt auf den Frontbereich des Antennengehäuses einströmt, als auch in dem Fall, in dem er zu +/- 45 Grad auf das Antennengehäuse einströmt, reduziert. Das Profilelement dient ferner dazu, einen auf das Antennengehäuse einströmenden Luftstrom so zu führen, dass der Antennenkörper an den (stumpfen) Körperkanten besser umströmt wird und dadurch das Totwassergebiet verkleinert wird, wodurch der Luftwiderstand gesenkt wird. Das heißt, es entsteht im Idealfall kein oder lediglich ein kleiner bzw. flacherer Totwasserbereich entlang des umströmten Antennengehäuses, d.h. die widerstandsarme, anliegende Umströmung ist länger und enger am Gehäuse anliegend, so dass ein späteres Ablösen erfolgt. Damit werden Tragflächeneffekte verhindert, d.h. es kommt nicht zum unerwünschten Auftrieb durch den Luftstrom. Dadurch werden der Luftwiderstand und damit die durch die Anströmung durch den Luftstrom entstehende Windlast auf das Antennengehäuse und damit auf die gesamte Antenne gesenkt. Die Reduzierung ist z.B. im Windkanal messbar.
-
Die Anordnung des Profilelements wird vom Fachmann abhängig von der Art und Form des Antennengehäuses und der Art, Form und Ausgestaltung der Struktur bestimmt, z.B. mittels Versuchen im Windkanal. Hierbei erfolgen Messungen der Windlast an derselben Stelle oder demselben Bereich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, so dass eine entsprechende Messkurve der Windlast für unterschiedliche Windgeschwindigkeiten entsteht. Somit kann ein Vergleich zwischen der am Antennengehäuse anliegenden Windlast mit und ohne Profilelement bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten erfolgen, um einen direkten Vergleich zu erhalten.
-
In einer Ausführung erstreckt sich das Profilelement zumindest entlang eines Teilabschnitts der Höhe des Antennengehäuses. Das Profilelement kann sich über die gesamte Höhe des Antennengehäuses erstrecken. Es kann auch an einem oder beiden Enden davon länger sein als die Höhe des Antennengehäuses, also darüber hinaus ragen. Es kann auch kürzer sein als die Höhe des Antennengehäuses.
-
In einer Ausführung ist das Profilelement einstückig, also über seine gesamte Länge bzw. Höhe durchgängig, oder als mehrteiliges Profilelement gebildet. Wenn es als mehrteiliges Profilelement gebildet ist, kann es aus voneinander separaten Teilen gebildet sein, welche miteinander verbunden sind, oder welche nicht miteinander verbunden sind.
-
Aufgrund der sehr hohen Anzahl an Möglichkeiten der Form des Antennengehäuses und der Struktur und der daraus resultierenden Kombinationen kann hier keine exakte Stelle zur Anordnung der Struktur angegeben werden. Vielmehr ist der Bereich, an dem die Strömung abreißt, für jede Gehäuseform individuell zu bestimmen, z.B. über Versuchsreihen im Windkanal.
-
In einer Ausführung ist das mindestens eine Profilelement an einem seitlichen Bereich angeordnet, wobei vorteilhaft an beiden seitlichen Bereichen ein Profilelement vorgesehen ist. Es kann aber auch an einem Frontbereich angeordnet sein, wobei je nach Anordnung mindestens zwei Profilelemente voneinander beanstandet, vorteilhaft nahe der Ecken des Antennengehäuses, angeordnet sind. Des Weiteren kann es an einem dem Frontbereich gegenüberliegenden hinteren Bereich angeordnet sein, wobei je nach Anordnung mindestens zwei Profilelemente voneinander beanstandet, vorteilhaft nahe der Ecken des Antennengehäuses, angeordnet sind. Es kann auch an einem Übergangsbereich zwischen zwei Bereichen des Antennengehäuses angeordnet sein, wobei vorteilhaft an beiden Übergangsbereichen am Frontbereich bzw. am hinteren Bereich zum seitlichen Bereich ein Profilelement vorgesehen ist. Es können auch an mehreren Bereichen Profilelemente vorgesehen sein, also an den seitlichen Bereichen und zusätzlich an dem Frontbereich und/oder dem hinteren Bereich. Oder es sind Profilelemente an dem Frontbereich und dem hinteren Bereich vorgesehen. Außerdem können je nach Ausgestaltung auch noch Profilelemente an Übergangsbereichen vorgesehen sein. Es ist also jede sinnvolle Kombination von Profilelementen möglich.
-
Wie aus der Beschreibung ersichtlich, sind also in der Regel jeweils zwei Profilelemente vorgesehen, wobei diese symmetrisch zur Achse bzw. Ebene, welche das Antennengehäuse in seiner Breite halbiert, sind.
-
Nachfolgend sind unterschiedliche Möglichkeiten der Anordnung von Profilelementen an einem Antennengehäuse beschrieben, um die Windlast am Antennengehäuse zu reduzieren. Dabei ist offensichtlich, dass je nach Platzierung des Profilelements am Antennengehäuse eine entsprechende, geeignete Form des Profilelements gewählt werden muss, um einen auftreffenden Luftstrom so zu führen, dass er auch zwischen Antennengehäuse und Profilelement strömt.
-
In einer Ausführung ist jeweils ein Profilelement an jedem der Übergangsbereiche zwischen dem Frontbereich und einem daran anschließenden seitlichen Bereich angeordnet. Alternativ ist jeweils ein Profilelement an jedem der Übergangsbereiche zwischen dem hinteren Bereich und einem daran anschließenden seitlichen Bereich des Antennengehäuses angeordnet.
-
In einer Ausführung ist jeweils ein Profilelement an jedem der seitlichen Bereiche des Antennengehäuses angeordnet und die Breite des Profilelements ist kleiner als die Tiefe des Antennengehäuses oder annähernd gleich der Tiefe des Antennengehäuses. Alternativ ragt das Profilelement, genauer dessen Endbereiche, zum Frontbereich und/oder dem hinteren Bereich des Antennengehäuses in einer vorgegebenen Länge über die Tiefe des Antennengehäuses hinaus.
-
In einer Ausführung sind zwei Profilelemente an dem hinteren Bereich derart angeordnet, dass sie jeweils über einen zugehörigen seitlichen Bereich hinausragen oder im Wesentlichen damit bündig sind.
-
In einer Ausführung weist das Profilelement Durchgangsöffnungen von einer dem Antennengehäuse zugewandten Seite davon zu einer dem Antennengehäuse abgewandten Seite davon auf. Somit wird der Effekt der Grenzschichtabsaugung genutzt. Es entsteht eine Lavaldüse zwischen Profilelement und Antennengehäuse, wobei aufgrund der durch die Durchgangsöffnungen strömenden Luft eine Reduzierung des Staudrucks und eine Absaugung der Grenzschicht erfolgt. Die abgesaugte Grenzschicht verringert den wirksamen Strömungsquerschnitt.
-
In einer Ausführung ist das Profilelement an dem Antennengehäuse über mindestens zwei voneinander beabstandete Befestigungselemente oder eine Befestigungsschiene, welche auch als Befestigungsleiste ausgeführt sein kann, befestigt. Vorteilhaft sind das Befestigungselement und/oder die Befestigungsschiene mittels einer Klebeverbindung an dem Antennengehäuse befestigt. Die Befestigung der Profile erfolgt steif an dem Antennengehäuse mit einem definierten Abstand. Vorteilhaft erfolgt die Befestigung derart, dass Schwingungen in Antennen-Y-Richtung vermieden werden. Um Löcher und damit Undichtigkeiten des Antennengehäuses zu verhindern, ist eine Anbindung mit Klebesockeln möglich. Hierbei werden Gewindebolzen mit relativ großen, transparenten Elastomerpads fixiert, auf welchen sich die Profilelemente befestigen lassen.
-
Das Antennengehäuse weist im Wesentlichen eine Form eines Quaders mit Frontbereich, seitlichen Bereichen, hinterem Bereich, Deckel und Boden auf, wobei zwischen seitlichen Bereichen und Frontbereich und zwischen seitlichen Bereichen und hinterem Bereich Übergangsbereiche bzw. Ecken oder Kanten vorhanden sind, welche diese Bereiche miteinander verbinden. Die Ecken bzw. Kanten können sowohl scharf sein als auch abgerundet.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
-
Es zeigen:
- - 1 an einem Übergangsbereich angeordnete Profilelemente gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
- - 2 eine vergrößerte Ansicht des in 1 markierten Bereichs;
- - 3 bis 8 an unterschiedlichen Bereichen angeordnete Profilelemente gemäß weiteren Ausführungen der vorliegenden Erfindung;
- - 9 an einem Übergangsbereich angeordnete Profilelemente und den abgelenkten Luftstrom gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung;
- - 10a-e unterschiedliche Profile des Profilelements;
- - 11 und 12 schematisiert unterschiedliche Anströmrichtungen und Wirkungen der Profilelemente gemäß unterschiedlichen Ausführungen der vorliegenden Erfindung;
- - 13 und 14 schematisiert unterschiedliche Anströmrichtungen und Wirkungen der Profilelemente mit Durchgangsöffnungen gemäß unterschiedlichen Ausführungen der vorliegenden Erfindung;
- - 15, 17 und 19 unterschiedliche Befestigungsmöglichkeiten einstückiger Profilelemente.
- - 16, 18 und 20 unterschiedliche Befestigungsmöglichkeiten mehrteiliger Profilelemente.
-
In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Bei bekannten Anwendungen außerhalb der Antennentechnik sind Luftleitelemente bekannt, die eine Verbesserung der Aerodynamik für eine dominante Strömungsrichtung erzielen sollen. Mobilfunkantennen sind allerdings Luftströmungen aus allen Richtungen ausgesetzt und müssen eine elektrische Funktion erfüllen. Die Profilelemente sind deshalb speziell an die Antennenform angepasst und beeinträchtigen die elektrische Funktion nicht.
-
Die nachfolgende Beschreibung legt den Fokus auf Mobilfunkantennen, welche an einem in der Regel relativ frei stehenden Mast 200 aufgehängt sind, da hier die größten Windlasten zu erwarten sind. Allerdings können die nachfolgend beschriebenen Ausführungen auch für an anderen Stellen angeordnete Antennen benutzt werden, auch solche, die nicht für Mobilfunk verwendet werden, auch für bewegliche Antennen. Antennengehäuse 100, welche die eigentliche Antenne, also insbesondere das Radom umgeben, sind in der Regel derart geformt, dass die Form des Antennengehäuses 100 den elektrischen Eigenschaften der Antenne angepasst ist. Da das Antennengehäuse 100 die Antenne umgibt, also den einwirkenden Umwelteinflüssen ausgesetzt ist, ist es aber auch nötig, das Antennengehäuse 100 derart zu gestalten, dass eine Windlastreduzierung erfolgt.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Antennengehäusen 100, welche annähernd die Form eines Quaders mit definierter Höhe H, Breite B und Tiefe T aufweisen, beschrieben. Hierbei profitieren speziell Antennengehäuse 100 mit relativ scharfen Eckradien von den beschriebenen Profilelementen 1a-8a; 1 b-8b; 9; 10, da hier bei einer Anordnung an der Rückseite bzw. dem hinteren Bereich 102, an seitlichen Bereichen 103, 104 oder Übergangsbereichen 113, 114, 123, 124, also an den Ecken, des Radoms die Windlast reduziert werden kann. Grundsätzlich können die Ecken bzw. Kanten des Gehäuses 100 aber auch abgerundet sein.
-
Andere Formen von Antennengehäusen sind allerdings ebenfalls möglich, wenn die nachher beschriebene Struktur zur Verringerung der auf das Antennengehäuse wirkenden Windlast entsprechend angepasst wird.
-
Ein nachfolgend beschriebenes Antennengehäuse 100 weist eine Vorderwand bzw. einen Frontbereich 101, zwei Seitenwände bzw. seitliche Bereiche 103, 104, einen Boden 106, einen Deckel 105 und eine Rückwand bzw. einen hinteren Bereich 102 auf, wie in 15 bis 20 genauer zu sehen. An einem Mast 200 befestigte Antennengehäuse 100 sind in der Regel mit ihrer Rückseite, nachfolgend auch als hinterer Bereich 102 bezeichnet, daran befestigt, so dass vor allem ihre Vorderseite, nachfolgend auch als Frontbereich 101 bezeichnet, dem auftreffenden Luftstrom, z.B. Wind, ausgesetzt ist. Wenn das Antennengehäuse 100 in einer Neigung an dem Mast 200 befestigt ist, sind auch noch andere Bereiche, z.B. der eine der Seitenwände bzw. einer der seitlichen Bereiche 103, 104 bezeichnet, einer durch einen auftreffenden Luftstrom verursachten Windlast ausgesetzt.
-
Problematisch kann die Windlast dann sein, wenn der Mast 200 nicht dafür ausgelegt ist. Dies kann auftreten, wenn alte Antennen durch Antennen neuerer Generation ersetzt werden, welche aufgrund der immer komplexer werdenden Anforderungen und dem Bedarf an hohen Datenraten und damit zusätzlich benötigten Komponenten immer größer und schwerer werden. Durch die steigende Größe sind sie auch einer höheren Windlast ausgesetzt, da der Luftwiderstand alleine schon durch die größere Front der Vorderseite 101 erhöht wird. Zusätzlich ist noch der Effekt zu beobachten, dass an den Kanten bzw. Übergangsbereichen 113, 114; 123, 124 z.B. von dem Frontbereich 101 zu einer der Seitenwände 103, 104 oder von dem hinteren Bereich 102 zu einer der Seitenwände 103, 104 auch bei abgerundeten Kanten ein abrupter Strömungsabriss erfolgt, der zu erhöhtem Luftwiderstand und damit zu höherer Windlast aufgrund des hinter der Kante 113, 114; 123, 124 entstehenden Totwassers führt. Bei frontaler Anströmung bildet sich bei aktuell bekannten Profilen an den seitlichen Kanten häufig ein Strömungsabriss. D.h. die Strömung kann dem Profil nicht folgen und reißt ab. Je kleiner der Kantenradius ist, desto früher reißt die Strömung ab. Der Strömungsabriss führt zu einem ausgeprägten Totwassergebiet, welches einen größeren Querschnitt als die Antenne hat. Dieser Querschnitt ist relevant für den Luftwiderstand. Je früher und schärfer der Strömungsabriss stattfindet desto größer sind das Totwassergebiet und damit der Luftwiderstand. In 2, 9, 11-14 sind schematisch Luftanströmungen und deren Führung zwischen Antennengehäuse 100 und unterschiedlichen Profilelementen 1a-8a; 1b-8b; 9; 10 dargestellt, wobei die Wirbel das Totwassergebiet darstellen. 11 und 12 zeigen prinzipiell dieselbe Ausführung wie 3, lediglich mit schematisierter Luftanströmung.
-
Bei frontaler Anströmung auf das Antennengehäuse 100 bildet sich an den seitlichen Kanten 113, 114; 123, 124 ein Strömungsabriss, wie in 11 gezeigt. D.h. die Strömung kann nicht dem Profil des Antennengehäuses 100 folgen und reißt ab. Je kleiner der Kantenradius ist, desto früher reißt die Strömung ab. Der Strömungsabriss führt zu einem ausgeprägten Totwassergebiet, welches einen größeren Querschnitt als die Antenne hat. Dieser Querschnitt ist relevant für den Luftwiderstand. Je früher und schärfer der Strömungsabriss stattfindet, desto größer sind das Totwassergebiet und damit der Luftwiderstand. Bei Schräganströmung, d.h. bei Auftreffen eines Luftstroms im Winkel von in etwa +/- 45 Grad, bildet sich nur an der der Anströmung abgewendeten Seite des Antennengehäuses 100 ein Strömungsabriss an der Vorderkante aus. Dieser Abriss ist für abgerundete Profile dominant, weil er im Vergleich zum Strömungsabriss gerundeter Profile wesentlich ausgeprägter ist und ein sehr großes Totwassergebiet erzeugt. Der Luftwiderstand bei seitlicher Anströmung hat für abgerundete Profile ein Maximum.
-
Die seitlich angebrachten Profilelemente 1a-8a; 1b-8b; 9; 10 bzw. Spoiler bewirken, dass der Luftstrom in eine Luftströmung im Spalt zwischen Profilelement 1a-8a; 1b-8b; 9; 10 und Antennengehäuse 100 und eine Strömung außen am Profilelement 1a-8a; 1b-8b; 9; 10 vorbei geteilt wird. Die Strömung im Spalt wird durch das Profilelement 1a-8a; 1b-8b; 9; 10 gezwungen, an der Antenne anzuliegen. Mittels geeigneter Formgebung bleibt auch die außen vorbeiströmende Luft am Profilelement 1a-8a; 1b-8b; 9; 10 anliegen. Somit reduziert sich das Totwassergebiet wesentlich. Durch die Profilelemente 1a-8a; 1b-8b; 9; 10 reduziert sich das Totwassergebiet bei schräger Anströmung auf der Seite, welche der Anströmung abgewandt ist. Die Umströmung auf der Anströmung zugewandten Seite verändert sich durch das Profilelement 1a-8a; 1b-8b; 9; 10 nicht.
-
Wie bereits beschrieben bewirken an einem seitlichen Bereich 103 bzw. 104 des Antennengehäuses 100 angebrachte Profilelemente 1a-8a; 1b-8b; 9; 10, dass der Luftstrom in eine Luftströmung im Spalt zwischen Profilelement 1a-8a; 1b-8b; 9; 10 und Antennengehäuse 100 und in eine Strömung außen vorbei geteilt wird. Die Strömung im Spalt wird durch eine düsenförmige Ausführung beschleunigt, wie in 1 und 2, sowie 13 und 14 schematisch gezeigt. Nach Bernoulli bewirkt die Beschleunigung bei gleichbleibenden Gesamtdruck eine Reduzierung des Staudrucks. Dieser Unterdruck kann genutzt werden, um über Kanäle oder Durchgangsöffnungen 400 im jeweiligen Profilelement 9; 10 die Grenzschichtströmung, welche außen am Profilelement 9; 10 vorbeigeführt wird, abzusaugen. Die Absaugung der Luftströmung führt dazu, dass die Strömung näher am Profil des Antennengehäuses 100 anliegt und noch später zur Ablösung neigt als bei einer alleinig mit Profilelement 1a-8a; 1b-8b geführten Luftströmung. Für die Windlast der Antennen ist die Größe der Verwirbelungen im Nachlauf entscheidend. Je kleiner das Nachlauffeld ist, desto geringer ist der Luftwiderstand der Antenne. In 13 und 14 sind Profilelemente 9 und 10 gezeigt, welche durch ihre Form als Düse wirken und damit einen Unterdruck U erzeugen. Speziell das an die Kontur des Antennengehäuses 100 angepasste Profilelement 9, siehe 13, stellt eine Düsenerweiterung 9a an einer Stelle bereit, an der die Luftströmung zwischen Profilelement 9 und Antennengehäuse 100 austritt. Hier ist deutlich zu sehen, dass durch diese Form eine aktive Totwasserbelüftung 9b erfolgt und damit der Effekt der Windlastreduzierung noch verstärkt wird. Die Luftströmung durch die Düse kann genutzt werden, um das Totwassergebiet zu belüften. Durch die austretende Luft kann das Wirbelgebiet des Totwassers von der Rückseite fortgeschoben werden. Je weiter sich die Wirbel von der Antenne entfernen, desto geringer wird der dort induzierte Unterdruck U und der Luftwiederstand nimmt ab.
-
Als Totwasser wird in der Strömungslehre ein Bereich verstanden, in dem eine in der Wirbelzone eines z.B. mit Luft umströmten Körpers vorhandene Strömung entgegengesetzt zur Hauptströmungsrichtung verläuft, so dass hier in der Regel unerwünschte Effekte wie erhöhter Luftwiderstand erzeugt werden. Ein Körper, der einer Strömung ausgesetzt ist, erfährt grundsätzlich einen Widerstand. Dieser Widerstand kann in einzelne Komponenten zerlegt werden, die verschiedene Ursachen haben. Dies ist bei stumpfen Körpern (z.B. Quadern) hauptsächlich der Strömungswiderstand. Dieser setzt sich aus Reibungswiderstand und dem Druckwiderstand zusammen. Das Totwasser ist wesentlich mit verantwortlich für den Strömungswiderstand. Die weiteren Widerstandsarten durch Oberflächenreibung, Interferenzwiderstand und induzierter Widerstand spielen bei stumpfen Körpern in der Aerodynamik eine untergeordnete Rolle.
-
Als Windlast wird der auf ein Objekt einwirkende Druck bzw. Sog aufgrund von auf das Objekt einwirkendem Wind bezeichnet. Dies führt zu einer Druckbelastung auf das Objekt pro Flächeneinheit.
-
An einer angeströmten Kontur findet abhängig von deren Form und Oberfläche naturgemäß früher oder später ein Abriss der Strömung und je nach Form auch ein Umschlag von laminarer zu turbulenter Strömung statt. Übergänge von laminarer zu turbulenter Strömung sind inkohärente Vorgänge, d.h. sie sind abhängig von der Anströmrichtung und von der Änderung der Anströmrichtung. Weiterhin ist der Umschlag von laminarer in turbulente Strömung örtlich nicht stabil, d.h. dass sich abhängig von der periodisch wechselseitig entstehenden Wirbelablösung der Punkt (genauer ist es ein Bereich, bei dem sich eine kleine Blase bildet) des Strömungsumschlages von laminar in turbulent verändert.
-
Das Problem der Windlastreduzierung bei Antennengehäusen100, speziell Gehäusen für Mobilfunkantennen, wird durch die nachfolgend beschriebenen, am Antennengehäuse 100 befestigten Profilelemente 1a-8a; 1b-8b; 9; 10 gelöst. Die Profilelemente 1a-8a; 1b-8b; 9; 10 können dabei unterschiedlichste Formen und Größen haben, wie nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Ferner sind die Profilelemente 1a-8a; 1b-8b; 9; 10 an dem Antennengehäuse 100 befestigt, vorteilhaft in einem Abstand dazu, so dass der anströmende Luftstrom zwischen Antennengehäuse 100 und Profilelement 1a-8a; 1b-8b; 9; 10 geführt werden kann.
-
Für passive Antennen könnten beispielsweise die Profilelemente 1a-8a; 1b-8b; 9; 10 mittig an der Seitenlinie des Antennengehäuses 100 positioniert werden, um ähnliche Eigenschaften für frontale und rückseitige Anströmung zu erhalten. Für neue aktive Antennen mit Kühlelementen 300 für Verstärker und Filter (ohne Lüfter) ist es vorteilhaft, die Profilelemente 1a-8a; 1b-8b; 9; 10 so anzuordnen, dass eine gute Umströmung der Kühler 300 auch bei geringen Windgeschwindigkeiten auf frontaler Richtung möglich ist und sich damit die Kühlleistung verbessert.
-
Nachfolgend werden die bisher nicht detailliert beschriebenen Figuren genauer beschrieben.
-
1 zeigt eine Draufsicht auf ein Antennengehäuse 100 mit einem Frontbereich 101, einem hinteren Bereich 102, welcher an einem Mast 200 befestigt ist, sowie zwei seitlichen Bereichen 103 und 104. Zwischen Frontbereich 101 und den seitlichen Bereichen 103 bzw. 104 befindet sich jeweils ein Übergangsbereich 113 bzw. 114. Ebenso befindet sich zwischen hinterem Bereich 102 und den seitlichen Bereichen 103 bzw. 104 jeweils ein Übergangsbereich 123 bzw. 124. Die Übergangsbereiche 113, 114, 123, 124 sind die Kanten des Antennengehäuses 100.
-
Außerdem ist in 1 jeweils ein an jedem Übergangsbereich 113 bzw. 114 zwischen Frontbereich 101 und seitlichem Bereich 103 bzw. 104 angeordnetes Profilelement 1a und 1b gezeigt. Das Profilelement 1a und 1b ist im Prinzip tropfenförmig gebildet, d.h. dass ein Endbereich spitz zuläuft (zum seitlichen Bereich 103 bzw. 104 hin) und der andere in einem Krümmungsradius abgerundet zuläuft (zum Frontbereich 101 hin). Das Profilelement 1a und 1b ist ferner gebogen gebildet, um der Kontur des Antennengehäuses 100, genauer des Übergangsbereichs 113 bzw. 114, zu folgen und damit eine Führung eines auftreffenden Luftstroms zu ermöglichen, so dass ein Teil davon zwischen Profilelement 1a und 1b und Übergangsbereich 113 bzw. 114 strömt. 2 zeigt eine Vergrößerung des in 1 mit dem gestrichelten Kreis markierten Bereichs. Hier wird schematisch die Führung des Luftstroms (als schwarze Linien mit Pfeil in Strömungsrichtung dargestellt) gezeigt. Ein Teil des Luftstroms wird zwischen Profilelement 1a und Übergangsbereich 114 geführt. Der Teil des Luftstroms, der nicht zwischen Profilelement 1a und Übergangsbereich 114 geführt wird, strömt außen am Profilelement 1a vorbei. Durch die Rundung des Profilelements 1a wird der Luftstrom auch hier entlang des Profils bzw. des Übergangsbereichs 114 geführt und reißt erst später ab.
-
In 9 ist eine weitere Ausführung gezeigt, bei welcher das Profilelement 8a bzw. 8b an einem Übergangsbereich 123 bzw. 124, allerdings hier am Übergangsbereich 123 bzw. 124 zum hinteren Bereich 102, angeordnet ist. In dieser Ausführung ist es mit einem größeren Abstand zum Antennengehäuse 100 angeordnet, da der Luftstrom zwischen Profilelement 8a bzw. 8b und Übergangsbereich 123 bzw. 124 so geführt werden soll, dass ein am hinteren Bereich 102 vorgesehener Kühlkörper 300 von der durch das Profilelement 8a bzw. 8b geführten Luft angeströmt werden soll, um den Kühleffekt zu verbessern.
-
Vorteilhaft sind jeweils beide Profilelemente 1a und 1b bzw. 8a und 8b identisch an dem jeweiligen Übergangsbereich 113, 114 bzw. 123, 124 angeordnet. Das heißt, dass sie symmetrisch zur Achse bzw. Ebene M, welche das Antennengehäuse in seiner Breite halbiert, angeordnet sind.
-
In 3 bis 5 sind Draufsichten auf Antennengehäuse 100 mit an seitlichen Bereichen 103 bzw. 104 angeordneten Profilelementen 2a, 2b; 3a, 3b; 4a, 4b gezeigt. In 3 sind gerade Profilelemente 2a, 2b gezeigt, die eine Breite Bp aufweisen, die kürzer ist als die Tiefe des Antennengehäuses 100 bzw. des seitlichen Bereichs 103 bzw. 104 davon. In 4 und 5 sind von dem seitlichen Bereich weg gekrümmte Profilelemente 3a, 3b bzw. 4a, 4b gezeigt.
-
Der Unterschied zwischen den beiden Profilelementen 3a, 3b und 4a, 4b ist nachfolgend erklärt. In 4 entspricht die Breite Bp des Profilelements 3a bzw. 3b maximal der Tiefe T des Antennengehäuses 100, genauer des seitlichen Bereichs 103 bzw. 104. Genauer ist die Breite Bp des Profilelements 3a bzw. 3b weniger als die Tiefe T, wobei ein Ende des Profilelements 3a bzw. 3b bündig mit einer gedachten Linie zur Verlängerung des hinteren Bereichs 102 ist (in 4 gestrichelt eingezeichnet), und im Wesentlichen auf Höhe des Scheitelpunkts des Übergangsbereichs 113 bzw. 114 endet. In 5 ist die Breite Bp des Profilelements 4a bzw. 4b größer als die Tiefe T des Antennengehäuses 100, genauer des seitlichen Bereichs 103 bzw. 104. Sie entspricht T+L, wobei L eine definierte Länge ist, in welcher einer oder beide Enden des Profilelements 4a bzw. 4b über den Frontbereich 101 und/oder über den hinteren Bereich 102 hinausragen. In 5 ist lediglich ein Hinausragen über den hinteren Bereich 102 um die Länge L gezeigt. Wenn das Profilelement 4a bzw. 4b sowohl über den Frontbereich 101 als auch über den hinteren Bereich 102 hinausragt, ist dessen Breite Bp=T+ 2L.
-
Vorteilhaft sind jeweils beide Profilelemente 3a und 3b bzw. 4a und 4b identisch an dem jeweiligen seitlichen Bereich 103 bzw. 104 angeordnet. Das heißt, dass sie symmetrisch zur Achse bzw. Ebene M, welche das Antennengehäuse 100 in seiner Breite halbiert, angeordnet sind.
-
Die gezeigten, an seitlichen Bereichen 103 bzw. 104 angeordneten Profilelemente 2a, 2b; 3a, 3b; 4a, 4b können in ihrer Breite Bp unabhängig von der gewählten Form variieren. Wie bereits erwähnt, kann ein Fachmann je nach Form des Antennengehäuses 100 und Ort und Umgebung der Anbringung unterschiedlichste Profilelemente, genauer deren Form, Breite, Beschaffenheit, Art, z.B. einstückig oder mehrstückig, und auch deren Befestigungsart wählen, so dass nicht alle Kombinationen in den Figuren widergespiegelt werden können.
-
Die Profilelemente 2a, 2b; 3a, 3b; 4a, 4b sind in einem Abstand A zum seitlichen Bereich 103 bzw. 104 angeordnet. Dieser kann je nach Ausführung des Profilelements 2a, 2b; 3a, 3b; 4a, 4b gewählt werden. In 3 ist er der Abstand A zwischen einer gedachten Linie Sa bzw. Sb entlang des seitlichem Bereichs 103 bzw. 104 und einer gedachten Linie Sp entlang der diesem Bereich zugewandten Längsseite des Profilelements 2a bzw. 2b. In 4 und 5 ist der Abstand A der Abstand zwischen einer gedachten Linie Sa bzw. Sb entlang des Bereichs 103 bzw. 104 und einer gedachten Linie Sp zwischen den Enden des Profilelements 3a, 3b bzw. 4a, 4b.
-
In 6 bis 8 sind Draufsichten auf Antennengehäuse 100 mit an dem hinteren Bereich 102 angeordneten Profilelementen 5a, 5b; 6a, 6b; 7a, 7b gezeigt. In 6 und 7 ist das Profilelement 5a, 5b bzw. 6a, 6b als konkav-konvexes Profilelement 5a, 5b bzw. 6a, 6b mit Wölbung von dem Antennengehäuse 100 weg gebildet. Es ist an einem Endbereich, vorteilhaft an dem Endbereich, der dem hinteren Bereich 102 am nächsten ist, in einem Abstand A angeordnet, welcher durch zwei Parallelen durch den Scheitelpunkt des Übergangsbereichs 123 bzw. 124 definiert ist. Dabei ist das Profilelement 5a bzw. 5b in 6 so angeordnet, dass es nicht über die gedachte Linie Sa bzw. Sb nach außerhalb des Antennengehäuses 100 hinausragt, sondern maximal damit bündig ist. Das Profilelement 6a bzw. 6b in 7 ist so angeordnet, dass es über die gedachte Linie Sa bzw. Sb nach außerhalb des Antennengehäuses 100 hinausragt. Wie weit es über die gedachte Linie Sa bzw. Sb hinausragt, ist vom Fachmann wiederum abhängig von der Art und Anordnung des Antennengehäuses 100 so zu bestimmen, dass ein auftreffender Luftstrom zwischen Profilelement 6a bzw. 6b und hinteren Bereich 102 geführt wird.
-
In 8 ist eine alternative Ausführung gezeigt, bei welcher das Profilelement 7a bzw. 7b als rundes Element gezeigt ist. Auch hier ist das Profilelement 7a bzw. 7b in einem Abstand A zum hinteren Bereich 102 angeordnet. In 8 ist eine Ausführung gezeigt, bei welcher das Profilelement 7a bzw. 7b nicht über die gedachte Linie Sa bzw. Sb nach außerhalb des Antennengehäuses 100 hinausragt. Allerdings kann auch ein rundes Profilelement 7a bzw. 7b so angeordnet sein, dass es über die gedachte Linie Sa bzw. Sb nach außerhalb des Antennengehäuses 100 hinausragt.
-
In den in 6 bis 8 gezeigten Ausführungen sind die Profilelemente 5a und 5b bzw. 6a und 6b bzw. 7a und 7b nahe den Übergangsbereichen 123 bzw. 124 angeordnet, um die Windlast durch Führen des an diesen Bereichen abreißenden Luftstroms zu reduzieren.
-
Vorteilhaft sind jeweils beide Profilelemente 5a und 5b bzw. 6a und 6b bzw. 7a und 7b identisch an dem hinteren Bereich 102 angeordnet. Das heißt, dass sie symmetrisch zur Achse bzw. Ebene M, welche das Antennengehäuse in seiner Breite halbiert, angeordnet sind.
-
In 13 und 14 sind weitere Ausführungen gezeigt, bei denen im Profilelement 9 bzw. 10 zusätzlich mehrere Durchgangsöffnungen 400 vorgesehen sind. Mit diesen Durchgangsöffnungen 400 wird der Effekt der Grenzschichtabsaugung genutzt. Es entsteht eine Lavaldüse zwischen Profilelement und Antennengehäuse, wobei aufgrund der durch die Durchgangsöffnungen strömenden Luft eine Reduzierung des Staudrucks und eine Absaugung der Grenzschicht erfolgt. Die abgesaugte Grenzschicht verringert den wirksamen Strömungsquerschnitt. Somit wird die Windlast noch weiter reduziert.
-
In 10 sind unterschiedliche Profile gezeigt, welche für die Profilelemente 1a-8a; 1b-8b; 9; 10 verwendet werden können. Es kann ein rechteckiges bzw. quadratisches Profil (Nr. a), ein halbrundes Profil (Nr. b) beidseitig konkaves Profil (Nr. c), ein beidseitig konvexes Profil, ein konkav/konvexes Profil (Nr. d), ein tropfenförmiges Profil (Nr. e), ein kreisförmiges Profil (Nr. f), ein ovales Profil verwendet werden. Außerdem kann ein auf der dem Antennengehäuse 100 zugewandten Seite der Form des Antennengehäuses 100 angepasst es Profil, wie in 1, 9 und 13 gezeigt verwendet werden.
-
In 15 bis 20 sind unterschiedliche Befestigungsmöglichkeiten für Profilelemente, welche hier beispielhaft als konkav-konvexe Profilelemente 4a bzw. gerade oder an die Kontur angepasste Profilelemente 1a bzw. 2a ausgeführt sind, gezeigt. Außerdem ist schematisch gezeigt, dass das Profilelement einstückig über die Höhe H des Antennengehäuses 100 gebildet sein kann (15, 17 und 19), oder mehrteilig (16, 18 und 20). Wenn das Profilelement 1a bzw. 2a; 4a mehrteilig bzw. mehrstückig gebildet ist, können die einzelnen Stücke bzw. Teile miteinander verbunden sein oder separat voneinander bereitgestellt werden. Im Sinne dieser Erfindung werden mehrere nicht miteinander verbundene Profilelemente 1a bzw. 2a; 4a als ein mehrteiliges bzw. mehrstückiges Profilelement 1a bzw. 2a; 4a bezeichnet, auch wenn sie unabhängig voneinander hergestellt und befestigt werden können. Das Profilelement 1a bzw. 2a; 4a kann dabei je nach Ausführung und Anwendungsbereich des Antennengehäuses 100 in etwa dieselbe Höhe H aufweisen wie das Antennengehäuse 100. Es kann aber auch weniger hoch sein oder höher. Die Höhe kann vom Fachmann z.B. in Versuchen im Windkanal bestimmt werden.
-
In 15 bis 18 ist eine Befestigung des Profilelements 1a bzw. 2a; 4a mit Befestigungselementen 500 gezeigt, welche gleichzeitig als Abstandshalter zum Antennengehäuse 100 dienen. Diese Befestigungselemente 500 können als Klebeverbindung bereitgestellt werden, bei welcher Gewindebolzen mit relativ großen, transparenten Elastomerpads an dem Antennengehäuse 100 fixiert werden, auf welchen sich die Profilelemente befestigen lassen. Dies hat den Vorteil, dass keine Bohrungen bzw. Löcher in dem Antennengehäuse 100 vorgesehen werden müssen, so dass unerwünschte Undichtigkeiten verhindert werden können. Es können auch jegliche andere Formen des Profilelements in dieser Weise befestigt werden.
-
In 19 und 20 ist eine Befestigung lediglich des in 15 und 16 gezeigten Profilelements 4a mit Befestigungsschienen 501, welche auch als Befestigungsleisten ausgeführt sein können, gezeigt. Es können auch jegliche andere Formen des Profilelements in dieser Weise befestigt werden. Diese können am Antennengehäuse 100 bei der Herstellung z.B. mit entsprechenden Führungsnuten oder Gewinde vorgesehen werden, so dass das Profilelement 4a daran befestigt werden kann. Auch hier können Löcher und damit Undichtigkeiten im Antennengehäuse 100 vermieden werden. Auch können die Befestigungsschienen 501 bzw. die zur Verbindung mit dem Profilelement 4a vorgesehenen Verbindungsstücke gleichzeitig als Abstandshalter zum Antennengehäuse 100 dienen. Diese Befestigungsschienen 501 können auch mittels einer Klebeverbindung, z.B. mit Elastomerpads, an dem Antennengehäuse 100 fixiert werden. Dies hat den Vorteil, dass keine Bohrungen bzw. Löcher in dem Antennengehäuse 100 vorgesehen werden müssen, so dass unerwünschte Undichtigkeiten verhindert werden können.
-
In 15, 16, 19 und 20 ist zur Vereinfachung jeweils nur auf einer Seite des Gehäuses 100 ein Profilelement 4a gezeigt, da diese Figuren die Befestigungsmöglichkeiten schematisch zeigen. Wie bereits beschrieben ist es aber vorteilhaft, das Profilelement 4a an beiden Seitenbereichen, also symmetrisch zur Achse M, anzubringen. In 17 und 18 sind an beiden Übergangsbereichen 113, 114 vorgesehene Profilelemente 1a bzw. 2a gezeigt. Da sowohl ein der Kontur angepasstes Profilelement 1a in etwa dieselbe Form bei dieser Ansicht aufweist wie ein gerades Profilelement 2a, wird hier keine Unterscheidung gemacht. Es sind lediglich vorteilhaft an beiden Übergangsbereichen 113, 114 dieselben Profilelemente, also Profilelement 1 a oder Profilelement 2a, angeordnet.
-
Durch Ablenken des auftreffenden Luftstroms wird ein Teil der Luft zwischen Profilelement und Antennengehäuse geführt und damit das Totwassergebiet reduziert, wodurch die Windlast reduziert wird. Dies gilt für alle beschriebenen Profilelemente.
-
Genauer wird durch Bereitstellen der Profilelemente an für die jeweilige Anwendung geeigneten Stellen am Antennengehäuse die Windlast für frontale und seitliche Anströmung reduziert. Außerdem kann erreicht werden, dass keine Vergrößerung der Tragflächeneffekte erfolgt. Außerdem ist eine nachträgliche Ausrüstung vorhandener Antennen möglich.
-
Wenn Kühlkörper vorhanden sind, kann außerdem eine gezielte Lenkung von Kühlluftströmen für neue aktive Antennen bereitgestellt werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Antennengehäuse
- 1a-8a, 2a-8b, 9, 10
- Profilelement
- 101
- Frontbereich
- 102
- hinterer Bereich
- 103, 104
- seitlicher Bereich
- 113, 114; 123, 124
- Übergangsbereich
- 105
- Deckel
- 106
- Boden
- 200
- Mast
- 300
- Kühlkörper
- 400
- Durchgangsöffnungen
- 500; 501
- Befestigungselemente; Befestigungsschiene
- T
- Tiefe Antennengehäuse
- B
- Breite Antennengehäuse
- H
- Höhe Antennengehäuse
- M
- Mittellinie
- Bp
- Breite Profilelement
- Sa, Sb
- gedachte Linie zur Verlängerung des seitlichen Bereichs
- A
- Abstand Profilelement zu Antennengehäuse
- Sp
- gedachte Linie für Festlegung Abstand zu Antennengehäuse
- L
- Länge, die Profilelement über T hinausragt
- U
- Unterdruck
- 9a; 9b
- Düsenerweiterung; Totwasserbelüftung
