DE1516904C

DE1516904C - Self-radiating antenna mast, divided by isolators, with a base isolator

Info

Publication number: DE1516904C
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing 5021 Großkomgsdorf Grossmann
Original assignee: Westdeutscher Rundfunk, Anstalt des öffentlichen Rechts, 5000 Köln
Publication date: 1972-01-27

Description

Die Erfindung betrifft einen selbststrahlenden, durch Isolatoren unterteilten Antennenmast mit Fußpunktisolator, bei dem jeder Isolator durch einen außerhalb des Mastes eine Schleife bildenden Leiter mit einem gegenüber dem Mastciuerschnitt geringen Querschnitt galvanisch überbrückt ist.The invention relates to a self-radiating antenna mast divided by insulators with a base point insulator, each insulator through a conductor forming a loop outside the mast is galvanically bridged with a small cross-section compared to the mast section.

Selbststrahlende, auf einen Fußpunktisolator aufgesetzte Antennenmaste werden häufig zur Erzielung von geeigneten Strahlungscharakteristiken ein- oder mehrfach durch Zwischenisolatoren unterbrochen sowie an einem dieser Isolatoren eingespeist, d. h. oben gespeist und gegebenenfalls an anderen Isolatoren durch Einschaltung von Induktivitäten und Kapazitäten verlängert bzw. verkürzt.Self-radiating antenna masts placed on a base point insulator are often used to achieve this of suitable radiation characteristics one or more times interrupted by intermediate insulators and fed into one of these isolators, d. H. fed at the top and possibly at other insulators extended or shortened by switching on inductances and capacitances.

Die zum Schutz gegen Blitzschlag und zur Ableitung statischer Aufladungen der Mastteile erforderliche galvanische (gleichstrommäßige) Überbrückung der Isolationsstrecken sowie die Abstimmung (Verlängerung bzw. Verkürzung) der elektrischen Länge des Mastes durch den Isolationsstrecken parallel zu schaltende Induktivitäten bzw. Kapazitäten, ferner die Hochführung von Netz- und Meßkabeln über die Isolationsstrecken hinweg zur Mastspitze bedingen besondere Maßnahmen, damit durch sie das Strahlungsdiagramm des Antennenmastes nicht beeinflußt und gestört wird.The necessary to protect against lightning strikes and to dissipate static charges on the mast parts galvanic (direct current) bridging of the isolation distances as well as the coordination (Lengthening or shortening) the electrical length of the mast through the insulation sections Inductivities or capacitances to be switched in parallel, as well as the routing of mains and measuring cables across the isolation sections to the top of the mast require special measures to ensure that through it does not affect and disturb the radiation pattern of the antenna mast.

So sind bei einem durch die deutsche Patentschrift .919 718 bekannten unterteilten Antennenmast die Zwischenisolatoren durch einen, eine langgezogene, U-förmige, außerhalb des Mastes liegende und senkrecht zu dessen Außenhaut bzw. Achse angeordnete HF-Schleife bildenden Leiter galvanisch überbrückt. Diese HF-Schleife bzw. HF-Umwegleitung, deren Gleichstromwiderstand praktisch Null ist, bildet für den hochfrequenten Antenneniiutzstroin bei einer Sclileifenlänge λ/4 einen großen reinohmschen HF-Widerstand und bei einer Schleifenlänge kleiner bzw. größer //4 eine Induktivität bzw. Kapazität und kann damit außer zur galvanischen Überbrückung der Isolationsstrecke noch zur Abstimmung (Verlängerung oder Verkürzung) der elektrischen Länge des Antennenmastes verwendet werden. Die senkrecht zum Mast ausgerichtete HF-Schleife bzw. Umwegleitung hat jedoch selbst ein Strahlungsdiagramm, dessen Maximum vertikal gerichtet ist und das Strahlungsdiagramm des Mastes, das in vertikaler Richtung eine Nullstelle hat, stört. Eine derartige Veränderung des Strahlungsdiagrammes ist nur in Ausnahmefällen erwünscht, so daß diese bekannte Umwegleitung nur dann zur galvanischen Überbrückung von Isolationsstrecken sowie zur Abstimmung der elektrischen Länge eines Antennenmastes verwendet werden kann, wenn dessen Strahlungsdiagramm bewußt verändert werden soll.For example, in a subdivided antenna mast known from German patent specification .919 718, the intermediate insulators are galvanically bridged by an HF loop forming an elongated, U-shaped conductor lying outside the mast and perpendicular to its outer skin or axis. This HF loop or HF bypass line, the DC resistance of which is practically zero, forms a large pure Hhmic HF resistance for the high-frequency antenna use current with a loop length of λ / 4 and an inductance or capacitance and for a loop length smaller or greater than // 4 can thus be used not only for galvanic bridging of the insulation distance but also for tuning (lengthening or shortening) the electrical length of the antenna mast. However, the RF loop or detour line aligned perpendicular to the mast itself has a radiation pattern, the maximum of which is directed vertically and disturbs the radiation pattern of the mast, which has a zero point in the vertical direction. Such a change in the radiation pattern is only desirable in exceptional cases, so that this known detour can only be used for galvanic bridging of isolation distances and for adjusting the electrical length of an antenna mast if its radiation pattern is to be changed consciously.

F.ine weitere, nicht erwünschte Beeinflussung des Strahlungsdiagramms des Antennenmastes tritt bei einem anderen durch die deutsche Patentschrift 977 375 bekannten Antennenmast ein, dessen Fußpunktisolator durch eine außerhalb des Mastes liegende, horizontale Kabelmantelschleife als Verlängerung der im Inneren des Mastes hochgeführlen Speiseleitung galvanisch überbrückt ist. Das mit seinem einen linde galvanisch mit dem Fußpunkt des Mastes verbundene und mit seinem anderen Ende geerdete Kabelmantelstück ist parallel zur Erdoberfläche, d. h. dem Erdpotential verlegt und so lang bemessen, daß es zusammen mit der Erdoberfläche eine an sich bekannte A/4-HF-Leitung über Grund bildet, die den Fußpunktisolator gleichstrommäßig kurzschließt, jedoch das zunächst auf Erdpotential liegende Speisekabel auf das Potential des Mastes bringt. Das von dieser HF-Leitung abgestrahlte Strahlungsdiagramm ist senkrecht zum Strahlungsdiagramm des Mastes ausgerichtet und stört deshalb dieses in unerwünscht'er Weise.F. a further, undesired influence of the radiation pattern of the antenna mast occurs another by the German patent specification 977 375 known antenna mast, whose base point isolator by an outside of the mast lying, horizontal cable jacket loop as an extension of the inside of the mast Feed line is galvanically bridged. That with its one linden galvanic with the base of the The cable jacket piece connected to the mast and grounded at its other end is parallel to the surface of the earth, d. H. relocated to the earth potential and dimensioned so long that it is together with the earth's surface a per se known A / 4 HF line forms above ground, which direct current to the base point isolator short-circuits, but the feeder cable, which is initially at ground potential, to the potential of the mast brings. The radiation pattern emitted by this RF line is perpendicular to the radiation pattern of the mast and therefore interferes with this in an undesirable manner.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem selbststrahlenden, durch Isolatoren unterteilten Antennenmast die Isolationsstrecken durch einen außerhalb des Mastes eine Schleife bildenden Leiter galvanisch so zu überbrücken, daß diese Schleife das vom Mast abgestrahlte Strahlungsdiagramm nicht stört.The invention is based on the object of a self-radiating, subdivided by insulators Antenna mast the isolation distances through a conductor forming a loop outside the mast to be bridged galvanically in such a way that this loop shows the radiation pattern emitted by the mast does not bother.

Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Antennenmast der eingangs genannten Art dadurch, daß der Leiter in einem geringen Abstand von der Außenhaut parallel zur Achse des Mastes geführt und mit seinem vom Isolator abgewandten Ende leitend mit dem Mast verbunden ist, so daß er im Zusammenwirken mit dem ihm parallel gegenüberliegenden Mastteil die Schleife bildet.The invention solves this problem in an antenna mast of the type mentioned at the outset by that the conductor is guided at a small distance from the outer skin parallel to the axis of the mast and with its end facing away from the insulator is conductively connected to the mast, so that it is in the Cooperation with the mast part opposite to it parallel to it forms the loop.

Dabei dient der Leiter bei einer Länge der Schleife kleiner A/4 zur Darstellung einer zur Tsolationsstrecke parallelgeschalteten Induktivität, bei einer Länge von //4 zur statischen Überbrückung einer Isolationsstrecke mit unendlich großem, reinohmschem HF-Widerstand und bei einer Länge größer /./4 zur Darstellung einer parallelgeschalteten Kapazität.If the length of the loop is less than A / 4, the conductor is used to represent an isolation path parallel-connected inductance, with a length of // 4 for static bridging of an isolation path with an infinitely large, purely ohmic HF resistance and with a length greater than /./4 to represent a capacitance connected in parallel.

Dabei wendet die Erfindung eine Leitungsführung an, die an sich — für einen anderen Zweck — aus »Rundfunktechn. Mitteilungen«, 1959, S. 98, bekannt ist. Dort ist ein fußpunktgeerdeter Mast beschrieben, der in sogenannter T-Anpassung durch eine Leitung gespeist wird, deren einer Leiter mit Erde verbunden ist, während ihr anderer Leiter in einem geringen Abstand von der Außenhaut des Mastes parallel zur Mastachse geführt und in geeigneter Höhe leitend mit dem Mast verbunden ist.The invention uses a line routing that in itself - for a different purpose - from »Broadcast techn. Mitteilungen ", 1959, p. 98, is known. A mast with a base point is described there, which is fed in what is known as T-matching through a line, one of which is connected to earth is, while her other conductor is at a short distance from the outer skin of the mast parallel to the The mast axis is guided and conductively connected to the mast at a suitable height.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden Netz- und Meßkabel in der für Rundfunk-Speisekabel aus der deutschen Patentschrift 919 718 (Fig. 3) bekannten Weise über die Isolationsstrecke hinweggeführt, indem sie auf den parallel zu den Isolationsstrecken geführten Leitern verlegt werden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert: In a further embodiment of the invention, power and measuring cables are used for broadcast feeder cables from the German patent specification 919 718 (Fig. 3) known manner over the isolation path by laying them on the conductors that run parallel to the insulation sections. An embodiment of the invention is shown in the figure and is explained in more detail below:

Nach der Figur ist der selbststrahlende Antennenmast in drei Mastteile 1, 2 und 3 unterteilt sowie mit Hilfe des Fußpunktisolators 4 gegen Erde isoliert aufgestellt. Zwischen die Mastteile 1 und 2 sowie 2 und 3 sind Zwischenisolatoren 5 bzw. 6 geschaltet. Die schematisch durch den HF-Generator G dargestellte Obencinspeisung des Mastes erfolgt an dem z. B. in etwa A/4-Höhe angeordneten Zwischenisolator 5.According to the figure, the self-radiating antenna mast is divided into three mast parts 1, 2 and 3 and set up insulated from earth with the help of the base point isolator 4. Intermediate insulators 5 and 6 are connected between the mast parts 1 and 2 as well as 2 and 3. The top feed of the mast, shown schematically by the HF generator G, takes place at the z. B. intermediate insulator 5 arranged at approximately 1/4 height.

Im Ausführungsbeispiel ist davon ausgegangen, daß der Strombelag auf dem Antennenmast keine sinusförmige Verteilung, sondern zur Erzielung einer besonderen Strahlungscharakteristik mit Hilfe einer an der Isolationsstelle 6 eingeschalteten Induktivität einen Knick haben soll, d. h. daß die elektrisch wirksame Länge des Mastes verlängert werden soll. Zu diesem Zweck ist der Zwischenisolator 6 durch den außerhalb des Mastes angeordneten Leiter 7 galvanisch überbrückt, der seinerseits am unteren Ende des Isolators 6 mit dem oberen Ende 8 des mittlerenIn the exemplary embodiment, it is assumed that the current coating on the antenna mast is not sinusoidal distribution, but to achieve a special radiation pattern with the help of a the inductance switched on at the isolation point 6 should have a kink, d. H. that the electrically effective Length of the mast should be extended. For this purpose, the intermediate insulator 6 is through the Outside the mast arranged conductor 7 bridged galvanically, which in turn at the lower end of the insulator 6 with the upper end 8 of the middle

Mastteiles 2 galvanisch verbunden und parallel zum Isolator 6 sowie parallel zum oberen Mastteil 3 in einem kleinen Abstand von dessen Außenhaut hochgeführt ist und der dann im Punkt 9 galvanisch mit dem Mastteil 3 verbunden ist. Dadurch bedingt bildet der Leiter 7 zusammen mit dem ihm parallel gegenüberliegenden Teil des Mastteiles 3 eine HF-Schleife, die die gewünschte Induktivität darstellt, wenn ihre Schleifenlänge kleiner als A/4 bemessen ist. (Sie stellt eine die elektrische Länge des Mastes verkleinernde Kapazität dar, wenn ihre Länge größer als A/4 ist.) Der Blindstrom auf dem Leiter 7 ist in Gegenphase zum Blindstrom auf dem Mastteil 3. In bezug auf die Strahlung heben sich diese Ströme auf. Die Strahlung des in der Schleife fließenden Antennenwirkstromes hat ihr Maximum in der Horizontalen. Sie wird bei der Abstimmung des Mastes von vornherein berücksichtigt. Infolge des geringen Querschnitts des Leiters 7 gegenüber dem Mast kann der Wirkstrom auf diesem ein ungestörtes Runddiagramm ausbilden. Die vom Leiter 7 und dem Mastteil 3 gebildete Induktivitätsschleife beeinflußt daher das Strahlungsdiagramm des Antennenmastes nur unwesentlich.Mast part 2 galvanically connected and parallel to the insulator 6 and parallel to the upper mast part 3 in a small distance from the outer skin and then galvanically at point 9 the mast part 3 is connected. As a result, the conductor 7 forms together with it in parallel opposite part of the mast part 3 an RF loop, which represents the desired inductance, if their loop length is less than A / 4. (It represents the electrical length of the Mastes reducing capacitance when its length is greater than A / 4.) The reactive current on the conductor 7 is in phase opposition to the reactive current on the mast part 3. In relation to the radiation, these are raised Stream on. The radiation of the antenna active current flowing in the loop has its maximum in the Horizontal. It is taken into account from the outset when the mast is coordinated. As a result of the With a small cross-section of the conductor 7 in relation to the mast, the active current on this can be undisturbed Form circular diagram. The inductance loop formed by the conductor 7 and the mast part 3 influences therefore the radiation pattern of the antenna mast is only insignificant.

Analog bildet der parallel zum Zwischenisolator 5 und dem mittleren Mastteil 2 angeordnete Leiter 10, der mit seinem unteren Ende mit dem oberen Ende 11 des unteren Mastteiles 1 sowie mit einem oberen Ende 12 mit dem Mastteil 2 galvanisch verbunden ist, bei einer Schleifenlänge von A/4 eine auf Resonanz abgestimmte HF-Schleife mit einem unendlich großen, rein ohmschen HF-Widerstand. Die Schleife verändert deshalb die Länge des Antennenmastes nicht und dient auf Grund ihres sehr kleinen, praktisch nach Null gehenden Gleichstromwiderstandes ausschließlich und nur zur statischen Überbrückung des Zwischenisolators 5.Analogously, the conductor 10, which is arranged parallel to the intermediate insulator 5 and the central mast part 2, with its lower end with the upper end 11 of the lower mast part 1 and with an upper one The end 12 is galvanically connected to the mast part 2, with a loop length of A / 4 one on resonance Matched HF loop with an infinitely large, purely ohmic HF resistor. The bow therefore does not change the length of the antenna mast and is practical because of its very small size DC resistance going to zero exclusively and only for static bridging of the intermediate insulator 5.

Der ebenfalls außerhalb des Mastes in einem kleinen Abstand vom unteren Mastteil 1 parallel zu dessen Außenhaut hochgeführte Leiter 13, der mit seinem unteren Ende 14 geerdet und mit seinem oberen Ende 15 galvanisch mit dem unteren Mastteil verbunden ist, bildet ebenfalls zusammen mit dem ihm parallel gegenüberliegenden Teil des unteren Mastteiles 1 eine HF-Schleife, die auf Resonanz abgestimmt (Länge A/4) nur zur galvanischen Überbrückung des Fußpunktisolators, d. h. zur statischen Erdung des Antennenmastes dient. Bei einer geringeren Schleifenlänge der vom Leiter 13 zusammen mit dem Mastteil 1 gebildeten HF-Schleife wird die elektrisch wirksame Länge des Mastes zusätzlich vergrößert.The also outside of the mast at a small distance from the lower mast part 1 parallel to whose outer skin raised conductor 13, which is grounded with its lower end 14 and with his upper end 15 is galvanically connected to the lower mast part, also forms together with the parallel to it opposite part of the lower mast part 1 an RF loop that is on resonance matched (length A / 4) only for galvanic bridging of the base point insulator, i.e. H. to static Earthing of the antenna mast is used. In the case of a smaller loop length, that of the conductor 13 together With the mast part 1 formed HF loop, the electrically effective length of the mast is also enlarged.

Die erfindungsgemäß zur galvanischen bzw. statischen Überbrückung der Isolatoren 4 und 6 parallel zu deren Isolationsstrecken geschalteten Leiter 7 und 13 bieten somit die Möglichkeit, die elektrischen Längen der Mastteile 1, 2 und 3 und damit des Antennenmastes selbst zu vergrößern oder zu verkleinern, ohne daß durch diese außerhalb des Mastes parallel zu den Isolationsstrecken und der Außenhaut hochgeführten Leiter die Strahlungscharakteristik des Mastes zusätzlich verändert wird. Die mit den Leitern 7, 10 und 13 automatisch gegebene galvanische (gleichstrommäßige) Überbrückung der Isolationsstrecken 4, 5 und 6 ermöglicht es weiterhin vorteilhafterweise, den Antennenmast zum Schutz gegen atmosphärische Entladungen statisch in seiner ganzen Länge zu erden.According to the invention for galvanic or static Bridging the insulators 4 and 6 parallel to their insulation paths connected conductors 7 and 13 thus offer the possibility of the electrical lengths of the mast parts 1, 2 and 3 and thus the Antenna mast itself to enlarge or reduce, without this outside of the mast the radiation characteristics parallel to the insulation sections and the outer skin of the mast is also changed. The galvanic one automatically given with conductors 7, 10 and 13 (DC) bridging of the isolation gaps 4, 5 and 6 still makes it possible advantageously, the antenna mast to protect against atmospheric discharges static in its full length to earth.

Im Ausführungsbeispiel ist weiterhin schematisch dargestellt, wie mit Hilfe der erfindungsgemäß angeordneten Leiter 7, 10 und 13 im Innern der Mastteile 1, 2 und 3 zur Mastspitze hochgeiührte Netz- und/oder Meßkabel 16 über die Isolationsstrecken 4, und 6 hinweggeführt werden können, ohne daß sie das Strahlungsdiagramm des Mastes beeinflussen. Die Netzkabel 16 werden an den galvanischen Verbindungsstellen 8 und 9, 11 und 12 sowie 15 der Leiter 7, 10 und 13 mit den Mastteilen 3, 2 und I aus dem Innern der Mastteile herausgeführt und dann auf den Leitern 7, 10 und 13 verlegt.In the exemplary embodiment, it is also shown schematically how with the aid of the arrangement according to the invention Conductors 7, 10 and 13 inside the mast parts 1, 2 and 3 up to the top of the mast. and / or measuring cables 16 can be passed over the insulation sections 4 and 6 without them affect the radiation pattern of the mast. The power cables 16 are at the galvanic connection points 8 and 9, 11 and 12 and 15 of the ladder 7, 10 and 13 with the mast parts 3, 2 and I. led out from the inside of the mast parts and then laid on the ladders 7, 10 and 13.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat insbesondere folgende Vorteile:The arrangement according to the invention has the following advantages in particular:

Der außerhalb des Mastes hochgeführte Leiter beeinflußt, bedingt durch seinen gegenüber dem Mastquerschnitt kleinen Querschnitt sowie bedingt durch die Lage der von ihm außerhalb des Mastes gebildeten HF-Schleife relativ zur Abstrahlrichtung des Mastes, das Strahlungsdiagramm nicht. Diese Leiter erfordern einen geringen Aufwand. Sie gestatten, die Maste auch bei den heute üblichen großen HF-Leistungen nur nach baustatischen Gesichtspunkten zu konstruieren, da die an den Isolatoren auftretenden, großen Spannungen durch die Möglichkeit von größeren Abständen der Leiter außen beherrscht werden können. Sie ermöglichen außerdem, die Netz- und Meßkabel über die Isolatorstrecken innerhalb der Leiter, also im feldfreien Raum, hinwegzuführen, ohne daß sie durch HF-Spannungen oder statische Entladungen und Blitzschläge gefährdet sind oder das Strahlungsdiagramm des Mastes beeinflussen.The conductor raised outside the mast influences, due to its opposite to the Mast cross-section small cross-section as well as due to the location of it outside the mast formed HF loop relative to the radiation direction of the mast, the radiation diagram not. This Ladders require little effort. They allow the masts to be used even with those that are common today Only construct large HF powers according to structural considerations, as those on the isolators occurring, large voltages due to the possibility of larger distances between the conductors can be controlled outside. They also enable the mains and measuring cables to be routed through the isolator sections lead away within the ladder, i.e. in the field-free space, without it being passed through HF voltages or static discharges and lightning strikes are at risk or the radiation diagram affect the mast.

Claims

Patent claims:

1. Self-radiating antenna mast divided by isolators with base point isolator each insulator by a conductor forming a loop outside the mast with a compared to the mast cross-section small cross-section is galvanically bridged, thereby characterized in that the conductor (7, 10, 13) at a small distance from the outer skin guided parallel to the axis of the mast (1, 2, 3) and facing away from the insulator (4, 5, 6) The end is conductively connected to the mast (1, 2, 3) so that it interacts with the it is parallel to the opposite mast part forms the loop.

2. Self-radiating antenna mast according to claim 1, characterized in that the Loop to represent a very high, purely Ohmic line connected in parallel to the isolation path HF resistance is set to the electrically effective length A / 4.

3. Self-radiating antenna mast according to claim 1, characterized in that the Loop to represent an inductance connected in parallel to the isolation path on a electrically effective length is set to be less than A <'4.

4. Self-radiating antenna mast according to claim 1, characterized in that the Loop to represent a capacitance connected in parallel to the isolation path on a electrically effective length greater than A / 4 is set.

5. Self-radiating antenna mast according to one of claims 1 to 4, characterized in that that on the conductors (7, 10, 13) running parallel to the insulation sections of the mast (1, 2, 3) Mains and / or measuring cables (16) are guided.

1 sheet of drawings