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Abspannung eines elektrostatisch geerdeten Antennenmastes Die Erfindung
betrifft eine Abspanung eines elektrostatisch geerdeten Antennenmastes mit wenigstens
einem leitenden Abspannseil, das an n > 1 Stellen mit Isolatoren oder Isolator-Gehängen
unterteilt ist.
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Bei herkömmlicher Ausführung der Pardunen von strahlonden Masten wird
eine Unterteilung der als Abspannseile verwendeten Stahlseile mit Isolatoren in
Abschnitte ausgeführt, die ungefähr die Länge eines Zehntels der Betriebswellenlänge
# haben. Damit die Isolatoren in der Nähe des Mastes nicht mit höherer Spannung
als die übrigen belastet werden, werden dicht
am Mast kürzere Seilstücke
und mehrgliedrige Isolator-Gehänge vorgesehen als am erdnahen Ende de Abspannseiles.
Es muß bachtet werden, daß an den Isolatoren außer der Hochfrequenzspannung auch
eine statische Spannung auftritt, wenn in der Umgebung des Mastes ein elektrostatisches
Feld besteht. Bei optimaler Auslegung wird vorgesehen, daß die Summe von statischer
und hochfrequenter Spannung ernst oberhalb einer bestimmten, ziemlich hohen elektroçtatischen
Feldstärke zum Überschlag führt. Es ist bekannt, daß kurz vor, während oder nach
Gewittern wesentlich größere Feldstärken auftreten können. Die dadurch verursachten
Isolatorspannungen lassen sich nicht wirtschaftlich isolieren. Die Folge ist, daß
tJberschläge auftreten können, als deren Folge von der Hochfrequenzleistung gespeiste
Lichtbögen bestehen bleiben. Während bei einem Blltzeinschlag die Hochfrequenzleistung
ohnehin abgeschaltet wird so daß diese Lichtbögen erlöschen, sollte deren Entstehung
ansonsten möglichst vermieden werden.
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Zur Abhilfe wurde bisher versucht, das Auftreten statischer Spannungen
dadurch zu verhindern, daß die Isolator-Gehänge mit Ableit-Widerständen überbrückt
werden, die einen mit wachsender Spannung fallenden Gleichstrom-Widerstand haben,
hochfrequenzmäßig jedoch sehr hochohmig sind. Es hat sich allerdings gezeigt, daß
auch bei der neuesten, verbesserten Ausführung dieser Widerstände ihre haltbarkeit
gering ist, so daß sie häufig ausgewechselt werden müssen. Abgesehen von dem großen
Aufwand für das Auswechseln der Widerstände fällt als
Nachteil ins
Gewicht, daß ein Widerstand von dem Augenblick an nicht mehr schützt, in dem er
defekt wird.
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Für £ußpunktgespeiste Maste, die nicht höher als etwa 1/4 Wellenlange
sind, könnte daran gedacht werden, zur Anspannung Stahlseile zu verwenden, die überhaupt
nicht isoliert sind.
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Mit diesen Seilen wird die Antenne eine Art Falt-Monopol. Es fließen
ziem]ich große Ströme auf den Seilen. Bei größerr Masthöhe, insbesondere bei #/2
-Masten(# = Betriebswellenlänge) für schwundmindernde Antennen mit geringer Steilstrah
lung, ist diese Lösung jedoch unbrauchbar, da die großen Ströme auf den Seilen die
Strahlungschai.akteristik stark verzerren. Außerdem sind Stahlseile nicht gut geeignet,
große Hochfrequenzströme zu leiten.
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Das gleiche gilt für einen ähnlichen Versuch, die auf den Abspannseilen
fließenden Hochfrequenzströme auszunutzen, der in 4 der deutschen Patentanmeldung
5 39747 VIII a/21a beschrieben ist und darin besteht, daß oben und unten isolierte
Abspannseile mit Abstimmitteln versehen und als Refylektoren oder Direktoren oder
auch als gespeiste zusätzliche Strahler verwendet werden.
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Die Abspannung von Antennenmasten mit Kunststoffseilen, die versucht
wurde, hat sich nicht bewährt, wenn große Hochfrequenzleistungen verwendet werden.
Es ist dann nämlich möglich,
daß - beispielsweise infolge von Verschmutzung
der Seiloberfläche - Koronaentladungen oder Lichtbögen auftreten, welche die Seile
zerstören.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abspannung eines elektrostatisch
geerdeten Antennenmastes zu schaffen, bei der die vorzugsweise an ihrem unteren
Ende geerdeten Abspannseile die Hochfrequenzfunktion der Antenne möglichst wenig
beeinflussen, Diese Aufgabe tritt insbesondere bei selbststrahlenden Masten im Mittelwellen-
und Langwellen-Berelch auf, aber auch bei Hastent die als Trager für Antennen dienen,
z. B. im Kurzwellen-Bereich.
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Erfindungegemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst1 daß n - 1 oder n
dieser Stellen mit Überbrückungselement überbrückt sind, deren Gleichstromwiderstände
klein sind im Vergleich zu den Isolationswiderständen der überbrücksten Isolatoren
bzw. Isolator-Gehänge und deren Hochfrequenz-Impedanzen einen solchen Wert haben,
daß die durch Kopplung mit der Antenne auf den Seilstücken angeregten Hochfrequenzströme
die Strahlungscharakteristik und die Impedanz der Antenne nur geringfügig nachteilig
beeinflussen.
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Die Überbrückungseleme haben bevorzugt eine iiberalegend reaktive,
insbesondere induktive Komponente und bestehen beispielsweise aus Spulen.
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Durch die im Vergleich zum Isolationswiderstand der überbrückten Isolatoren
kleinen Gleichstrom-Widerstände der Überbrückungselemente wird erreicht, daß alle
Seilstücke das gleiche elektrostatische Potential haben nämlich Erdpotential. Durch
die zusätzliche erfindung.9gelläßf Bemessung der Hochfrequenz-Impedanzen der Überbrückungselemente
wird vermieden, daß die Seilstücke, angeregt durch die Antennenstrahlung, in die
Resonanz oder in die Nähe einer Resonanz geraten können, was ohne die beschriebenen
Überbrückungselemente insbesondere bei Seilstücklängen von o,2 bis o,5 # zu großen
Seilströmen führen könnte. Durch die mit der erfindungsgemäßen Abspannung erzielte
Vermeidung elektrischer Resonanzen von Seilstücken ist es möglich, die Länge der
Seilstücke größ zu wählen als bisher, so daß für jedes Seil nur 1 oder 2 I;solator-Gehänge
am oberen und/oder unteren Ende eines Seiles benötigt werden. Dies bedeutet eine
wesentliche Kosteneinsparung gegenüber der vorbekannten Isolation mit einer größeren
Anzahl von Isolator-Gehängen. Außerdem treten (abgesehen vom Blitzeinschlag. auf
den noch weiter unten eingegangen wird) keine Überschläge oder Lichtbögen auf, weil
an den Isolatoren durch die Überbrückungselemente keine elektrostatischen Spannungen
vorhanden sind. Es genügt daher zur Vermeidung von Uberschlägen und Lichtbögen.
wenn die Isolation ausreichend für die Uochfrequenzspannungen bemessen ist.
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Auch die sonstigen, oben angeführten Nachteile vorbekannterFösungen
sind durch die Erfindung vermieden.
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Dic Bestimmung der Größe der Hochfrequenz-Impedanzen der Überbrückungselemente,
welche bevorzugt für alle Abspannseile in untereinander gleicher Weise vorgesehen
sind, kann beisIelsweise durch Versuche erfolgen, bei denen durch Verändern der
Hochfrequenz-Impedanzen das Abspannseil so gegenüber dem Resonanzzustand verstimmt
wird, bis ein besonders kleiner Hochfrequenz-Strom auf ihm fließt. Es können auch
Messungen des Strahlungsdiagratnmes vorgenommen werden und diejenigen Werte der
Hochfrequenz-Impedanzen ermittelt werden, bei denen die geringste Beeinflussung
der Strahlungsdiagramme auftreten.
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Es kann aber auch die Stromverteilung bei verschiedenen Hochfrequenz-Impedanzwerten
der Überbrückungselemente auf den Abspannseilen rechnerisch ermittelt werden und
durch Einsetzen verschiedener Impedanzwerte der günstigste Fall ermittelt werden,
bei dem ein besonders kleiner Hochfrequenzstrom auf dem Abspannseil fließt.
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Entsprechend den oben angedeuteten, durch die Erfindung ermöglichten
Einsparungsmöglichkeiten von Isolatoren wird ein Abspannseil bevorzugt an höchsten
drei Stellen mit Isolatoren oder Isolator-Gehängen unterteilt, von denen höchstens
der bzw. das am dichtesten an der Erde und der bzw. das am dichtesten am Mast befindliche
überbrückt sind.
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Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfinlnng und ein Auf;-führungsbeispiel
werden anhand der Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 zeigt eine prinzipielle Darstellung einer üblichen Abspannung
und Fig. 2 ein schematisches Bild eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen
Abspannung.
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Beide Figuren zeigen je einen am Fußpunkt mit 600 kW gespeisten Mittelwellen-Antennenmast,
der in 2 IIöhcn abgespannt ist. Es gehen Abspannseile in 3 Richtungen, von denen
jeweils 2 einen Winkel von 1200 einsch ließen. Dargestellt sind jedoch nur die beiden
Abspannseile, die in eine der 3 Richtungen gehen. Die Isolationsmittel sind jeweils
für eine elektrostatische Fetdstärke von 2 kV/m ausgelegt. Die dargestellten, selbsttragenden
Maste sind für eine Betriebsfrequenz von 1008 kHz geeignet. Die Maße sind in Meter
angegeben, dementsprechfind ist das untere Abspannseil in einer Höhe von 70 m übeddem
Erdboden 1 und das obere Abspannseil in einer Höhe von 150 m über dem Erdboden 1
am t 2 befestigt. Die Gesamthöhe des Mastes 2 beträgt 160 m.
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In Fig. 1 ist das untere Abspannseil 3 an insgesamt 5 Stellen mit
Isolatoren 4 bzw. Isolator-Gehängen 5 unterteilt. In entsprechender Weise ist das
obere Abspannseil 6 an insgesamt 9 Stellen durch Isolatoren bzw. Isolator-Gehänge
unterteilt. In bekannter Weise sind dabei dicht am Mast 2 kürzere Seilstücke und
mehrgliedrige Isolator-Gehänge vorgesehen, als in der Nähe des Erdbodens 1, auf
welchem der Mast mit seinem Fußisolator 7 steht.
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Fig. 1 verdeutlicht, welcher Aufwand an Isolatoren bisher nötig war
und wie groß die Anzahl von Ableit-Widcrständen zur Überbrückung der Isolatoren
sein mußte. Dabei ist leicht einzusehen, mit welcher Arbeit es verbunden sein muß,
die bisher benutzten Ableit-Widerstände regelmäßig auszuwechseln, weil ihre Tebensdauer
gering ist.
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Fig. 2 verdeutlicht anhand eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemaßen
Abspannung die Vorzüge der Erfindung. Die Abspannseile 8 und 9 sind an ihren Enden
mit Gurtband-Isolator-Gehängen isoliert. Bei den oberen Abspannseilen, von denen
nur dasJenige, 9, einer Richtung dargestellt ist, sind beide Isolator-Gehänge 10,
11 mit Spulen 12, 13 überbrückt, deren Reaktanz ungefahr 2000 Ohm beträgt. Bei den
unteren Abspannseilen, beispielsweise 8, sind nur die Isolator-Gehänge, beispielsweise
14, am Mast 2 mit Je einer derartigen Spule 15 überbrückt. Selbstverständlich können
die 3 in einer Höhe angebrachten Spulen, vox' denen nur die Spule 15 gezeigt list,
durch eine Spule ersetzt werden, deren Reaktanz den Wert 2000/3 Ohm hält. Durch
Berechnung der Stromverteiiung und der Strahlungsdiagramme zeigte sich, daß bei
der dargestellten Anordnung die Ströme auf den Abspannseilen nur eine Größe von
wenigen Prozent des Maststroniets haben und daß sowohl die Fußpunkt-Impedanz als
auch die Strahlungscharakteristik der durch den Mast gebildeten Antenne vernachlässigbar
wenig geändert werden gegenüber dem theoretischen Fall, daß keine Abspannseile vorhanden
sind.
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Besonders vorteilhaft bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist noch die Anbringung der den Seilenden benachbarten Isolatoren bzw. Isolator-Gehünge
in geringer F.ntfernung von den Seilenden. Dadurch können die Uberbrückungselemente
so angeordnet werden, daß sie nicht vom Seil getragen werden, sondern oben am oder
im Mast 2 und unten an einem auf der Erde 1 angebrachten Gestell oder Ständer befestigt
sind.
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Diese Ausführung ist mechanisch wesentlich stabiler als die bekannte
Überbrückung von Isolatoren mit Ableit-Widerständen, die am Seil aufgehängt werden.
Durch die feste Anordnung der Überbrückungselemente 12, 13, 14 am Mast 2 bzw. am
Erdboden 1 lassen diese sich besser gegen Regen schützen und es wird vermieden,
daß sie bei Wind schaukeln und mechanisch beschädigt werden, wenn sie gegen Abspannseile
oder Isolatoren schlagen.
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Der wesentliche Fortschritt der in Fig. 2 dargestellten Anordnung
gegeniiber bekannten Anordnungen besteht darin, daß je Abspannseii lediglich 2 Isolatoren
bzw. Isolator-Gehänge benötigt werden, wodurch eine erhebliche Kosteneinsparung
erzielt.
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wird.
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Zum Schutz vor Beschädigung durch Blitzeinschlag tann jedem.
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Überbrückungselement oder auch mehreren gemeinsam eine Funkenstrecke
zugeordnet sein, die ebenfalls vom Mast 2 bzw. von der Erde 1 getragen und regengeschützt
ausgeführt sein kann.