DE2524052C3 - Abspannung eines elektrostatisch geerdeten Antennenmastes mit wenigstens einem elektrisch leitenden Abspannseil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abspannung, wie im λ5 Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben.

Bei herkömmlicher Ausführung der Pardunen von strahlenden Masten wird eine Unterteilung der als Abspannseile verwendeten Stahlseile mit Isolatoren in Abschnitte ausgeführt, die ungefähr die Länge eines Zehntels der Betriebswellenlänge λ 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 des Abspannseiles. Es muß beachtet 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 erst oberhalb einer bestimmten, ziemlich hohen elektrostatischen 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 Überschläge auftreten können, als deren Folge von der Hochfrequenzleistung gespeiste Lichtbogen bestehen bleiben. Während bei einem Blitzeinschlag die Hochfrequenzleistung ohnehin abgeschaltet wird, so daß diese Lichtbogen erlöschen, sollte deren Entstehung ansonsten möglichst vermieden werden.

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.

Für fußpunktgespeiste Maste, die nicht höher als etwa V₄ Wellenlänge sind, könnte daran gedacht werden, zur Abspannung Stahlseile zu verwenden, die überhaupt nicht isoliert sind. Mit diesen Seilen wird die Antenne eine Art Falt-Monopol. Es fließen ziemlich große Ströme auf den Seilen. Bei größerer Masthöhe, insbesondere bei */₂-Masten (λ = Betriebswelienlänge) für schwundmindernde Antennen mit geringer Seilstrahlung, ist diese Lösung jedoch unbrauchbar, da die großen Ströme auf den Seilen die Strahlungscharakteristik stark verzerren. Außerdem sind Stahlseile nicht gut geeignet, große Hochfrequenzströme zu leiten.

Das gleiche gilt für einen ähnlichen Versuch, die auf den Abspannseilen fließenden Hochfrequenzströme auszunutzen, der in der deutschen Patentschrift 945855 beschrieben ist und darin besteht, daß oben und unten isolierte Abspannseile mit Abstimmitteln versehen und als Reflektoren oder Direktoren oder auch als gespeiste zusätzliche Strahler verwendet werden.

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 Lichtbogen auftreten, weiche die Seile zerstören.

Neben der Möglichkeit der Dämpfung von Resonanzen auf Pardunen durch eingefügte ohmsche

Dämpfungswiderstände ist die gegenseitige Isolierung von Pardunenteilen mittels eingeschalteter Isolatoren oder Drosselspulen bekannt, wobei eine Drosselspule auch dadurch gebildet werden kann, daß um die als Pardunen dienenden Metallseile bei durchgehendem Seil Spulen aus sehr feinem Eiserdraht gewunden sind, durch welche die Impedanz der Seile gegen den Durchgang von Schwingungen von sehr hoher Frequenz so erhöht sind, daß praktisch genommen kein Durchgang von nennenswerter Größe stattfindet (DE-PS 201551). Diese Art der Isolierung ist unbefriedigend, weil eine große Anzahl von Isolationsstellen hintereinandergeschaltet werden müßte, wobei noch zweifelhaft ist, ob die Isolationswirkung ausreichend ist und nicht für das ganze Leitungsgebilde, welches eine Pardune mit ihren Isolationsstellen bildet, wieder Resonanzmöglichkeiten auftreten, wie es bei der Verwendung von Isolatoren, die elektrisch einer Reihenkapazität entsprechen, der Fall ist (vgl. DE-OS 1591637, Seite 2).

Schließlich ist in der Deutschen Wirtschaftspatentschrift Nr. 36832 eine Anordnung zum Schutz von Pardunenisolatoren selbstschwingender Antennenmaste gegen atmosphärisch bedingte Entladungen beschrieben, die sich dadurch auszeichnet, daß die Pardunen gleichspannungsmäßig auf Erdpotential liegen, indem die Pardunenisolatoren mittels Induktivitäten, die für Gleichspannung einen sehr niedrigen und für die Betriebsfrequenzen der Antenne einen sehr hohen Widerstand besitzen, überbrückt sind. Der sehr hohe Widerstand der überbrückenden Induktivitäten (die jeweils zusammen mit der Eigenkapazität eines Pardunengehänges auch einen Sperrkreis bilden können) bewirkt zwar, daß die Seilstücke (Pardunenstücke) durch die Isolatoren und Induktivitäten fast völlig hochfrequenzmäßig voneinander isoliert sind; es muß aber eine relativ große Anzahl von Isolationsstellen vorgesehen werden, damit zwischen den Isolationsstellen nicht zu lange Seilstücke verbleiben, die in Resonanz oder in die Nähe einer Resonanz geraten können.

Mit weniger Isolationsstellen und damit längeren Seilstücken zwischen den Isolationsstellen kommt eine bekannte Antennenanordnung aus (deutsche Offenlegungsschrift 1591637) bei der in jeder der vom Nahfeld in wesentlichem Maße beeinflußten Pardunen ein Dämpfungs-Längswiderstand un efähr von der Größe des Wellenwiderstandes der durch die Pardune dargestellten Hochfrequenzleitung vorgesehen ist. Auf diese Weise können Resonanzen auf den Abspannseilen zwar dann genügend gedämpft, wenn die Abspannseile nicht sehr stark mit den Antennenstrahlern gekoppelt sind, wie es bei einer Vorhangantenne mit horizontaler Polarisation der Fall ist. Bei stärkerer Kopplung und hohen Antennenleistungen wird in den bekannten Dämpfungswiderständen eine erhebliche Leistung verbraucht, worunter der Wirkungsgrad der Antenne leidet und wodurch sich Schwierigkeiten bei der Realisierung der Widerstände ergeben.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine auch für solche Fälle geeignete Abspannung eines Antennenmastes zu schaffen, bei welcher die Hochfrequenzströme auf einem Abspannseil die Hochfrequenzfunktion der Antenne möglichst wenig beeinflussen, wobei gleichzeitig erreicht werden soll, daß möglichst wenig Überbrückungselcmente verwendet werden müssen. Diese Aufgabe tritt insbesondere bei selbststrahlenden Antennenmasten im Mittelwellen- und Langwellen-Bereich auf, aber auch bei Masten, die als Träger für Antennen dienen, z. B. im Kurzwellen-Bereich.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Überbriickungselemente haben bevorzugt eine überwiegend induktive Komponente und bestehen beispielsweise aus Spulen. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungsind in den Unteransprüchen

κι angegeben.

Durch die im Vergleich zum Isolationswiderstand der überbrückten Isolatoren kleinen Gleichstrom-Widerstände der Überbriickungselemente wird erreicht, daß alle Seilstücke das gleiche elektrostatische Potential haben, nämlich Erdpotential. Durch die zusätzliche erfindungsgemäße Bemessung der Hochfrequenz-Impedanzen der Uberbrückungselemente wird vermieden, daß die Seilstücke, angeregt durch die Antennenstrahlung, in die Resonanz oder in die Nähe einer Resonanz geraten können, was ohne die beschriebenen Überbriickungselemente, insbesondere bei Seilstücklärigen von 0,2 bis 0,5 λ, zu großen Seilströmen führen könnte. Durch die mit der erfindungsgemäßen Abspannung erzielte Vermeidung elektrischer Resonanzen von Seilstücken ist es möglich, die Länge der Seilstücke größer zu wählen als bisher, so daß für jedes Seil nur 1 oder 2 Isolator-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 hoch weiter unten eingegangen wird) keine Überschläge oder Lichtbogen auf, weil an den Isolatoren

durch die Uberbrückungselemente keine elektrostatischen Spannungen vorhanden sind. Es genügt daher zur Vermeidung von Überschlagen und Lichtbogen, wenn die Isolation ausreichend für die Hochfrequenzspannungen bemessen ist. Auch die sonstigen, oben angeführten, Nachteile vorbekannter Lösungen sind durch die Erfindung vermieden.

Die Bestimmung der Größe der Hochfrequenz-Impedanzen der Uberbrückungselemente, welche bevorzugt für alle Abspannseile in untereinander gleieher Weise vorgesehen sind, kann beispielsweise 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

so fließt. Es können auch Messungen des Str i.llungsdiagramms vorgenommen werden und diejenigen Werte der Hochfrequenz-Impedanzen ermittelt werden, bei denen die geringste Beeinflussung der Strahlungsdiagramme auftreten. Es kann aber auch die Stromverteilung bei verschiedenen Hochfrequenz-Impedanzwerten der Uberbrückungselemente 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.

Entsprechend den oben angedeuteten, durch die Erfindung ermöglichten Einsparungsmöglichkeiten von Isolatoren wird ein Abspannseil bevorzugt an

f>5 höchstens 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.

Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung und ein Ausführungsbeispiel werden anhand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine prinzipielle Darstellung einer üblichen Abspannung, und

Fig. 2 ein schematisches Bild eines Ausführungsbeispieles einei erfindungsgemäßen Abspannung.

Beide Figuren zeigen je einen am Fußpukt mit 600 kW gespeisten Mittelwellen-Antennenmast, der in 2 Höhen abgespannt ist. Es gehen Abspannseile in 3 Richtungen, von denen jeweils 2 einen Winkel von 120° einschließen. Dargestellt sind jedoch nur die beiden Abspannseile, die in eine der 3 Richtungen gehen. Die Isolationsmittel sind jeweils für eine elektrostatische Feldstärke von 2 kV/m ausgelegt. Die dargestellten, selbsttragenden Maste sind für eine Betriebsfrequenz von 1008 kHz geeignet. Die Maße sind in Meter angegeben, dementsprechend ist das untere Abspannseil in einer Höhe von 70 m über dem Erdboden 1 und das obere Abspannseil in einer Höhe von 150 m über dem Erdboden 1 am Mast 2 befestigt. Die Gesamthöhe des Mastes 2 beträgt 160 m.

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.

Fig. 1 verdeutlicht, welcher Aufwand an Isolatoren bisher nötig war und wie groß die Anzahl von Ablcit-Widerständen zur Überbrückung der Isolatoren sein mußte. Dabei ist leicht einzusehen, mit welcher Arbeit es verbunden sein muß, die bisher benutzten Ableit-Widerstände regelmäßig auszuwechsein, weil ihre Lebensdauer gering ist.

Fig. 2 verdeutlicht anhand eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen 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 ungefähr 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, von denen nur die Spule 15 gezeigt ist, durch eine Spule ersetzt werden, deren Reaktanz den Wert 2000/3 Ohm hat. Durch Berechnung der Stromverteilung und der Strahlungsdiagramme zeigte

κι sich, daß bei der dargestellten Anordnung die Ströme auf den Abspannseilen nur eine Größe von wenigen Prozent des Maststromes haben und daß sowohl die Fußpunkt-Impedanz als auch die Strahlungscharakteristik der durch den Mast gebildeten Antenne vcrnachlässigbar wenig geändert werden gegenüber dem theoretischen Fall, daß keine Abspannseiie vorhanden sind.

Besonders vorteilhaft bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist noch die Anbringung der

2Ii den Seilenden benachbarten Isolatoren bzw. Isolator-Gehänge in geringer Entfernung von den Seilenden. Dadurch können die Überbrückungselemente 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. Diese Ausführung ist mechanisch wesentlich stabiler als die bekannte Überbriikkung von Isolatoren mit Ableit-Widerständen, die am Seil aufgehängt werden. Durch die feste Anordnung

.κι 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 schla-

.15 gen.

Der wesentliche Fortschritt der in Fig. 2 dargestellten Anordnung gegenüber bekannten Anordnungen besteht darin, daß je Abspannseil lediglich 2 Isolatoren bzw. Isolator-Gehänge benötigt werden, wo-

4Ii durch eine erhebliche Kosteneinsparung erzielt wird.

Zum Schutz vor Beschädigung durch Blitzeinschlag kann jedem 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Abspannung eines elektrostatisch geerdeten Antennenmastes mit wenigstens einem elektrisch leitenden Abspannseil, das mindestens mit einem Isolator oder Isolator-Gehänge unterteilt ist, der bzw. das mit einem Überbrückungselement überbrückt ist, dessen Gleichstromwiderstand klein ist im Vergleich zum Isolationswiderstand des überbrückten Isolators bzw. Isolator-Gehänges, wobei mindestens eines der Seilstücke, die durch die genannte Unterteilung entstanden sind, länger als ein Zehntel der Betriebswellenlänge ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: is

a) das Abspannseil ist gegenüber dem Resonanzzustand durch die überwiegend reaktive Komponente der Hochfrequenz-Impedanz des Überbrückungselementes (12, 13, IS) derart verstimmt, daß die durch Kopplung mit der Antenne auf den Seilstücken angeregten Hochfrequenzströme die Strahlungscharakteristik und Impedanz der Antenne nicht wesentlich beeinflussen,

b) alle Isolatoren bzw. Isolator-Gehänge (10, 11, 14) bis auf höchstens einen bzw. eines sind mit Überbrückungselementen (12, 13, 15) der oben angegebenen Art üoerbrückt.

2. Abspannung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückungselemente Spulen (12, 13, 15) sind.

3. Abspannung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abspannseil (8; 9) an höchstens 3 Stellen mit Isolatoren oder Isolator-Gehängen (12, 13, 15) unterteilt ist, von denen höchstens der bzw. das (11) am dichtesten an der Erde (1) und der bzw. das (10,14) am dichtesten am Mast (2) befindliche überbrückt sind.

4. Abspannung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Seilende benachbarten Isolatoren bzw. Isolator-Gehänge (12, 13,15) in geringer Entfernung von den Seilenden angeordnet sind und die Überbrückungselemente (Spulen 12, 13, 15) vom Mast (2) bzw. von der Erde (1) getragen werden.

5. Abspannung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß höchstens 2 Isolatoren bzw. Isolator-Gehänge (10,11,14) je Abspannseil (9, 8) vorgesehen sind.

6. Abspannung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückungselemente jeweils durch Funkenstrecken vor Beschädigung durch Blitzeinschlag geschützt sind.

7. Abspannung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenstrecken regengeschützt sind und vom Mast (2) bzw. von der Erde (1) getragen werden.