DE467322C - Antennensystem, dessen Tragteil oder Tragteile in voneinander isolierte Abschnitte unterteilt sind - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Antennen für drahtlose Übermittlung, wie drahtlose Telegraphic und Telephonie, und hat die Schaffung einer verbesserten Ausbildung der Tragteile oder -bauten für die Antenne zum Gegenstande, wodurch die Antenne in einer wirksameren Weise isoliert werden kann. Die neue Ausgestaltung beseitigt auch die Verluste, die durch Streuströme verursacht werden, welche normal in den Tragteilen, wie Maste, Abspannungen u.dgl., induziert werden, oder verringert diese Verluste auf ein Mindestmaß.

Eine Betrachtung der Stützteile für eine Antenne läßt erkennen, daß, wenn die Teile elektrisch leitend sind, darin elektrostatisch und elektromagnetisch von der xA.ntenne aus Ströme induziert werden, welche die gleiche Frequenz haben wie der Antennenstrom, die

ao aber im wesentlichen entgegengesetzte Phasen zu dem Strom in der Antennenabwärtsleitung aufweisen. Diese in den Tragteil induzierten Ströme beeinträchtigen die Ausstrahlung der i\ntenne und vergrößern ihren Widerstandsverlust. Die elektrische Beanspruchung einer Antenne wird vergrößert, wodurch ihre Isolation für hohe Spannungen sehr schwierig wird. In solcher Weise ist es unmöglich, Antennen bei Beanspruchungen erheblich über 100 000 Volt gegenwärtig zu betreiben, weil die Beanspruchung so groß wird, daß eine Korona gebildet wird trotz der Anwendung einer großen Anzahl von in Serie verbundenen Isolatoren, die offenbar einen großen Raum einnehmen und schwierig in gutem Zustande zu erhalten sind im Hinblick auf die exponierte Lage, in der sie sich befinden. Dabei ist wichtig, zu bemerken, daß die von einer Antenne ausgestrahlte Energie unter gegebenen Bedingungen proportional dem Quadrat der Spannung ist. Es ist seit langem bekannt, einen Mast in Abschnitte zu unterteilen, die gegeneinander isoliert sind, um dadurch Energieverluste zu vermeiden. Durch eine solche Anordnung werden die erwähnten Nachteile nur in verhältnismäßig geringem Grade vermieden, weil es bisher nicht erkannt und beachtet war, daß die isolierenden Abschnitte zwischen den Maststücken nicht allein dazu dienen sollten, die induzierten Ströme, welche in den Masten fließen, auf einen kleinen Wert zu vermindern oder ganz zu verhüten. Es ist auch vorgeschlagen worden, den isolierten Abschnitten eine Länge zu geben, die ein kleiner Bruchteil der übermittelten Wellenlänge ist, mit dem Zweck, die Vorteile der Verhinderung von induzierten Strömen im Mast zu erreichen und die Mastabschnitte zu verhindern, Energie dadurch zu absorbieren,

daß ein Teil oder die Gesamtheit in Resonanz mit der gesendeten Welle steht, und um außerdem die Notwendigkeit zu vermeiden, daß die isolierenden Unterbrechungen hohen Spannungen Widerstand leisten müssen, die durch stehende Wellen in den Abschnitten erzeugt werden würden, wenn sie im Bereich von einer halben Wellenlänge und darüber wären (vgl. englische Patentschrift 29146/04, to Seite 2, Zeile 32 und 33). In den bekannten Fällen werden in den isolierten Mastabschnitten Ströme induziert, die außer Phase sind, und zwar im wesentlichen nach Maßgabe der die Antenne umgebenden Feldstärke in den Räumen, in welchen sich Abschnitte befinden. Diese nicht in Phase befindlichen Ströme werden offenbar nachteilig auf das Feld einwirken und infolgedessen auch auf die Sendung.

ao Gemäß der Erfindung, durch welche die erwähnten Verluste und sonstigen Nachteile gänzlich oder in sehr hohem Maße vermieden werden, sind die verschiedenen isolierten .Stücke des Tragteiles oder Mastes elektrisch abgestuft, derart, daß sie auf allmählich zunehmende elektrische Potentiale gebracht werden, die in Phase mit dem Antennenstrom stehen und die im wesentlichen gleich dem Potential rings um die Antenne sind, das in den von den Abschnitten eingenommenen Raumstellen herrschen würde, wenn diese nicht vorhanden wären. So tritt ein beträchtlicher Teil des Spannungsunterschiedes zwischen der Antenne an dem Punkt, wo sie von dem Mast gestützt wird, und der Erde längs des Mastes selbst ein. Auf diese Weise werden die starken elektrischen Beanspruchungen an den Kanten des Antennenaufbaues verhütet. Das elektrische Abstufen kann beispielsweise dadurch erzielt werden, daß die elektrischen Teilkapazitäten der Abschnitte gegeneinander, gegen die Antenne selbst und gegen die Erde eingestellt werden, so daß der Mast als Ganzes ein Potential Ψ5 annimmt, das sich in solcher Weise ändert, wie die veränderliche Feldstärke rings um die Antenne in dem vom Mast erfüllten Raum sich verändern würde, wenn der Mast nicht vorhanden wäre. Statt dessen können die verschiedenen Abschnitte des Mastes auf die erforderliche Potentialabstufung dadurch gebracht werden, daß sie an geeignete Quellen elektromotorischer Kraft angeschlossen werden. Solche Erregungsabstufung kann zu der kapazitiven Abstufung zusätzlich angebracht werden, in welchem Falle die beiden Arten von Abstufungen vorzugsweise gleich gestaltet werden.

Eine drahtlose Antenne, wie sie jetzt gebaut wird, besteht gewöhnlich aus einem Drahtnetzwerk, das oberhalb der Erde durch geeignete Tragglieder, wie Türme oder Maste, gehalten wird, die selbst tragend oder durch Abspannungen gehalten sein können. Die Antenne ist an die Maste mittels Isolatoren angeschlossen, welche den gesamten Spannungsabfall zwischen Antenne und Erde aufnehmen müssen. Gemäß der Erfindung kann ein Teil oder vorzugsweise die Gesamtheit des Spannungsabfalls auf den Isolatoren lasten, die über die Länge der Tragglieder hin verteilt sind.

Die Erfindung möge im folgenden in ihrer Verkörperung bei Antennensystemen beschrieben werden, die durch abgespannte Maste gehalten werden; es ist aber klar, daß sie in gleicher Weise und entsprechend auf alle Typen von Antennentragvorrichtungen und ihre Teile anwendbar ist, wie beispielsweise für die Abspannseile.

Der Zweck der Erfindung und die Mittel zur Erreichung des Zweckes sind am besten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zu verstehen. In diesen sind Abb. 1 und 2 Schemen, welche das elektrostatische Feld rings um die Antenne wiedergeben, Abb. 3 eine schematische Darstellung eines gemäß der Erfindung unterteilten Mastes, Abb. 4 ein Schema, das die Spannungsabstufung eines Mastes zeigt, Abb. 5 ein elektrisches Schema, das die annähernd der Antenne äquivalenten Stromkreise darstellt, Abb. 6 ein Schema, das die Kopplung der Mastabschnitte erkennen läßt. Abb. 7 veranschaulicht eine Ausführung einer Mastkonstruktion gemäß der Erfindung, und Abb. 8 veranschaulicht ein Antennensystem gemäß der Erfindung.

In Abb. ι und 2 ist die Antenne im Schnitt durch eine kreisförmige Scheibe dargestellt, die parallel zur Erde angeordnet ist, aber es ist klar, daß die Erfindung auf jede Art oder Gestalt eines Luftleiters Anwendung finden soll. In der nachfolgenden Beschreibung sind die Tragteile beispielsweise als Maste und Abspannungen angeführt worden.

In Abb. i, welche das elektrostatische Feld um die Antenne veranschaulicht, wenn keine Maste, Abspannungen o. dgl. vorhanden sind, ist die Antenne durch die Scheibe 1 wiedergegeben, die an Erde durch den Abwärtsleiter 2 angeschlossen ist. Das elektrische Feld, das in einem beliebigen Augenblick, z. B. wenn die Antennenspannung ein Maximum ist, dargestellt ist, wird in der üblichen Weise durch Linien 3 gleichen Potentials angedeutet. Abb. 2 veranschaulicht die Wirkung eines leitenden Mastes 4 in der Nachbarschaft der Antenne. Die Linien gleichen Potentials sind bei 5 dargestellt, deren größerer Teil in den Zwischenraum oder Spalt 6 zwischen Antenne und oberem Mastende zusammengedrängt wird, wodurch sich eine

sehr hohe elektrische Beanspruchung dieses Spaltes ergibt. Der Spalt ist sehr eng, und die darin angebrachten Isolatoren arbeiten in einer außerordentlich gefährdeten Stellung, so daß es schwierig ist, geeignete Isolatoren auszubilden. Weiter werden mit einem Mast aus elektrisch leitenden Stoffen Ströme darin induziert, die gegenüber dem Antennenstrom um i8o° phasenverschoben sind.

ίο Gemäß der Erfindung wird der Mast in voneinander isolierten Abschnitten hergestellt, die elektrisch auf bestimmte Potentiale aufgeladen werden, welche wechseln und im wesentlichen in Phase mit dem Potential an der Antenne sind. Die Mastabschnitte befinden sich unter zunehmendem Potential, je näher man an das obere Ende der Antenne gelangt, so daß der Mast als Ganzes elektrisch über seine Länge hin abgestuft ist.

Durch dieses Mittel wird die Spannung am oberen Ende des Mastes sich auf einem Wert zwischen der Spannung des obersten Antennenendes und Erde befinden; vorzugsweise kann sie sich auf dem Wert der Antennenspannung selbst befinden. Im letzteren Falle kann die Antenne mit dem Mastende ohne Isolierung verbunden sein. Die Anordnung führt zu einem einfachen und wirksamen Verfahren der Isolierung der Antenne.

Weiter-werden die Mastströme und -Verluste verhütet. Die Isolatoren müssen so beschaffen sein, daß sie der Spannungsbeanspruchung widerstehen können.

Der Mast kann dann in die Nähe der Antenne gebracht werden, ohne die Verteilung des elektrostatischen Feldes um die Antenne zu beeinflussen (außer in der unmittelbaren Nachbarschaft der Abschnitte), wenn die Abschnitte elektrisch auf das Mittelpotential aufgeladen sind, das der Raum, auf· dem sie • sich befinden, annehmen würde, wenn die Abschnitte nicht vorhanden wären. Entsprechend werden die isolierenden Unterbrechungen, während sie das Fließen der Mastströme verhindern, die Maste daran hindern, die Verteilung des magnetischen.

Feldes rings um die Antenne zu beeinflussen.

In Abb. 3, in welcher ein Mast dargestellt

ist, ist dieser aus Abschnitten 7 hergestellt, die voneinander durch isolierende Unterbrechungen 8 getrennt sind. Isolatoren 9 können in bestimmten Fällen fortfallen. Die Abschnitte 7 können elektrisch auf geeignetes Potential aufgeladen werden, um die verlangte Abstufung am Mast zu schaffen. In Abb. 4 sind zwei Arten von Abstufungen veranschaulicht. Die Kurve 10 veranschaulicht die Art der Abstufung, die angewendet werden kann, damit die Ausstrahlung von der Antenne nicht beeinflußt wird. In diesem Falle sind die Abschnitte auf das Mittelpotential aufgeladen, welches in dem von ihnen eingenommenen Raum vorhanden sein würde. Die Kurve 11 veranschaulicht eine gleichförmige Abstufung des Mastes, was vorzuziehen ist, wenn der Mast gegen außerordentlich hohe Spannungen isoliert werden soll, um die Spannungsbeanspruchung für die Mastisolatoren gleichmäßig zu gestalten.

Eine Abstufung kann man entsprechend Kurve 10 oder nach Kurve 11 in Abb. 4 durch geeignete Bemessung der Teilkapazitäten bewirken, die in Abb. 5 durch den Buchstaben C mit vorgesetzten und angehängten Ziffern bezeichnet sind. Diese Teilkapazitäten quer durch die isolierenden Unterbrechungen sind durch eine vorgesetzte Ziffer i, jene zwischen den Abschnitten und der Antenne durch die vorgesetzte Ziffer 2 und die Teilkapazitäten zwischen den Abschnitten und Erde durch die vorgesetzte Ziffer 3 bezeichnet. Die nachgesetzten Ziffern bezeichnen die verschiedenen Mastabschnitte und die entsprechenden Teilkapazitäten. Die Kapazität ι C ι bezieht sich auf die Kapazität der Isolatoren 9 in Abb. 3. Zur genauen Darstellung würde es notwendig sein, die Teilkapazitäten zwischen den nicht benachbarten Abschnitten wiederzugeben; ferner würde es notwendig sein, die stehende Welle an der Antenne zu betrachten.

Die Teilkapazitäten können auf die gewünschten Werte durch entsprechende Bemessung der Mastabschnitte gebracht werden. Die wichtigsten Dimensionen in dieser Richtung sind die der Abschnittsenden. Der Mast kann ferner durch Kondensatoren abgestuft werden, die von Abschnitten der Antenne angeschlossen sind, ferner nach Erde, und die ferner zwischen die benachbarten Abschnitte geschaltet sind, deren benachbarte Enden miteinander mittels Kondensatoren verbunden sein können. Diese können aus Metalischeiben u. dgl. bestehen, die zu beiden Seiten der isolierenden Zwischenlage liegen. Es können auch getrennte Kondensatoren mit den Abschnittsenden verbunden sein.

Die Abstufung durch die Teilkapazitäten der Abschnitte kann unterstützt oder bei einer anderen Ausführung im wesentlichen ersetzt werden dadurch, daß jeder Abschnitt an eine Quelle elektromotorischer Kraft angeschlossen ist, die in Resonanz und vorzugsweise im wesentlichen in Phase mit der Antennenspannung ist.

Gemäß Abb. 6 wird Energie über Leitungen 13 zugeführt, und die Antenne ist dabei durch einen Transformator 14, 15 gekoppelt. Die erregenden Ströme durchfließen eine iao Wicklung 16, die an einen Schwingungstransformator 17, 19 gekoppelt ist. Die Mast-

abschnitte 7 werden an Abzweigungen 20 der Wicklung 17 angeschlossen. Die Abstufungen der Kapazität und der Erregung sind vornehmlich gleichmäßig und einander ähn-Hch, so daß der vom Transformator gelieferte Ladestrom nur so groß sein wird, als es zum Ausgleich von Ungleichmäßigkeiten in der Kapazitätsabstufung der Abschnitte erfor-

.. derlich ist. Wenn die Antenne von einem Wechselstromgenerator erregt wird, können die Abzweigungen 20 mit seiner Wicklung verbunden werden.

In Abb. 7 ist bei 21 das obere Ende eines

.. Mastabschnittes dargestellt und bei 22 das untere Ende des nächstfolgenden Abschnittes. Diese Abschnitte sind voneinander durch den Isolator 23 isoliert, der mit einem breiten Regendach 24 mit Wellungen 25 ausgestattet ist. Zwei Metallstützen 26 und 27 mit zweckmäßig ausgebildeten Flächen bilden mit dem Isolator zusammen einen Kondensator. Um den Druck gleichmäßig zu verteilen, ist bei 28 eine Zwischenlage z. B. aus Blei vorgesehen; Riefen bei 28 bilden den Verschluß.

Der Mastteil 22 ruht mittels Zapfenlager o. dgl. 30, 31 auf einer gewölbten Metalloberfläche 29.

Die Abspannseile müssen in ähnlicher Weise

. isoliert werden, vorzugsweise durch Hewlett-Isolatoren, wobei die Abstufung in vorbeschriebener Weise erfolgen kann.

Die Isolatoren zwischen den Mastabschnitten (und ebenso zwischen den Abspannungsabschnitten) können mit Uberschlagsableitern,

z. B. der Hörnerableiterbauart, versehen werden.

Die Antenne 33 und die Zuleitung in Abb. 8 wird von unterteilten Masten getragen, die von unterteilten Abspannseilen 32 gehalten werden, wobei das Ganze in der beschriebenen Weise abgestuft ist.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   i. Antennensystem, dessen Tragteil oder Tragteile in voneinander isolierte Abschnitte unterteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß durch geeignete Hilfsmittel die einzelnen Abschnitte auf solche Potentiale gebracht werden, daß das Potential längs des ganzen Tragteiles in der Richtung von Erdnähe zur Antenne hin allmählich zunimmt.
2. 2. Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialverteilung längs des Tragteiles derart ist, daß die Potentiale in den einzelnen Gliedern im wesentlichen gleich und in Phase mit den Potentialen sind, die an den betreffenden Raumstellen vorhanden sein würden, wenn sie nicht von dem Traggliedaufbau erfüllt würden.
3. 3. Antennensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilkapazitäten der Abschnitte, gegeneinander, gegen den Luftleiter selbst und gegen Erde so bemessen sind, daß dadurch die verlangte Potentialabstufung erzielt wird.
4. 4. Antennensystem, in dem die Tragglieder nach Anspruch 1 bis 3 abgestuft sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstufung zwischen den Mastabschnitten untereinander (1 C), zwischen den Mastabschnitten und Antenne (2 C) und zwisehen den Mastabschnitten und Erde (3 C) durch Teilkapazitäten erfolgt, die durch geeignete Wahl der Länge dieser Abschnitte oder der Flächen und Abstände ihrer gegenüberliegenden Enden oder — wo und soweit es nötig ist — durch Hinzufügen besonderer Kondensatoren gegeben sind.
5. 5. Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne in elektrisch leitender Verbindung mit dem obersten Abschnitt oder obersten Abschnitten des Tragteiles oder der Tragteile besteht.
6. 6. Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maste aus Metallabschnitten hergestellt sind, die durch isolierende Stücke getrennt werden, wobei die benachbarten Enden der-Abschnitte einander zugekehrte leitende Flächen nach Maßgabe der verlangten Kapazität besitzen.
7. 7. Antennensystem nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die etwa verwendeten Mastabspannungen gleichfalls in Abschnitte unterteilt und abgestuft sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen