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Die
Erfindung betrifft eine zerlegbare Antenne vom Peitschentyp, mit
kapazitiver Last, whip antenna in angelsächsischer Sprache; eine solche
Antenne, ob zerlegbar oder nicht, weist ein breites Funktionsfrequenzband
auf. Es ist bekannt, dieses Band noch mehr zu erweitern, indem an
die Antenne ein Tuner, Antenna Tuning Unit in angelsächsischer Sprache,
angeschlossen wird; dieser Tuner soll die Impedanzanpassung über das
gesamte Nutzband verbessern.
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Es
ist bekannt, eine Antenne vom Peitschentyp und mit kapazitiver Last
auf verschiedene Arten herzustellen, die mit Hilfe der beiliegenden 2a, 2b, 2c und
der darauf bezogenen Beschreibung dargestellt werden.
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Aber
diese Ausführungen
sind nicht zur Gänze
zufrieden stellend, da entweder die Antenne relativ zerbrechlich
im Bereich der kapazitiven Last ist, oder eine mechanische Verstärkung an
dieser Stelle vorgesehen werden muss, was die Herstellung kostspielig
macht.
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Das
Patent
US 4 958 164 beschreibt
eine zerlegbare Antenne, die im Breitbandbereich funktioniert. Sie
ist aus mehreren linearen Sendeelementen gebildet, die in Serie
angeordnet sind und von denen einer eine Kapazität umfasst.
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In
dem Patent
US 5 836 072 ist
ein Verfahren für
den Zusammenbau einer Antenne und insbesondere die Art der Ummantelung
der Elemente einer Antenne mit einem thermoplastischen Material
beschrieben.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Vermeidung oder zumindest
die Verminderung dieser Nachteile.
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Dies
wird hauptsächlich
dank einer speziell entworfenen kapazitiven Last erzielt, die derart
angeordnet ist, dass die Antenne nicht zerbrechlich wird.
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Erfindungsgemäß wird somit
eine zerlegbare Antenne vom Peitschentyp mit kapazitiver Last vorgeschlagen,
umfassend mehrere, voneinander getrennte Sendesegmente, die Stoß an Stoß zueinander
angeordnet sind, wobei jedes Segment einen Leitungsstrang umfasst,
der sich über
die gesamte Länge
des Segments erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens
eines der Segmente eine kapazitive Last, die im Ganzen in seinen
Leitungsstrang eingesetzt ist, und ein isolierendes Hohlrohr umfasst, das
als Stütze
für den
Leitungsstrang dient und in dessen Inneren die kapazitive Last angeordnet
ist, dass die kapazitive Last eine erste Elektrode, die von einem
Metallgehäuse
gebildet ist, und eine zweite Elektrode umfasst, die von einem Abschnitt
eines Leitungsdrahtes gebildet ist, der mit einem Isoliermantel
umhüllt
ist, wobei dieser Drahtabschnitt in dem Gehäuse untergebracht ist und sich
mindestens eines seiner Enden innerhalb des Gehäuses befindet und über das
Gehäuse
hinaus fortsetzt, um einen Zugang zu der zweiten Elektrode zu bilden.
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Erfindungsgemäß wird auch
ein Verfahren zur Herstellung eines Sendesegments einer zerlegbaren
Antenne vom Peitschentyp mit kapazitiver Last vorgeschlagen, das
in Anspruch 7 beschrieben ist.
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Die
vorliegende Erfindung wird mit Hilfe der nachstehenden Beschreibung
und der beiliegenden Figuren besser verständlich und weitere Merkmale gehen
daraus hervor, wobei:
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– die 1a, 1b Schemata
von Peitschenantennen sind,
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– die 2a, 2b, 2c Peitschenantennenteile
nach dem Stand der Technik sind,
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– 3 eine
zerlegbare Peitschenantenne ist,
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– die 4a, 4b, 4c Schnittansichten
von Elementen von Peitschenantennen gemäß der Erfindung sind,
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– 5a ein
Einzelteil ist, der bei den Antennen nach den 4a, 4b und 4c verwendet wird,
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– 5b zwei
Einzelteile, davon jenen der 5a, zeigt,
wie sie in den Antennen gemäß den 4a, 4b, 4c verbunden
werden,
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– die 6a bis 6d Schemata
sind, die verschiedene Schritt der Montage des Antennenelements
nach 4a darstellen.
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In
diesen verschiedenen Figuren sind die entsprechenden Elemente mit
denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Zum
besseren Verständnis
der Zeichnung wurden die Proportionen nicht immer berücksichtigt, insbesondere
in den 4 und 6.
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Unter
Breitbandantenne ist in der Folge eine Antenne zu verstehen, deren
Funktionsband mehr als eine Oktav abdeckt. Um eine Antenne vom Peitschentyp
herzustellen, beispielsweise für
ein Fahrzeug und im Band von 30 – 88 MHz, ist es üblich, als Sendestruktur
einen drahtförmigen
Monopol anzunehmen, umfassend mindestens eine kapazitive Last, und
diesen Monopol mit einem Tuner zu verbinden, der dazu vorgesehen
ist, die Impedanzanpassung in dem gesamten Nutzband zu verbessern;
der Tuner ist einem Antennenbandfilter gleichzusetzen.
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1 ist
ein Schema einer Breitbandpeitschenantenne 1. Diese Antenne
umfasst einen vertikalen Monopol, der durch die Schaltung eines
ersten Leitungsstranges 2a, einer kapazitiven Last 3 und
eines zweiten Leitungsstranges 2b in Serie gebildet ist. Die
Antenne 1 umfasst auch einen Tuner 5, der zwischen
dem Antennenzugang und dem unteren Ende des Leitungsstranges 2a des
unteren Teils des Monopols angeordnet ist.
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Für ihre Verwendung
ist die Antenne 1 auf einer Masseebene 4, auch
Gegengewicht genannt, montiert, die beispielsweise von dem Metalldach
eines Fahrzeugs gebildet ist.
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1b ist
ein weiteres Schema einer Breitbandpeitschenantenne 1.
Diese Antenne mit ihrem vertikalen Monopol und ihrem Tuner 5 ist
auf einer Masseebene 4 angeordnet; sie unterscheidet sich von
der Antenne nach 1a durch die Bildung ihres Monopols,
der in Serie ausgehend vom Tuner 5 umfasst: einen ersten
Leitungsstrang 2a, eine erste kapazitive Last 3a,
einen zweiten Leitungsstrang 2b, eine zweite kapazitive
Last 3b, einen dritten Leitungsstrang 2c, eine
dritte kapazitive Last 3c und einen vierten Leitungsstrang 2d.
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Verschiedene
Arten der Herstellung dieser kapazitiven Lasten in Peitschenantennen
sind bekannt, sie sind durch die 2a, 2b, 2c dargestellt,
in denen zwei Leitungsstränge 2a, 2b,
die in der Verlängerung
zueinander angeordnet sind, durch eine kapazitive Last gekoppelt
sind, die an der Stelle angeordnet ist, an der die beiden Stränge voneinander
gelöst
werden können,
und die nur dann gebildet wird, wenn die beiden betreffenden Stränge Stoß an Stoß zusammengebaut
sind.
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Im
Falle der 2a erfordert die kapazitive Last
ein Dielektrikum 30 und eine Metallmuffe 3d: das
Dielektrikum isoliert die Leitungsstränge 2a, 2b, deren
gegenüber
liegende Enden es bedeckt, während
die Muffe 3d das Dielektrikum umgibt. Die kapazitive Kopplung
zwischen den Strängen 2a, 2b erfolgt zum
Teil direkt durch das Dielektrikum und zum Teil nacheinander über das
Dielektrikum, die Metallmuffe und wieder das Dielektrikum.
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Im
Falle der 2b ist der Leitungsstrang 2a hohl,
und ein dielektrischer Hohlzylinder 30 wird in den Strang 2a am
oberen Ende desselben eingesetzt. Der Leitungsstrang 2b hat
einen Querschnitt auf Höhe
seines unteren Endes, der dem Innenquerschnitt des Hohlzylin ders
entspricht; somit kann er in diesen Zylinder eingeschoben werden,
damit eine kapazitive Last zwischen den Enden der beiden Stränge 2a, 2b hergestellt
wird, die durch das Dielektrikum des Zylinders 30 getrennt
sind. In 2b ist der Abschnitt 2b vor
dem Einschieben in den Hohlzylinder 30 dargestellt.
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Im
Falle der 2c wird die kapazitive Last durch
Kopplung zwischen zwei Leitungsdrähten 3e, 3f erzielt,
die auf eine Isolierwalze 30 gewickelt sind; die beiden
Enden der Walze 30 sind mit den Strängen 2a bzw. 2b verbunden;
die Drähte 3e, 3f sind
an einem ihrer Enden an die Stränge 2a bzw. 2b geschweißt und ihr
anderes Ende ist frei; ferner sind die Drähte 3e, 3f voneinander
isoliert.
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In
der Praxis weisen die Peitschen mit kapazitiven Lasten von der Art
der Lasten nach den 2a, 2b oder 2c mehrere
Nachteile auf. Das Isolierelement 30 muss nämlich bei
diesen Lasten eine zweifache Rolle erfüllen: die funkelektrische Rolle,
indem direkt als Dielektrikum zum Wert der kapazitiven Last beigetragen
wird, und die mechanische Rolle, indem zum mechanischen Halt der
Peitsche beigetragen wird. Nun können
für Peitschen
mit einer Höhe
von 2,5 bis 3 Meter die mechanischen Spannungen sehr groß sein,
was mechanische Verstärkungen
im Bereich der kapazitiven Lasten erfordert und die Selbstkosten
der Antenne erhöht.
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Eine
Gesamtansicht der zerlegbaren Peitschenantenne ist in 3 mit
einer Peitsche und einem Tuner 5, schematisch auf einer
Masseebene 4 installiert, die die metallische Karosserie
eines Fahrzeugs sein kann, dargestellt. In dem dargestellten Beispiel
ist die Peitsche in zwei voneinander getrennte Sendesegmente Sa,
Sb zerlegbar; die Zerlegung erfolgt mit einem Ring mit männlichem
Gewinde 2n, das sich am oberen Ende des unteren Segments
Sa befindet, und mit einem entsprechenden Ring mit weiblichem Gewinde 2g,
das sich am unteren Ende des Segments Sb befindet. Das Segment Sa
umfasst einen weiblichen Ring an seinem unteren Ende. Die elektrische
Verbindung zwischen der Peitsche und dem Tuner erfolgt durch einen
Verbindungsteil mit männlichem
Gewinde 2m und eine Dämpfungsfeder 2r;
in 3 sind der Teil 2m und die Feder 2r dargestellt,
bevor der Teil 2m mit der Feder 2r durch festes Einstecken
verbunden wurde; der Teil 2m und die Dämpfungsfeder sind üblicherweise
Bestandteil des Tuners.
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Die
Antenne, die für 3 als
Beispiel diente, ist eine erfindungsgemäße Antenne mit einer kapazitiven
Last, die im Ganzen in dem Segment Sa angeordnet ist, und nicht,
wie in den Beispielen der 2a, 2b, 2c,
mit einer kapazitiven Last, die an der Stelle angeordnet ist, an
der die Stränge 2a und 2b voneinander
gelöst
werden können.
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Die 4a, 4b, 4c sind
drei Längsschnittansichten
des Segments Sa der 3, die jeweils drei unterschiedlichen
Positionierhöhen
der kapazitiven Last im Inneren des Sendesegments Sa entsprechen.
In diesen Figuren, wie überdies
in den 5 und 6, wurden die Proportionen aus
Gründen
der besseren Verständlichkeit
der Zeichnung nicht berücksichtigt;
so sind beispielsweise die Leitungsstränge nach den 4 1,30
Meter lang, davon 1 Meter Länge
für ihren
konischen Teil, und messen nur 15 mm in ihrer größten Breite, und die Ringe 2n haben
eine Gesamtlänge
von 9 cm mit einem Gewindeteil auf nur 2 cm dieser Länge.
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Die
Segmente nach den 4a, 4b, 4c umfassen
eine Stütze,
die von einem langen isolierenden Hohlrohr 20 gebildet
ist, das von zwei metallischen Ringen 2f, 2n begrenzt
ist, und der Leitungsstrang ist von den beiden Ringen und einer elektrischen
Verbindung mit kapazitiver Last 3 zwischen den beiden Ringen
gebildet. Bei diesen Ausführungen
der 4 sichert das isolierende Hohlrohr 20 den
mechanischen Halt des Segments; es ist aus glasfaserverstärktem Kunststoff
gebildet, und die Last 3 ist im Inneren des Hohlrohrs angeordnet.
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Die 5a, 5b zeigen,
wie die kapazitive Last 3 in den Beispielen verwirklicht
ist, die in den 4 dargestellt sind. Diese Last
umfasst einen Metallblock 33, der alleine und, als wäre er transparent, in 5a dargestellt
ist; dieser Block ist von einem geraden Zylinder mit einem großen zylindrischen Loch 3k,
das in eine der Grundflächen
des geraden Zylinders mündet,
und zwei kleinen zylindrischen Löchern 3g, 3h gebildet,
die in die andere der Grundflächen
des geraden Zylinders münden;
die drei Löcher sind
zur nicht dargestellten großen
Achse des geraden Zylinders parallel, und die kleinen Löcher münden in
das große
Loch im Wesentlichen in gleichem Abstand zu den beiden Grundflächen des
geraden Zylinders.
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Wie 5b zeigt,
wird ein elektrisches Kabel 31, das sich aus einem Leitungsdraht 32 und
einem Isoliermantel 30 zusammensetzt, durch das Loch 3g durchgeführt, macht
einen Knick C im Inneren des Loches 3k und tritt aus dem
Block aus, indem es durch das Loch 3h hindurchgeführt wird.
Wie in 5a wurde der Block 33 gezeichnet,
als wäre
er transparent; ferner ermöglicht
es ein Abriss in der Wand des Blocks, das Kabel 31 im Bereich
seines Knicks besser zu sehen. Der Draht 32 des Kabels 31 ist
nur auf seinem Teil, der sich im Inneren und in unmittelbarer Nähe des Blocks 33 befindet,
mit seinem Isoliermantel umgeben, darüber hinaus sind die beiden
blanken Drähte
miteinander verdrillt, und das Ende dieser Verdrillung ist in den
Ring 2n geschweißt,
wie in den 4 zu sehen ist.
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In
dem beschriebenen Beispiel der kapazitiven Last ist der Block 33 aus
Messing, hat eine Länge
von 1 cm und einen Durchmesser von 5 mm; die beiden Löcher 3g, 3h haben
einen Durchmesser von 1,5 mm und eine Länge von 6 mm.
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In
dieser kapazitiven Last bildet der Block 33 eine der Elektroden,
während
der Draht 32 in seinem im Inneren des Blocks befindlichen
Teil die andere Elektrode bildet.
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Das
Loch 3k spielt eine zweifache Rolle: es stabilisiert den
Wert der Kapazität
der Last, indem es die durch die Knickschleife erzeugte Randwirkung beseitigt;
es erleichtert die Positionierung des Blocks 33 in dem
Sendesegment, wie dies aus der Beschreibung der 6b, 6c, 6d hervorgeht.
Aber als Variante kann der Block 33 auch kein Loch 3k umfassen,
wobei sich die Löcher 3g, 3h über die
gesamte Länge
des Blocks 33 erstrecken und der Knick außerhalb
des Blocks erfolgt.
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Bei
einer weiteren Variante kann das große Loch 3k nach den 5 durch
einen Stöpsel
oder einen Metalldeckel geschlossen werden; daraus ergibt sich eine
geringfügige
Verbesserung der Stabilisierung des Wertes der Kapazität der Last
und eine leichte Erhöhung
der Kosten der Last.
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Als
Variante kann der Metallblock 33 auch andere Formen als
jene eines geraden Zylinders annehmen, wobei es sich versteht, dass
er ein Metallgehäuse
bilden muss, in das der isolierte Teil eines elektrischen Kabels
eindringt; es ist auch möglich, dass
das Kabel mit einem seiner Enden in dem Metallgehäuse angeordnet
ist, und/oder dass das Kabel auf praktisch seiner gesamten Länge ummantelt
ist.
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Bei
der Ausführung
nach 4a befindet sich die kapazitive Last 3,
die in dem isolierenden Hohlrohr 20 angeordnet ist, in
der Nähe
des Ringes 2n; sie ist mit dem Ring 2f durch ein
rohrförmiges
Metallgeflecht 21, durch die kapazitive Last 3 und
durch den blanken und verdrillten Teil des Ausgangsdrahtes der Last 3 ver bunden.
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Bei
der Ausführung
der 4b ist die kapazitive Last 3 im Wesentlichen
auf halber Strecke zwischen den Enden des Sendesegments angeordnet, und
die elektrische Verbindung zwischen den beiden Ringen umfasst dieselbe
Aufeinanderfolge von Elementen wie bei der Ausführung der 4a;
die Länge
des Metallgeflechts 21 hingegen ist um die Hälfte kürzer als
in dem Beispiel nach 4a, und die Länge des
blanken und verdrillten Teils des Ausgangsdrahtes der Last 3 geht
von ungefähr
zehn Zentimeter auf ungefähr
fünfzig
Zentimeter über.
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Bei
der Ausführung
nach 4c ist die kapazitive Last 3 in direktem
Kontakt mit dem Ring 2f, in den sie eingepasst ist. Hier
reduziert sich die elektrische Verbindung zwischen den beiden Ringen 2f, 2n somit
auf zwei Elemente: die Last 3 und den blanken und verdrillten
Teil des Ausgangsdrahtes der Last.
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Die 6 sind
Schemata, die eine Ausführungsart
des Leitungsstranges nach 4a darstellen.
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6a stellt
einen Dorn dar, der von einer Stangenlänge 6 mit Umdrehungssymmetrie
um eine Achse gebildet ist, mit einem Absatz auf einer Seite, der
einen Anschlag 61 bildet, und einem Zapfen 62 auf
der anderen Seite. Dieser Dorn weist einen kegelstumpfartigen Teil
auf, dessen kleinste Basis an den Zapfen 62 angelegt ist
und dessen Gesamtlänge
einen Meter beträgt;
diese Länge
des kegelstumpfartigen Teils, verglichen mit der Gesamtlänge des
Dorns, die 1,3 m beträgt,
zeigt, dass die Proportionen nicht berücksichtigt wurden, um, wie
oben erwähnt,
die Zeichnung leichter verständlich
zu machen.
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Ein
Ring 2f ist auf den Dorn 6 aufgeschoben und kommt
mit dem Anschlag 61 in Kontakt. Eine kapazitive Last 3 von
der Art der Last nach 5b ist auf den Zapfen des Dorns
aufgesetzt; der Block 33 der Last spielt mit seinem großen Loch
die Rolle eines Zapfenloches in dieser aufgesetzten Anordnung. Dann
wird ein Abschnitt des Rohrgeflechts aus verzinnten Kupferdrähten 21 auf
den Dorn aufgedrückt und
an seinen beiden Enden auf den Ring 2f bzw. auf den Block 33 der
Last 3 geschweißt;
dieses Geflecht 21 erfordert das Vorhandensein des Dorns,
um zu vermeiden, dass es beim Ummantelungsverfahren, das später beschrieben
ist, verformt wird.
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Der
gemäß 6b ausgestattete
Dorn ist bereit, eine Schutzhülle
aus glasfaserverstärktem Kunststoff
aufzunehmen, um das isolierende Hohlrohr 20 zu bilden,
das bei der Beschreibung von 4a erwähnt wurde.
Es handelt sich um eine seitliche Ummantelung, die von dem Ausgangsdraht
der Last 3 bis zum Bereich des Anschlags 61 des
Dorns reicht. Um diese Ummantelung durchzuführen, können verschiedene Techniken
eingesetzt werden, beispielsweise die Techniken, die als Ummantelungsmaterial
auf Glasfasern oder ein Glasfasergewebe zurückgreifen, wobei diese Ummantelungsmaterialien
vorher mit einem duroplastischen Harz vorimprägniert wurden; unter den bekannten
Techniken sind zu nennen:
das Umwickeln mit Glasfasern; das
Roulierverfahren mit einem Glasfasergewebe; die Technik der kontinuierlichen
Aufbringung von Glasfasern mit einer Maschine, die im Handel unter
der eingetragenen Marke SPIRGLASS erhältlich ist. Die auf diese Weise
mit ihrem Rohr 20 ummantelte Einheit ist in 6c dargestellt.
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Nach
der Wärmeaushärtung kann
der Dorn abgenommen werden; das auf diese Weise erhaltene Element
wird bearbeitet, um auf die genaue gewünschte Länge gebracht zu werden, und
um es zu ermöglichen,
es mit einem Ring 2n zu bedecken, der auf das Isolierrohr 20 geklebt
wird. Nun braucht nur noch der Ausgangsdraht der Last 3 auf
den Ring 2n geschweißt
zu werden, um die Herstellung des Sendesegments zu beenden. 6d stellt
im Längsschnitt
dieses fertig gestellte Segment dar. In dieser Figur, wie überdies
in den 4 und den 6b und 6c,
ist das Rohr 20 etwas von den Ringen, der kapazitiven Last,
dem Ausgangsdraht der Last und dem Geflecht, falls vorhanden, getrennt
gezeichnet; diese Darstellung wurde gewünscht, um die Elemente, aus
denen der Leitungsstrang besteht, besser unterscheiden zu können, aber
natürlich
ist in Wirklichkeit das Rohr 20 perfekt an die Elemente,
die es ummantelt, angelegt.
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Die 6 behandeln
das Verfahren zur Herstellung eines Sendesegments nach 4a.
Diese Figuren können
an die Herstellung eines Segments nach den 4b bzw. 4c angepasst
sein, indem ein kürzerer
Dorn verwendet wird und indem kein Dorn verwendet wird; die Rolle
des Dorns besteht nämlich
in der Unterstützung
des Metallgeflechts, falls vorhanden, bei der Aufbringung von glasfaserverstärktem Kunststoff.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen oder vorher
erwähnten
Ausführungsbeispiele
beschränkt,
insbesondere können
verschiedene Montagemittel eingesetzt werden, um die Ringe mit Schrauben
für die
Montage der Sendesegmente Stoß an
Stoß aneinander
zu ersetzen: glatte Rohre, die ineinander gesteckt werden, Bajonettsysteme,
Zusammenbau durch Rastverbindung, ... oder auch können sogar
die Ringe beispielsweise durch Platten ersetzt sein, und die Verbindung
zwischen zwei aufeinander folgenden Segmenten kann erfolgen, indem
die Platten im Bereich der Verbindungsstelle aneinander gehängt und
durch Mittel von der Art Mutter-Schraube aneinander befestigt werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist insbesondere für Antennen für Mobilstationen
bestimmt, egal ob diese Stationen auf einem Fahrzeug montiert oder tragbar
sind.