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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Antennen
mit einem drehbaren Träger, auf dem mindestens ein vertikales
Netz von strahlenden Dipolen und mindestens ein aus Drähten
gebildeter vertikaler Reflektor montiert sind.
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Solche Antennen sind bekannt und werden im
Wellenlängenbereich um 10 Meter eingesetzt. Im Fall von zwei Dipol-
Feldern besitzen diese Antennen meist nur eine
Versorgungsleitung, die im allgemeinen durch den Träger verläuft und mit
Hilfe einer Schalteinheit eines oder das andere Feld speist.
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Der azimutale Zielwinkel der bekannten Antennen ist
auf einfache Weise durch Drehung des Trägers in irgendeine
Richtung einstellbar. Der Zielwinkel in Elevationsrichtung und
die Antennenkonfiguration können mittels Schaltvorrichtungen
regelbar sein, die wahlweise alle Dipole eines Dipol-Felds
oder nur einen Teil davon anschließen.
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In diesen bekannten Antennen werden die Dipolfelder
von drahtförmigen Dipolen mit einer Länge entsprechend der
ganzen Wellenlänge aus Leiterdrähten gebildet, die zwischen
Tragstützen durch Anordnungen von Kabeln, Isolatoren,
Gegengewichten und Rollen gehalten werden. Die Dipole sind also in
einer vertikalen Ebene zwischen Tragstützen ähnlich wie ein
gespannter Vorhang angeordnet. Eine solche Antenne wird
beispielsweise in der Patentanmeldung EP-A-0 002 233 beschrieben.
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Dieser Vorhang, der die Dipole eines Feldes aufweist,
erfordert mehr Platz als die Gesamtabmessungen aller Dipole
des Feldes. Unter der Wirkung des Windes verformt sich der
Vorhang und erzeugt insbesondere Veränderungen der
Eingangsimpedanz der Antenne und mechanische Probleme. Daher kommt es,
daß die bekannten drehbaren Antennen bereits bei
Windgeschwindigkeiten nicht mehr verwendbar sind, die deutlich unter der
maximalen Windgeschwindigkeit liegen, für die die Stabilität
der Antenne gewährleistet ist. Dieser Vorhang, der der
Positionierung der Dipole dient, besitzt weitere Nachteile: Er
wird stark durch Lasten in Anspruch genommen, die von
Reifablagerungen gebildet werden. Dies erschwert die Maßnahmen des
Hissens oder Einziehens der drehbaren Antenne sowie die
Interventionen im Vorhang.
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Die Reflektorvorhänge der bekannten drehbaren Antennen
bestehen im allgemeinen aus einer einzigen Schicht von
waagrechten Drähten und Zugseilen, und diese Schicht wird nur oben
und unten gehalten. Auch hier führen die klimatischen
Bedingungen zu Verformungen, die den Betrieb der Antenne stören
können.
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Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu
beseitigen oder zumindest zu verringern. Dies wird insbesondere durch
eine unterschiedliche Wahl der verwendeten Dipol-Typen und
durch eine unterschiedliche Anordnung dieser Dipole erreicht.
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Erfindungsgemäß wird eine drehbare Dipol-Antenne für
Wellen im 10 Meter Band vorgeschlagen, mit einem drehbaren
Träger, der eine von einem vertikalen zentralen Mast und von
am Mast mit einem ihrer Enden befestigten seitlichen Stützen
gebildete Metallstruktur enthält, wobei jede Stütze waagrecht
mit Hilfe einer Abspannung gehalten wird, deren oberes Ende am
Mast befestigt ist, mit n Feldern von am Träger gehaltenen
Dipolen (n ist eine positive ganze Zahl) und mit höchstens n
vertikalen Reflektorebenen, die aus waagrechten Drähten
bestehen und je mindesten einem der n Felder zugeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dipole starre λ/2-Dipole sind,
und daß die Dipole unmittelbar auf der Struktur befestigt
sind.
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Es sei bemerkt, daß das Patent US-A-2 577 469 eine
ortsfeste Antenne beschreibt, die im Meter-Band arbeitet und
starre, mit waagrechten Stäben fest verbundene Dipole enthält,
wobei die Stäbe in einem rechteckigen, senkrechten starren
Rahmen gehalten werden und dieser Rahmen auf einem Art
senkrechten Mast befestigt ist. Unabhängig von der Tatsache, daß
es sich hier nicht um eine drehbare Antenne handelt, kann die
Übertragung dieser Antenne auf eine Antenne im 10-Meter-Band
nicht durch einfache proportionale Vergrößerung erreicht
werden, da dies zu einem enormen Gewicht führen würde,
insbesondere aufgrund des Vorhandenseins des Rahmens. Selbst wenn aber
eine solche Antenne gebaut wäre und vorausgesetzt, daß sie
nicht vor ihrer endgültigen Montage zusammenstürzt, würde ihr
Rahmen sich leicht verformen, und beim ersten etwas
kräftigeren Windstoß ergäbe sich eine irreversible Verformung und ein
Absturz der Antenne.
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Die Erfindung und weitere Merkmale gehen aus der
nachfolgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen
hervor.
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Figur 1 zeigt teilweise van vorne eine
erfindungsgemäße drehbare Antenne.
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Figur 2 zeigt von der Seite die Antenne gemäß Figur 1.
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Figur 3 zeigt genauer einen Ausschnitt aus der
drehbaren Antenne gemäß den Figuren 1 und 2.
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In den verschiedenen Figuren tragen einander
entsprechende Elemente gleiche Bezugszeichen.
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Die nachfolgend beschriebene drehbare Antenne enthält
zwei Felder von λ/2-Dipolen, d.h. von aus zwei λ/4-Zweigen
gebildeten Dipolen, und eine Gruppe von Schaltern, um eines
der beiden Felder an die Antennenspeisung anzuschließen. Je
nach dem angeschlossenen Feld ist die Antenne eine Antenne im
unteren Frequenzbereich (4/4/0,5 bis 6/7/9/11 MHz) oder im
oberen Bereich (4/4/0,75-13/15/17/21/26 MHz). Es sei daran
erinnert, daß gemäß der internationalen Definition
elektrischer Antennen beispielsweise die Bezeichnung 4/4/0,5-6/7/9/11
MHz einer Antenne entspricht, die in den Frequenzbändern 6, 7,
9 und 11 MHz arbeiten soll (was etwa eine halbe Wellenlänge
von 18 Meter bei der mittleren Betriebsfrequenz von 7,7 MHz
ergibt) und die vier Gruppen von vier übereinander liegenden
λ/2-Dipolen besitzt, wobei der Abstand zwischen zwei Gruppen
der halben Wellenlänge bei der Mittenfrequenz gleicht und die
unterste Gruppe einen Bodenabstand von 0,5 mal diese
Wellenlänge besitzt.
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Die drehbare Antenne, die in den Figuren 1 und 2
dargestellt ist, enthält einen zentralen Mast 1 mit einem Sockel
10. Der Mast endet 81 Meter über dem Boden. In der Figur 1
wurde nur der links vom Mast 1 liegende Teil der Antenne aus
Gründen des Raumbedarfs der Zeichnung dargestellt,
insbesondere um rechts vom Mast gewisse Elemente der Antenne andeuten zu
können.
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Zu beiden Seiten des Mastes sind in der Ebene der
Figur 1 und senkrecht zur Ebene der Figur 2 waagrechte Stützen
P1-P8, Q3-Q8 jeweils paarweise angeordnet. An einem ihrer
Enden sind diese Stützen um eine waagrechte Achse wie zum
Beispiel A gelenkig am Mast 1 befestigt. Außerdem sind sie
durch Abspannungen wie z.B. H am Mast 1 abgespannt. Die
Stützen P1-P8 betreffen das Feld von λ/2-Dipolen der Antenne im
unteren Frequenzbereich, deren Höhe über dem Boden 72, 54, 36
und 18 Meter für die Stützen P1-P2 bzw. P3-P4 bzw. P5-P6 bzw.
P7-P8 beträgt. Es sei bemerkt, daß die Stützen P5-P6 auch das
Feld der λ/2-Dipole der Antenne des oberen Frequenzbereichs
betreffen und daß die Stützen P5-P6, Q3-Q4, Q5-Q6 und Q7-Q8
betreffend die Antenne des oberen Frequenzbereichs 36 bzw. 28
bzw. 20 bzw. 12 Meter oberhalb des Bodens liegen.
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An jeder der Stützen P1-P8, Q3-Q8 sind zwei starre
λ/2-Dipole, wie z.B. die Dipole D und P der Antenne des
unteren und/oder oberen Frequenzbereichs befestigt, die von der
Stütze betroffen sind. Der Abstand zwischen den vier Dipolen
eines Felds, die auf einem gemeinsamen Paar von Stützen
liegen, ist gleich der halben Wellenlänge bei der mittleren
Betriebsfrequenz der betrachteten Antenne, d.h. er beträgt 18
Meter für die Antenne im unteren Frequenzbereich und 8 Meter
für die Antenne im oberen Frequenzbereich. Außerdem liegen
diese vier Dipole symmetrisch bezüglich des Masts 1.
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Wie man aus der Vorderansicht in Figur 1 und der
Seitenansicht in Figur 2 erkennt, liegen die λ/2-Dipole an einem
der Enden eines waagrechten Metallarms, wie z.B. des Arms Bd
für den Dipol D und des Arms Be für den Dipol E. Das andere
Ende des Arms ist mit der Stütze verbunden, wie z.B. der Arm
Bd mit der Stütze P7 und der Arm Be mit der Stütze Q5. Die
Länge der Metallarme wurde etwas größer als die
Viertelwellenlänge bei der mittleren Arbeitsfrequenz des von dem
betrachteten Arm getragen Dipols gewählt.
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Die drehbare Antenne gemäß den Figuren 1 und 2 enthält
weiter zwei Reflektorebenen, Rb, Rh aus waagrechten Drähten,
von denen nur ein Teil in Figur 1 dargestellt wurde. In Figur
2 wurden die Ebenen Rb und Rh durch zwei gestrichelte Linien
angedeutet, die der Lage dieser Reflektorebenen in der Ebene
der Figur entsprechen. Die Drähte dieser Reflektorebenen sind
mit einem ihrer Enden am Mast 1 befestigt. Zwischen den
Stützen P1, P2 und P7, P8 einerseits und P3, P4 und Q7, Q8
andererseits sind die Drähte der Reflektorebenen mit ihrem anderen
Ende an einem seitlichen Zugseil befestigt, d.h. an einem
seitlichen Seil wie z.B. den Seilen K2 und L1. Dieses Seil ist
mit den Enden mehrerer Stützen gekoppelt; so ist z.B. das Seil
K2 am Ende der Stütze P1 befestigt, gleitet in einer in den
Enden der Stützen P3, P5, P7 vorgesehenen Öffnung und wird
durch ein Gewicht Kp gespannt. Dementsprechend ist das Seil L1
mit den Stützen P3, P5, Q3, Q5, Q7 gekoppelt. Im wesentlichen
parallel zu diesen Seilen vervollständigen senkrechte leitende
Kabel wie z.B. K4, die genauso wie die Seile montiert sind,
die Mittel zum Halten der Drähte der Reflektorebene. Zu beiden
Seiten der Stützen der Antenne des unteren Frequenzbereichs
und unterhalb der Stützen der Antenne des oberen
Frequenzbereichs sind die Drähte der Reflektorebenen mit ihrem dem Mast
abgewandten Ende an einem Seil befestigt, wie z.B. den Seilen
K1, K3, L2, das am Mast gehalten wird und mit seinem dem Mast
abgewandten Ende am Ende einer Stütze verankert ist, wie z.B.
der Stütze P7 für das Seil K3. Abstandshalter aus vertikalen
Metallstäben, wie z.B. der Stab K5, der dem Seil K3 zugeordnet
ist, und der Stab L3, der dem Seil L2 zugeordnet ist, sichern
den Abstand des Kabels von der zugeordneten Stütze. Diese Art
der Ausbildung der Reflektorebenen unterscheidet sich von der
üblichen Art dadurch, daß die Schicht von Drähten nicht nur
mit ihren oberen und unteren Enden sondern auch in
Zwischenhöhen aufgrund der Stützen wie z.B. P3 und P5 fixiert ist, wie
dies aus Figur 1 klar wird.
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In den Figuren 1 und 2 sind weiter Haltestäbe, wie
z.B. die Stäbe Md und Ne, zu sehen, die senkrechte übliche
Träger sind und das System von Zweidrahtleitungen halten kann,
das die Speisung der Dipole gewährleisten soll.
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In Figur 2 sind weiter zwei Schaltvorrichtungen C1, C2
zu sehen, die auf dem Mast 1 montiert sind und die die
Versorgung der λ/2-Dipole der Antenne des unteren
Frequenzbereichs und der Antenne des oberen Frequenzbereichs steuern
sollen, wobei diese Versorgung durch eine in den Figuren nicht
sichtbare Leitung erfolgt, die in dem Mast 1 verläuft.
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Figur 3 zeigt deutlicher als Figur 2 einen Bereich in
Höhe der Stützen Q5, P7. In dieser Figur wurde die
geometrische Achse des Masts strichpunktiert angedeutet, und die
Reflektorvorhänge Rb und Rh wurden gestrichelt angedeutet.
Außerdem sieht man in dieser Figur:
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- die Arme Bd, Be,
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- die Stäbe Md, Ne,
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- Leitern S, S' und T, die entlang der Stütze P7 bzw.
des Arms Bd bzw. der Stütze Q5 verlaufen und einem Techniker
dem Zugang zur Antenne erlauben,
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- Geländer U und V, die der Sicherheit des an der
Antenne arbeitenden Technikers dienen,
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- Zweidrahtleitungen, wie z.B. Jd und Je, die durch
Isolatoren an den senkrechten Streben der Geländer befestigt
sind.
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Zum Vergleich werden nachfolgend Antennenmerkmale
aufgeführt, von denen die ersten der oben beschriebenen
drehbaren Antenne mit starren λ/2 Dipolen und die zweiten einer
klassischen drehbaren Antenne mit Ganzwellen-Drahtdipolen
entsprechen, wobei in beiden Fällen eine Umschaltung zwischen
einer Antenne 4/4/0,5 - 6/7/9/11 MHz und einer Antenne
4/4/0,75 - 13/14/17/21/26 MHz erfolgen soll:
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- größte Windgeschwindigkeit in Längsrichtung (im Sinn
der französischen Regeln "neige et vent" von Juni 1980) in
einer Höhe von 10 Meter über dem Boden: 184 km/h für die
beiden drehbaren Antennen;
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- größte Windgeschwindigkeit in 10 Meter Höhe über dem
Boden, bei der die Antenne betrieben werden kann: 100 km/h
gegenüber 80 km/h mit der klassischen Antenne,
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- größte Windgeschwindigkeit in einer Höhe von 80
Meter über dem Boden, bei der die Antenne noch betrieben
werden kann: 131 km/h anstelle von 105 km/h;
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- Gesamtgewicht der drehbaren Antenne: 2000 kN, 1800
kN,
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- Kippmoment: 35000 kNm, 50000 kNm;
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- Raumbedarf (Breite mal Höhe in Metern), 74 x 81, 76
x 88;
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- Abstrahlungsbreite (bezogen auf die mittlere
Arbeitswellenlänge): 1,96, 1,55;
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- Gewinn in Decibel: (G+1)dB, GdB, also ein Verhältnis
vom 1,26;
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- Querverformung unter Einwirkung eines Winds von 80
km/H in einer Höhe von 10 Meter über den Boden: Nicht
wahrnehmbar für die starren Dipole und vernachlässigbar für die
Reflektorvorhänge, während in der klassischen Antenne die
Drahtdipole erheblichen Verformungen und Verschiebungen
unterworfen sind und die Verformungen der Vorhänge mehrere Meter
erreichen
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das
beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist die Erfindung auch
anwendbar, wenn die drehbare Antenne keine doppelte Antenne,
sondern eine einfache Antenne ist, d.h. nur ein einziges Feld
von starren λ/2-Dipolen besitzt. Außerdem ist die Erfindung
auch anwendbar, wenn die drehbare Antenne drei oder mehr
Dipolfelder besitzt, die beispielsweise in Fall von drei Feldern
um einen Träger mit einem waagrechten Querschnitt in Form
eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind, von denen jede
Seite einem Feld von starren Dipolen und einem Reflektor
zugeordnet ist, wobei in diesem Fall aber die Felder nicht mehr
von waagrechten mit dem zentralen Mast mechanisch gekoppelten
Stützen getragen werden. Es ist auch möglich, im Rahmen der
Erfindung drehbare Antennen zu realisieren, die keine
Schaltvorrichtungen für die starren Dipole besitzen. Wenn solche
Vorrichtungen existieren, können sie anders als im
beschriebenen Beispiel angeordnet sein, beispielsweise am Mastfuß.
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Es sei bemerkt, daß es möglich ist, eine drehbare
Antenne mit zwei Feldern von starren λ/2-Dipolen zu
realisieren, die nur einen Reflektorvorhang besitzen. In Fall des
beschriebenen Beispiel bedeutet dies, daß nur der Vorhang Rb
vorhanden ist, der dann aber eine größere Anzahl von
Leiterdrähten dort besäße, wo er als Reflektor für die Dipole des
oberen Frequenzbereichs dient. Es sei weiter bemerkt, daß ein
interessanter Fall der wäre, bei dem die drehbare Antenne
einen zentralen Mast und eine ungerade Anzahl von Dipolen je
waagrechter Dipol-Zeile besitzt. In diesem Fall wäre nämlich
der mittlere Dipol der Zeile nicht auf einer der Stützen,
sondern unmittelbar auf dem zentralen Mast befestigt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere
drehbare Antennen, die im Wellenlängenbereich von 10 Metern senden
sollen.