DE69011425T2 - Drehbare Kurzwellen-Dipolantenne. - Google Patents

Drehbare Kurzwellen-Dipolantenne.

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DE69011425T2
DE69011425T2 DE69011425T DE69011425T DE69011425T2 DE 69011425 T2 DE69011425 T2 DE 69011425T2 DE 69011425 T DE69011425 T DE 69011425T DE 69011425 T DE69011425 T DE 69011425T DE 69011425 T2 DE69011425 T2 DE 69011425T2
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/062Two dimensional planar arrays using dipole aerials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/02Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical movement of antenna or antenna system as a whole
    • H01Q3/04Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical movement of antenna or antenna system as a whole for varying one co-ordinate of the orientation

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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung und weitere Merkmale gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen hervor.
  • Figur 1 zeigt teilweise van vorne eine erfindungsgemäße drehbare Antenne.
  • Figur 2 zeigt von der Seite die Antenne gemäß Figur 1.
  • Figur 3 zeigt genauer einen Ausschnitt aus der drehbaren Antenne gemäß den Figuren 1 und 2.
  • In den verschiedenen Figuren tragen einander entsprechende Elemente gleiche Bezugszeichen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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:
  • - die Arme Bd, Be,
  • - die Stäbe Md, Ne,
  • - 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,
  • - Geländer U und V, die der Sicherheit des an der Antenne arbeitenden Technikers dienen,
  • - Zweidrahtleitungen, wie z.B. Jd und Je, die durch Isolatoren an den senkrechten Streben der Geländer befestigt sind.
  • 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:
  • - 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;
  • - 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,
  • - 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;
  • - Gesamtgewicht der drehbaren Antenne: 2000 kN, 1800 kN,
  • - Kippmoment: 35000 kNm, 50000 kNm;
  • - Raumbedarf (Breite mal Höhe in Metern), 74 x 81, 76 x 88;
  • - Abstrahlungsbreite (bezogen auf die mittlere Arbeitswellenlänge): 1,96, 1,55;
  • - Gewinn in Decibel: (G+1)dB, GdB, also ein Verhältnis vom 1,26;
  • - 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
  • 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.
  • 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.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere drehbare Antennen, die im Wellenlängenbereich von 10 Metern senden sollen.

Claims (5)

1. Drehbare Dipol-Antenne für Wellenlängen um 10 Meter mit einem drehbaren Träger, der eine von einem vertikalen zentralen Mast (1) und von am Mast mit einem ihrer Enden befestigten seitlichen Stützen P1-P8, Q3-Q8 gebildete Metallstruktur besitzt, wobei jede Stütze waagrecht mit Hilfe einer Abspannung (H) 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 (Rb, Rh), die aus waagrechten Drähten bestehen und je mindesten einem der n Felder zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Dipole (D, E) starre λ/2-Dipole sind und daß die Dipole unmittelbar auf der Struktur (1, P1-P8, Q3-Q8, Bd, Be) befestigt sind.
2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur im wesentlichen waagrechte Metallarme (Bd, Be) aufweist, die zu den Stützen senkrecht verlaufen, und daß diese Arme mit einem ihrer Enden an einer der Stützen befestigt sind und mit ihrem anderen Ende je einen der Dipole (D, E) tragen.
3. Antenne nach Anspruch 2, bei der mindestens eines der Dipolfelder waagrechte Dipolzeilen mit einer ungeraden Anzahl von Dipolen je Zeile besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß in diesen Zeilen mit ungerader Anzahl von Dipolen der mittlere Dipol der Zeile am Mast (1) montiert ist.
4. Antenne nach einem beliebigen der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützen (P1-P8, Q3-Q8) mit einem ihrer Enden um eine mit dem Mast (1) fest verbundene waagrechte Achse (A) schwenkbar montiert sind.
5. Antenne nach einem beliebigen der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ebenen Reflektoren (Rb, Rh) mechanisch mit den Enden mindestens eines Teils der Stützen (P1-P8, Q3-Q8) gekoppelt sind.
DE69011425T 1989-06-13 1990-06-08 Drehbare Kurzwellen-Dipolantenne. Expired - Lifetime DE69011425T2 (de)

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