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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kurzwellenantennen
mit Dipolgruppen und betrifft insbesondere das Problem ihres
Windwiderstandes. Dieses Problem stellt sich vor allem, jedoch
nicht ausschließlich bei Antennen mit drehbaren Wänden; deshalb
wird die Lösung für dieses Problem im folgenden bei solchen
Antennen untersucht. Die Anpassung der Lösung an feste Antennen,
etwa die Antennen, bei denen die Gruppe(n) von Dipolen zwischen
zwei festen, im allgemeinen vertikalen Masten gespannt ist
(sind), wird ebenfalls angegeben. In sämtlichen dieser Antennen
sind die Dipole derselben Gruppe im wesentlichen in derselben
Ebene angeordnet, so daß es möglich ist, nach Belieben von der
Gruppe oder von der Wand von Dipolen zu sprechen.
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Die Kurzwellenantennen mit Dipolgruppen sind Antennen, die eine
Höhe von mehreren zehn Metern und eine Spannweite von mehreren
zehn Metern besitzen; bestimmte von ihnen erreichen oder
überschreiten sogar eine Höhe von hundert Metern und eine
Spannweite von hundert Metern. Die bekannten Antennen weisen
rechtwinklige, vertikale Gruppen von in übereinanderliegenden Zeilen
und in Spalten regelmäßig verteilten Dipolen auf, wobei eine
Gruppe von Dipolen der Antenne im wesentlichen durch ein
Rechteck oder ein Quadrat gegeben ist. Zu dieser Gruppe gehört ein
Reflektor, der im allgemeinen aus parallelen Drähten gebildet
ist, wobei dieser Reflektor seinerseits ebenfalls im
wesentlichen durch ein Rechteck oder ein Quadrat, deren Abmessungen
deutlich größer als diejenigen der Gruppe sind, gegeben und
parallel zur Gruppe von Dipolen angeordnet ist. Bei gegebenen
Abmessungen einer Kurzwellenantenne ist es schwierig und daher
sehr teuer, eine gute Starrheit der Antenne zu gewährleisten;
wenn diese Starrheit nicht korrekt sichergestellt ist, ergibt
sich durch starke Winde eine große Modifikation ihrer
Anpassungscharakteristiken;
diese Modifikation kann bewirken, daß
der Sendevorgang gestört wird oder sogar beendet werden muß.
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Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, diese Nachteile zu
vermeiden oder wenigstens zu verringern.
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Dies wird insbesondere dadurch erzielt, daß den Dipolen in der
Wand eine vom Stand der Technik verschiedene, d. h. von einem
Rechteck oder einem Quadrat verschiedene Verteilung verliehen
wird.
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Gemäß der Erfindung wird eine Kurzwellenantenne vorgeschlagen,
die versehen ist mit einem vertikalen Reflektor und einer
vertikalen Wand für den Betrieb in einem gegebenen
Frequenzbereich, wobei die Wand aus strahlenden Dipolen gebildet ist, die
gruppenweise in n unterschiedlichen Höhen verteilt sind, wobei
n eine ganze Zahl von wenigstens gleich 2 ist, dadurch
gekennzeichnet, daß wegen des Windwiderstands die Anzahl der Dipole
der am höchsten liegenden Gruppe um wenigstens eine Einheit
kleiner als die der auf der niedrigsten Höhe befindlichen
Gruppe ist und daß zwischen zwei beliebigen Gruppen die höhere
Gruppe eine Anzahl von Dipolen hat, die höchstens gleich der
der niedrigeren Gruppe ist.
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Die vorliegende Erfindung wird besser verständlich und weitere
Merkmale werden deutlich mit Hilfe der folgenden Beschreibung
und der Figuren, auf die sie sich bezieht und die zeigen:
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- die Fig. 1 und 2 eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht
einer Antenne des Standes der Technik,
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- die Fig. 3 und 4 zwei Vorderansichten, die auf zwei
Antennen gemäß der Erfindung bezogen sind.
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In den verschiedenen Figuren sind die entsprechenden Elemente
mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Doppel-Drehantenne für Kurzwellen
mit einer Höhe von 82 Metern und einer Spannweite von 76
Metern, die eine Unterstützung und zwei eigentliche Antennen
enthält: eine Niederbereichsantenne, die in den Funkbändern von 6
bis 11 MHz arbeitet, und eine Hochbereichsantenne, die in den
Funkbändern von 11 bis 26 MHz arbeitet.
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Die Unterstützung enthält einen hohlen, gemauerten Sockel, der
einen Raum L bildet, in dem Sender und eine mechanische Einheit
mit einer Motorwelle angeordnet sind, die einen auf dem Dach
des Raums angeordneten Kranz C zu Drehungen antreibt. Dieser
Kranz ist mit dem unteren Ende eines vertikalen Masts M fest
verbunden, an dem vier horizontale Träger P1 bis P4 befestigt
sind, die in derselben vertikalen Ebene angeordnet sind;
vierzig kleine Träger, etwa b1 bis b4 und B1 bis B6, sind mit ihrem
ersten Ende mit einem der Träger fest verbunden. An den Enden
der Träger P1 bis P4 sind starre Stäbe, die Stützen bilden,
etwa T1 und T2, oder Abstandhalter, etwa T3, angebracht und im
wesentlichen in der Ebene dieser Träger angeordnet; die zwei
Abstandhalter wie etwa T3 ermöglichen dem Träger P2, den Träger
P1 zu unterstützen. Verankerungsseile, etwa H1 und H2,
verbinden schräg die Träger mit dem Mast. Der Mast enthält drei
Teile: einen zylindrischen, vertikalen Schacht mit
kreisförmigem Querschnitt M1, auf den ein vertikaler Träger aus
Gitterwerk M2 angebracht ist, auf dem seinerseits eine Baueinheit M3
angebracht ist, die aus zwei mit einem ihrer Enden
verschweißten Stäben gebildet ist, um einen spitzen Winkel mit nach oben
gewendeter Spitze zu bilden.
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Die Niederbereichsantenne ist eine Antenne des Typs HR 4/4/0,5,
d. h. sie enthält eine Wand von horizontalen Dipolen H mit
Reflektor R, mit vier Halbwellen-Faltdipolen pro Zeile und vier
pro Spalte in der Wand und mit einer Höhe der ersten Zeile von
Dipolen in bezug auf den Boden, die gleich der 0,5fachen
mittleren Betriebswellenlänge dieser Antenne ist. Die Dipolwand der
Niederbereichsantenne ist daher aus 16 Dipolen d1 bis d16
gebildet, die an den freien Enden von 16 der 40 kleinen Träger
befestigt sind, etwa den kleinen Trägern b1 bis b4; diese
Dipole sind in derselben vertikalen Ebene angeordnet, die zur
vertikalen Ebene der Träger P1 bis P4 parallel ist. Es ist
anzumerken, daß in Fig. 1 wie übrigens auch in den Fig. 3 und 4
die verschiedenen Dipole von vorn in ihrem starren Abschnitt in
dicken Linien und in ihrem Fadenabschnitt in parallelen dünnen
Linien dargestellt sind. Zwischen der vertikalen Ebene der
Dipole d1 bis d16 und der vertikalen Ebene der Träger oder
genauer in der Ebene der vorderen Flächen der Träger P1 bis P4
ist eine dritte vertikale Ebene angeordnet, die zu den zwei
ersten parallel ist, aus einem Gewebe von horizontalen Drähten
hergestellt ist und den Reflektor Rb der Niederbereichsantenne
bildet; die horizontalen Drähte dieses Reflektors werden durch
ein Umrandungsseil C1 gehalten, das durch den höchsten Punkt
des Masts M und durch die freien Enden der die Stützen wie etwa
T1 und T2 bildenden Stäbe verläuft; der Abstand zwischen den
horizontalen Drähten des Reflektors Rb wird mit Hilfe von
vertikalen Seilen wie etwa K1 aufrechterhalten, an denen die
horizontalen Drähte in regelmäßigen Abständen befestigt sind. Der
Reflektor Rb der Niederbereichsantenne ist in Fig. 1 nicht
vollständig gezeigt, damit die Hochbereichsantenne erkennbar
ist, die sich hinter ihm befindet, während er in Fig. 2
schematisch durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist, die seinen
Verlauf in der Ebene der Figur symbolisiert.
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Die Hochbereichsantenne ist eine Antenne des Typs HR 4/6/0,75,
d. h. sie enthält eine Wand von horizontalen Dipolen H mit
Reflektor R, mit vier Halbwellen-Faltdipolen pro Zeile und sechs
pro Spalte in der Wand und einer Höhe der ersten Dipolzeile in
bezug auf den Boden, die gleich der 0,75fachen mittleren
Betriebswellenlänge dieser Antenne ist. Die Dipolwand der
Hochbereichsantenne ist daher aus 24 Dipolen D1 bis D24 gebildet, die
an den freien Enden von 24 der 40 kleinen Träger, etwa den
kleinen Trägern B1 bis B6 gebildet sind; diese Dipole sind in
derselben vertikalen Ebene angeordnet, die zur vertikalen Ebene
der Träger P1 bis P4 parallel ist. Was den Reflektor Rh der
Hochbereichsantenne betrifft, so ist er aus einem vertikalen
Gewebe von horizontalen Drähten geschaffen, das in der Ebene
der hinteren Flächen der Träger P1 bis P4 zwischen dem
Reflektor Rb und der Dipolwand der Hochbereichsantenne angeordnet
ist; die horizontalen Drähte des Reflektors Rh werden durch den
oberen Träger P1 durch Umrandungsseile wie etwa C2 in einem
begrenzten Rahmen gehalten, wobei die Umrandungsseile an ihrem
unteren Ende durch zwei Stützen wie etwa T4 gehalten werden,
die mit einem ihrer Enden am unteren Träger P4 befestigt sind;
der Abstand zwischen den horizontalen Drähten des Reflektors Rh
wird mit Hilfe von vertikalen Seilen wie etwa K2
aufrechterhalten, an denen die horizontalen Drähte in regelmäßigen Abständen
befestigt sind. Wie der Reflektor Rb ist auch der Reflektor Rh
in Fig. 1 nicht vollständig dargestellt, damit die Dipolwand
der Hochbereichsantenne, die sich hinter ihm befindet, sichtbar
bleibt, während er in Fig. 2 schematisch durch eine
gestrichelte Linie dargestellt ist, die seinen Verlauf in der Ebene
der Figur symbolisiert.
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Aufgrund der geometrischen Abmessungen der Antenne gemäß den
Fig. 1 und 2 und daher der Oberflächen, die von den zwei
Dipolwänden und den zwei Reflektoren gebildet werden, erzeugt der
Wind in der Antennenstruktur große Kräfte, die zum Boden
übertragen werden müssen. Nun nimmt der Staudruck des Windes mit
der Höhe zu, d. h., daß die vorherrschenden Kräfte durch den
Wind in den oberen Partien der Antennenstruktur erzeugt werden
und die Wirkung noch durch die Tatsache verstärkt wird, daß der
Hebelarm in bezug auf den Boden offensichtlich in den oberen
Partien am längsten ist. Darüber hinaus erhöhen die oberen
Partien der Antenne die Oszillationsperioden der Struktur sehr
stark; je größer die Periode ist, desto mehr wird die
dynamische Wirkung des Windes verstärkt. Dies hat dazu geführt, an
eine Abwandlung der Antenne der Fig. 1 und 2 in ihren oberen
Partien zu denken.
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Die Fig. 3 und 4 sind zwei Ausführungsbeispiele von Antennen,
die durch Abwandlungen der oberen Partien der Antenne gemäß den
Fig. 1 und 2 erhalten werden. Diese Abwandlungen haben zu
deutlich
geringeren Kosten der Antenne geführt, insbesondere wegen
der Tatsache, daß der Mast M und der hohle Sockel L, die keinen
so großen Kräften unterliegen, weniger teuer herzustellen sind.
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Die Antenne gemäß Fig. 3 entspricht der Antenne gemäß den
Fig. 1 und 2, in der die Dipole d1 und d4 der
Niederbereichsantenne weggelassen sind, so daß
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- die Länge des oberen Trägers P1 um rund zwei Drittel
reduziert worden ist,
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- die zwei Abstandhalter wie etwa T3 durch zwei schräge kleine
Träger wie etwa J ersetzt worden sind, die sich auf dem Mast
abstützen und den Träger P1 unterstützen,
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- die Fläche des Niederbereichsreflektors Rb durch Weglassung
seiner oberen Ecken stark verkleinert worden ist, wobei die
Befestigung der Drähte dieses Reflektors auf die gleich Weise
sichergestellt bleibt, jedoch mit neuen Stützen wie etwa T5
bis T6 an den Enden der Träger P1 und P2,
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- die Fläche des Hochbereichsreflektors Rh wegen einer
Abwandlung in den zwei oberen Ecken seines Befestigungssystems
leicht verkleinert worden ist: Verlängerung der
Umrandungsseile wie etwa C2 nach oben wegen der Verringerung der Länge
des Trägers P1.
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Der Vergleich der Antenne gemäß Fig. 3 mit der Antenne gemäß
den Fig. 1 und 2 ergibt die folgenden Resultate:
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- keine Veränderung der Leistungen der Hochbereichsantenne,
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- Verringerung in der Größenordnung von 0,5 dB des Gewinns der
Niederbereichsantenne,
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- um 0,8 Grad angehobene Höhenpeilung für die
Niederbereichsantenne; dies kann dadurch verringert werden, daß an die
oberen Dipole mehr Leistung geliefert wird,
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- Verringerung des Gewichts um ungefähr 15 % des über dem
Sockel L befindlichen Teils der Antenne.
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Die Antenne gemäß Fig. 4 entspricht der Antenne gemäß den
Fig. 1 und 2, in der die Dipole d1, d4, d5, d8 der
Niederbereichsantenne sowie die Dipole D1, D4, D5, D8 der
Hochbereichsantenne weggelassen sind. Diese Weglassungen haben eine
Verringerung um rund zwei Drittel der Länge der Träger P1 und
P2 sowie eine Verringerung der Oberflächen der Reflektoren Rb
und Rh durch Weglassung ihrer oberen Ecken ermöglicht; es ist
außerdem anzumerken, daß diese Weglassung deutlich größer als
im Fall der Antenne gemäß Fig. 3 ist.
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Der Vergleich der Antenne gemäß Fig. 4 mit der Antenne gemäß
den Fig. 1 und 2 ergibt die folgenden Resultate:
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- Verringerung des Gewinns der Niederbereichsantenne um einen
Wert in der Größenordnung von 1 bis 1,5 dB je nach Frequenz,
wobei der Höhenwinkel um 1 bis 1,5 Grad je nach Frequenz
angehoben ist,
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- Verringerung des Gewinns der Hochbereichsantenne um 0,8 bis 1
dB je nach Frequenz, wobei ihr Höhenwinkel um 1 Grad
angehoben ist,
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außerdem ist anzumerken, daß auch hier die Veränderung des
Peilungswinkels dadurch reduziert werden kann, daß mehr Leistung
an die oberen Dipole geliefert wird, d. h. an die Dipole der
Zeilen, die weniger Dipole als die niedrigste Zeile der
betrachteten Gruppe enthalten.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen
Beispiele eingeschränkt, so daß sie auf sehr allgemeine Weise auf
feste oder drehende Kurzwellenantennen anwendbar ist, die
wenigstens eine vertikale Wand von auf verschiedenen Höhen in
Gruppen verteilten Dipolen enthalten, wobei auf höchster Höhe
weniger Dipole als auf niedrigster Höhe und zwischen zwei
beliebigen Höhen in der oberen Gruppe eine Anzahl von Dipolen
enthalten ist, die höchstens gleich derjenigen der unteren
Gruppe ist. Die Anzahl der Dipole in bestimmten Gruppen kann
übrigens ungeradzahlig und in den anderen geradzahlig sein,
wobei in diesem Fall, ohne daß dies notwendig wäre, die Symmetrie
der Wand beibehalten werden kann, indem die Dipole der
geradzahligen Gruppen in bezug auf die Dipole der ungeradzahligen
Gruppen versetzt werden, d. h., daß die Anordnung in Spalten
zwischen den Dipolen auf den verschiedenen Höhen nicht
beibehalten wird.
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Die Erfindung ist anhand von Halbwellen-Faltdipolen beschrieben
worden, sie findet jedoch ebenfalls auf den Fall Anwendung, in
dem die Dipole andere Typen sind, und insbesondere auf den
Fall, in dem die Dipole beispielsweise Ganzwellendipole sind.