DE959377C - Antennenanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine mit stehenden Wellen erregte Antennenanordnung und betrifft Maßnahmen, um eine solche Antennenanordnuing gegen Witterungseinflüsse zu schützen.
Es ist bekannt, daß der am Fußpunkt einer Antenne vorhandene Eingangs-Scheinwiderstand sich in wesentlichem Ausmaß ändern kann, wenn die Oberfläche des Antennenleiters mit einer Eisschicht oder mit einer Wasserhaut bedeckt ist. Der

ίο beim normalen Betrieb vorhandene Anpassungszustand wird unter diesen Umständen wesentlich verschlechtert, so daß das Verhältnis der stehenden Welle zur fortschreitenden Welle auf dem Speisekabel vergrößert und damit die Kabelbeanspruchung in unerwünschter Weise erhöht wird.

Infolge der nicht mehr optimalen Widerstandsanpassung kann auch die durch die Antenne abgestrahlte Leistung durch derartige Erscheinungen verringert werden. Besonders bei Fernsehsendeeinrichtungen müssen solche Anpassungsfehler sorgfältig vermieden werden, weil die damit verbundenen Reflexionserscheinungen zu Laufzeitunterschieden führen, welche bei der Bildwiedergabe Störungen hervorrufen.

Um Eis- und Wasserschichten auf den Strahlern schnell zum Verschwinden zu bringen, ist es bereits bekannt, innerhalb der Strahler Heizvorrichtungen anzubringen oder die rohrförmig ausgebildeten Strahler von warmer Luft durchströmen zu lassen. Es hat sich herausgestellt, daß solche Mittel

nicht immer befriedigend arbeiten. Während des Abtauens einer Eisschicht verschlechtert die dann entstehende Wasserschicht sogar noch den bereits gestörten Anpassungszustand, da die Dielektrizitätskonstante von Wasser bekanntlich sehr groß und auch bedeutend größer als diejenige des Eises ist.

Es ist auch eine Anordnung bekannt, bei welcher die im Spannungsknoten mechanisch starr gehalterten Strahler von einer dielektrischen Hülle umgeben sind, welche von der Oberfläche der Strahler einen Abstand hat, der ungefähr dem Durchmesser der Strahler entspricht. Mit dieser Anordnung wurde der Zweck verfolgt, die störende Wasserhaut aus dem Bereich großer Feldstärke in der Nähe der Strahleroberfläche in eine solche Entfernung zu verlegen, daß mit Rücksicht auf die an dieser Stelle bereits abgesunkene Feldstärke keine wesentliche Verstimmung bzw. Widerstandsändeao rung der Antenne bewirkt wird. Bei der bekannten Anordnung bestand jedoch noch eine Schwierigkeit darin, die den Strahler umgebende dielektrische Hülle in dem geeigneten Abstand von der Strahleroberfläche zu halten. Auch wurde nicht berücksichtigt, daß der Einfluß der verschiedenen Oberflächenelemente des Strahlers je nach der dort vorhandenen Spannung auf die Widerstandsänderung der Antenne bei Belegung mit einer Eisschicht oder Wasserhaut sehr verschieden ist. Entsprechend der Erfindung werden diese Verschiedenheiten berücksichtigt, so· daß eine weiter verringerte Empfindlichkeit der Antennenanordnung gegenüber Witterungseinflüssen erzielt wird, wobei die entsprechend der Erfindung angewendeten Strahler- und Hüllenformen eine konstruktiv einfache Halterung beider Teile ermöglichen. Erfindungsgemäß ist bei einer mit stehenden Wellen erregten Antennenanordnung mit einer in einem Abstand von der Oberfläche des Antennenleiters angebrachten dielektrischen Hülle zur Verminderung des Einflusses einer Eis- und/ oder Wasserschicht der Abstand der äußeren Oberfläche der'Hülle von der äußeren Oberfläche des Antennenleiters entsprechend der räumlichen Spannungsverteilung auf dem Leiter derartig unterschiedlich' gewählt, daß er an einem Punkte mit größerer Spannung gegen die Umgebung größer ist als an einem Punkte mit kleinerer Spannung. Besonders kann die Hülle in der Nähe eines Spannungsknotens an der Oberfläche des Antennenleiters unmittelbar oder gegebenenfalls über ein Zwischenglied befestigt sein, und vorzugsweise an dieser anliegen.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform einer Antennenanordnung nach der Erfindung weist einen Antennenleiter auf, dessen Ouerabmessung an einer Stelle geringerer Spannung gegen die Umgebung größer ist als an einer Stelle größerer Spannung. Derartige oder ähnliche Strahlerformen besitzen besonders günstige Breitbandeigenschaften; aus diesem Grunde ist die Erfindung besonders auf die Umhüllung von Breitbandstrahlern mit Vorteil anwendbar. Wenn beispielsweise der Antennenleiter in Annäherung einen Rotationskörper mit nach einem Ende hin abnehmendem Durchmesser, beispielsweise einen Kegelstumpf, bildet, so kann die Hülle wenigstens annähernd gleichbleibende Querabmessungen bzw. gleichbleibenden Durchmesser aufweisen und in der Nähe der Basis des Kegelstumpfes, wo sich der Spannungsknoten befindet, an der Strahleroberfläche anliegen.

In den Zeichnungen sind in Abb. ι a und 1 b Anordnungen eines Strahlers und einer Hülle entsprechend der Erfindung dargestellt. In Abb. 1 a ist ι ein linearer Strahler mit etwa kreisförmigem Querschnitt, der an seinem unteren Ende geerdet ist. An dem geerdeten Ende befindet sich ein Spannungsknoten, während das freie Ende einen Spannungsbauch aufweist. Dementsprechend ist die dielektrische Hülle 3, welche beispielsweise aus Polyvinylchlorid bestehen kann, derart konisch ausgebildet, daß sie an der Stelle des Spannungsknotens an der Strahleroberfläche unmittelbar anliegt. In dem Maße, wie die auf dem Strahler stehende Spannung gegen die Umgebung mit der Annäherung an sein freies Ende zunimmt, nimmt auch der Hülleridurchmesser zu und erreicht beim Spannungsbauch sein Maximum. Die Hülle ist durch eine etwa kugelförmige Kappe nach oben abgeschlossen.

Wie in Abb. 1 a mit unterbrochenen Linien angedeutet ist, läßt sich die Erfindung in entsprechender Weise auch auf symmetrische Strahler anwenden. Der zu 1 symmetrische Strahlerteil 2 kann als das Spiegelbild zu 1 bezüglich der Erdoberfläche angesehen werden. Der Teil 2 ist im Falle gs der symmetrischen Ausbildung des Strahlers ebenfalls von einer Hülle 4 umgeben, welche spiegelbildlich zu der Hülle 3 angeordnet ist.

Abb. ι b zeigt eine konische Strahlerform in Verbindung mit einer im wesentlichen zylindrischen Hülle. Der Strahler 1 steht mit seiner Basisfiäche auf der Erdoberfläche und weist in seiner Basisfläche einen Spannungsknoten auf. Die zylindrische Hülle liegt in der Nähe der Basisfläche an der Strahleroberfläche unmittelbar an. Auch diese An-Ordnung kann, wie mit unterbrochenen Linien angedeutet ist, durch Hinzufügung des Strahlers 2 und der Hülle 4 symmetrisch ausgebildet werden. Abb. 2 zeigt die Anwendung der Erfindung auf einen Ganzwellendipol mit den Strahlerteilen 1 no und 2, welche einen von dem mit der Zuleitung verbundenen Ende aus zunächst ansteigenden und darauf bis zum freien Ende wieder abnehmenden Durchmesser aufweisen. Derartige doppelt konische Strahlerformen haben sich als besonders günstig für die Lösung von Breitbandaufgabeu erwiesen. Beide Strahler sind in der Nähe des Spannungsknotens durch je eine metallische Stütze 7 bzw. 8 an dem Tragelement 9 befestigt. Dieses Tragelement kann auch die Fläche eines Reflektors bilden. Die Speisung der Strahler erfolgt über die symmetrische Leitung 10, 11. Die äußeren Strahlerenden sind — in ähnlicherWeise wie in Abb. 1 b — von den Hüllen 3 bzw. 4 umgeben. Die beiden einander benachbarten Strahlerenden sind durch die zylindrische Hülle 5 abgedeckt, an der das Rohr 6

befestigt ist, welches die Leiter io und ii der Speiseleitung umgibt. Die dargestellte Konstruktion wird dadurch besonders einfach, weil die kappenförmigen und rohrförmigen Hüllenteile 3, 4 und 5 in der Gegend der Spannungsknoten unmittelbar an der Strahleroberfläche anliegen können, ohne daß es dadurch zu Störungen bei Eisoder Wasserbedeckung der Hülle kommt. Die Oberflächenelemente der Strahler, welche wesentliehe Spannungen gegenüber der Umgebung aufweisen, werden jedoch durch den entsprechend der Spannung zunehmenden Hüllenabstand gegen den Einfluß der Eis- bzw. Wasserhaut hinreichend geschützt.

Abb. 3 zeigt die Konstruktion eines Ganzwellendipols, dessen Strahlerteile 1 und 2 ähnlich geformt sind wie diejenigen der Abb. 2. Auch die Speisung über eine symmetrische Leitung entspricht der Anordnung nach Abb. 2. Der Unterschied besteht jedoch darin, daß in Abb. 3 die zylindrische Hülle 12 als tragendes Element der Anordnung dient. Zu diesem Zweck ist sie mit dem Verbindungsrohr 15 fest verschweißt. Die als leichte dünnwandige Hohlkörper oder auch in der Gestalt von Drahtreusen ausgebildeten Strahlerteile ι und 2 liegen mit je einer ungefähr an der Stelle des Spannungsknotens befindlichen Zylinderfläche an der Innenwand der Hülle 12 an und werden auf diese Weise von ihr getragen. Die Hülle 12 ist nach beiden Seiten durch angesetzte Kappen 13 bzw. 14 abgeschlossen. Abb. 3 deutet an, wie unter Verwendung des Hüllenkörpers als tragendes Bauelement mehrere Ganzwellendipol zu einer Richtstrahleranordnung zusammengesetzt werden können. Zu diesem Zweck ist der Rohrteil 15 des oberen Ganzwellendipols nach unten in Form des Rohrteiles 15' verlängert. Der Rohrteil 15' trägt die Hülle 12' des unteren Ganzwellendipols in der gleichen Weise, wie dies für den oberen Ganzwellendipol beschrieben wurde. In der Symmetrieebene ist an dem Rohrstück 15, 15' ein weiterer, senkrecht zur Zeichnungsebene stehender Rohrteil angeschweißt, an dem beide in dieser Weise vereinigten Ganzwellendipol getragen werden. Durch diesen letzteren Rohrteil sind auch die beiden Leiter der gemeinsamen symmetrischen Speiseleitung hindurchgeführt.

Abb. 4 zeigt eine besonders vorteilhafte Konstruktion eines geknickten Ganzwellendipols entsprechend der Erfindung. Die Strahlerteile 1 und 2 weisen nur an den einander benachbarten Stücken konische Formen auf. Die äußeren Teile beiderseits der Spannungsknoten sind dagegen zylindrisch geformt. Da es sich ergeben hat, daß es zur Vermeidung einer Verstimmung durch eine Wasserhaut besonders darauf ankommt, die Oberflächen der einander benachbarten Strahlerteile in der Nähe des Speisepunktes zu schützen, sind lediglich die Teile zwischen den beiden Spannungsknoten durch die zylindrische Hülle 16 abgedeckt. Diese Hülle weist zwischen ihren Verbindungen mit den Strahlerteilen 1 und 2 an den Stellen der Spannungsknoten ungefähr die Länge einer halben Wellenlänge auf. In den Spannungsknoten greifen die metallischen Stützen 17 und 18 an, welche an ihren unteren Enden durch einen Querstab miteinander verbunden sind. Mit Hilfe dieser rahmenartigen Konstruktion ist es leicht möglich, den Ganzwellendipol an einem Traggerüst zu befestigen. Im Gegensatz zu den vorher beschriebenen Anordnungen ist die Speiseleitung des Ganzwellendipols gemäß Abb. 4 als erdunsymmetrische· Leitung ausgebildet. Die Koaxialleitung 19 ist durch die rohrförmige Stütze 17 und den Innenraum des Strahlers ι hindurchgeführt. Der Außenleiter ist am inneren Ende des Strahlers 1 mit diesem verbunden, während der Innenleiter zum gegenüberliegenden Ende des Strahlers 2 hinübergeführt ist.

Wenn besonders hohe Breitbandanforderungen gestellt werden, hat es sich als besonders günstig erwiesen, die Strahlerteile aus je einem mit dem Speisepunkt in Verbindung stehenden Kegelstumpf und einem das freie Ende bildenden Kegelstumpf zusammenzusetzen, deren Basisflächen gemeinsam sind und von denen vorzugsweise der äußere Kegelstumpf einen kleineren Winkel seiner Erzeugenden mit der Kegelachse aufweist. Diese Strahlerform si sind besonders in Abb. 3 der Zeichnung dargestellt.

Claims (11)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Mit stehenden Wellen erregte Antennenanordnung mit einer in einem Abstand von der Oberfläche des Antennenleiters angebrachten dielektrischen Hülle zur Verminderung des Einflusses einer Eis- und/oder Wasserschicht, dadurch gekennzeichnet, daß der" Abstand der äußeren Oberfläche der Hülle (3) von der äußeren Oberfläche des Antennenleiters (1) entsprechend der räumlichen Spannungsverteilung auf dem Leiter derartig unterschiedlich gewählt ist, daß er an einem Punkte mit größerer Spannung gegen die Umgebung größer ist als an einem Punkte mit kleinerer Spannung.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (3) in der Nähe eines Spannungsknotens an der Oberfläche des Antennenleiters (1) ·— gegebenenfalls über ein Zwischenglied — befestigt ist, vorzugsweise an dieser anliegt.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antennenleiter

   (1) verwendet wird, dessen Querabmessung an einer Stelle geringerer Spannung gegen die Umgebung größer ist als an einer Stelle größerer Spannung (Abb. ib).
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hülle (3) mit längs des Leiters wenigstens annähernd gleichbleibenden Querabmessungen vorgesehen ist (Abb. ib).
5. 5. Anordnung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Antennenleiter

   (1) in Annäherung einen Rotationskörper mit nach einem Ende hin abnehmendem Durch-

   messer, beispielsweise einen Kegelstumpf, bildet und wenigstens über einen Teil seiner Länge von einer im wesentlichen zylindrischen Hülle (3) umgeben ist.
6. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Antennenleiter (1) mit von einem mit der Zuleitung verbundenen Ende aus zunächst ansteigenden und darauf bis zum freien Ende vorzugsweise wieder abnehmenden Querabmessungen bzw. Durchmesserwerten (Abb. 2). ,
7. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ganzwellendipol als Strahler vorgesehen ist, dessen

   Teile (1, 2) von den einander benachbarten, mit der Speiseleitung (10, 11) verbundenen Enden aus bis etwa zu ihrer halben Länge zunehmende Durchmesserwerte aufweisen, und daß die annähernd zylindrisch geformte Hülle (5) wenig-

   stens die beiden zwischen den Stellen maximalen Durchmessers liegenden Stücke der Strahlerteile einschließlich der Verbindungsstelle mit der Speiseleitung einschließt.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (12) als tragendes Bauelement zur Halterung der als dünnwandige Hohlkörper oder Drahtreusen ausgebildeten Strahlerteile (1, 2) dient (Abb. 3).
9. 9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nur die einander benachharten Stücke der Strahler (1, 2) zu.den mit der Speiseleitung (19) verbundenen Enden hin verjüngt und von einer Hülle (16) umgeben sind, während die äußeren Strahlerstücke vorzugsweise im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und nicht von der Hülle umgeben sind (Abb. 4).
10. 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlerteile (1, 2) aus je einem mit dem Speisepunkt in Verbindung stehenden Kegelstumpf und einem das freie Ende bildenden Kegelstumpf zusammengesetzt sind, deren Basisflächen gemeinsam sind und von denen vorzugsweise der äußere einen kleineren Winkel seiner Erzeugenden mit der Kegelachse aufweist (Abb. 3).
11. 11. Anordnung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der isolierenden Hülle (16) zwischen ihren Verbindungen mit den Strahlerteilen (1, 2) an den Stellen der Spannungsknoten ungefähr gleich einer halben Wellenlänge ist.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

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