FI75067B - Markplansantenn. - Google Patents

Description

75067

Maatasoantenni

Keksintö käsittelee maatasoantennia, joka käsittää pystysuoran resonoivan neljännesaaltosäteilijätangon, an-5 tennialustan, joka on mekaanisesti kytketty säteilijätangon alapäähän ja joka on toimintataajuudella eristetty mainitusta alapäästä, joukon viritettyjä vastapainotankoja, jotka ulkonevat antennin alustasta ja ovat kytketyt siihen ja tuottavat säteilijätangolle näennäisen maatason, säteilijä-10 tangon ollessa muodoltaan putkimainen, maadoitustangon, joka ulottuu keskeisesti putkessa ja on yläpäästään oikosul-jettu putken kanssa, jolloin mudostetaan oikosuljettu koak-siaalinen johto-osa, joka on lyhyempi kuin neljännesaallon-pituus, sisääntuloliitinten parin koaksiaaliseen syöttöjoh-15 toon kytkemistä varten, liittimien ollessa säteilijätangon alapään ja alustan muodostamia.

Maatasoantenneja käytetään laajasti kaukoviestintä-tekniikassa, erityisesti taajuusalueella 20-200 HMz. Maa-tasoantennit käsittävät pystysuorat neljännesaaltosäteili-20 jät, jotka on järjestetty säteilemään todellisen tai näennäisen maatason yläpuolisessa puolipallossa. Sellaisten antennien vahvistus on 0 dB. Säteilijätankoa syötetään tavallisesti sen kantapisteestä ja se on sovitettu yhteen koaksiaalikaapelin kanssa.

25 Klassillisen maatasoantennin säteilijätanko on eris tetty maasta ja tämä eristäminen huolehtii DC-eristyksestä. Sellaisissa suunnitteluissa on säteilijätangolla taipumus varautua sähköstaattisesti, eikä suoja antenniin kytkettyihin elektronisiin laitteisiin kohdistuvaa salamoinnin uhkaa 30 vastaan ole riittävän varma. Säteilijätangon DC-maatto saadaan aikaan tarkoituksenmukaisesti käyttämällä säteilijänä taittomonopoliantennia, millä toisin kuin antennin maadoit-tamisella on kasvanut kantapisteen näennäisvastus. Taitto-monopoliantenni, vaikkakin se saa aikaan DC-maaton, ei anna 35 varmaa suojaa salaman aiheuttamia vahinkoja vastaan, koska 75067 antennin pituus on yli kymmenen kertaa suurempi kuin kahden yhdensuuntaisen tangon välinen etäisyys, joten ylilyönti voi tapahtua antennin kannassa. Salaman iskun aikana kahdessa yhdensuuntaisessa tangon osassa kulkeva virta voi 5 olla äärimmäisen korkea sitä seuraavan dynaamisen vaikutuksen kanssa, mikä voi turmella ja vahingoittaa antennin.

M.G. Brown on ensimmäisenä ehdottanut, että antenni pitäisi kytkeä maahan oikosuljetun johto-osan välityksellä. Tässä ehdotuksessa on oikosuljetun johto-osan sähköinen pi-10 tuus yhtä suuri kuin neljännesaalto ja se ulottuu pystysuoraan säteilijätangon alapuolelle. Johto-osan mukanaolo saa aikaan vaikutuksen antennin syöttöimpedanssiin, mikä kasvattaa kaistanleveyttä vain vähäisessä määrin.

Maatasoantennien kaistanleveys määräytyy sen mukaan, 15 millainen on vastapainotankojen rakenne, jolla jäljitellään maadoitustankoa, sekä millainen on säteilijätangon solak-kuus. Kaistanleveyttä voidaan kasvattaa suurentamalla säteili jätangon halkaisijaa, mutta suhde on logaritminen ja kaistanleveyden pieni lisäys vaatii huomattavan lisäyksen 20 halkaisijaan. Nykyisin käytössä olevien maatasoantennien suhteellinen kaistanleveys on suunnilleen välillä 1-3 %.

Kun mekaaninen suunnittelu on päättynyt, tulee huomauttaa, että säteilijätanko on yleensä tuettu eristämällä. Kantapisteen varauskyvyn pienentämiseksi maahan nähden käy-25 tetään eristimiä, jotka ovat alttiita huomattavalle taivu-tusmomentille. Eristinmateriaalien lujuus taivutusmomenttia vastaan on melko rajoitettu, materiaalit ovat jäykkiä ja taipumattomia, mikä selittää sen, miksi tarkoituksenmukaisen tuen suunnittelu muodostaa kriittisen tekijän koko suun-30 nittelutyössä.

Lisäys vaaditussa kaukoviestintäyhteyksien kaistaleveydessä edellyttää antennien käyttöä, joilla on niinkin suuri kaistanleveys kuin 5-10 %, mistä on seurauksena, että

II

3 75067 huolimatta kaikista edullisista ominaisuuksistaan eivät tavanomaiset maatasoantennit ole sopivia sellaisiin tarkoituksiin.

Keksinnön kohteena on saada aikaan parannettu maa-5 tasoantenni, joka pystyy toimimaan tällaisilla leveillä taajuusalueilla ja eliminoimaan edellä lyhyesti esitetyt tavanomaisia tyyppejä olevien maatasoantennien puutteet.

Keksintö perustuu siihen tietämykseen, että oikosul-jettu johto-osa voidaan järjestää säteilijätankoon, jos se 10 on tehty ontosta putkesta ja avointa johto-osaa voidaan käyttää ensimmäisen johto-osan laajennuksena. Kahta johto-osaa voidaan yhdessä pitä väliottolinjana, joka on toisesta päästään avoin ja toisesta päästään oikosuljettu. Antennin syöttö- tai sisääntulokohdat on kytketty tuon yhdistein tyn linjan väliottopisteisiin. Valitsemalla väliottopistei-den paikka asianmukaisesti voidaan yhdistetyn linjan edustamalla suskeptanssilla sekä taajuusominaisuudella kompensoida antennin kantapisteen suskeptanssi laajalla taajuusalueella, jolloin antennilla on edullinen seisovanaallon 20 suhde suuremmalla kaistanleveydellä.

Keksinnön mukaisesti on kehitetty parannettu maa-tasoantenni, joka käsittää koaksiaalisen johto-osan, joka on avoin yhdessä päässä ja jonka toinen pää on kytketty sisääntuloliittimien yli sillä tavalla, että ulompi johdin 25 on kytketty alustaan, avoimen johto-osan muodostaessa oiko-suljetun johto-osan laajennuksen, ja näiden kahden johto-osan yhdistetyn sähköisen pituuden ollessa +25 % tolerans-sialueella neljännesaallonpituudesta, sisääntuloliittimien muodostaessa näin saadun resonoivan yhdistetyn johto-osan 30 väliulosottopisteet, jotta tätä kautta ainakin osittain kompensoidaan antennin sisääntuloimpedanssin reaktiivinen komponentti.

Mekaaniselle konstruktiolle on edullista, jos kek-sinnönmukainen maatasoantenni käsittää metallista tehdyn 35 antennipään, jossa on olakkeellisen keskireikä johon reikään on järjestetty olakkeeseen nojaava ja syöt- 75067 tökaapelin ja avoimen johto-osan ulkokuoreen yhdistetty asennuslevy, jonka asennuslevyn keskialue on kytketty maa-doitustangon alapäähän, ja joka asennuslevy on eristetty säteilijätangosta eristemateriaalia olevan väliholkin avul-5 la, jolloin säteilijätangon alapään ympärille on järjestes-ty kiinnitin liitosten muodostamiseksi syöttökaapelin ja avoimen johto-osan sisäsäikeisiin, ja tukiholkki on järjestetty antennipään keskireikään tuen muodostamiseksi säteilijätangolle.

10 Lisätyn salamasuojauksen takia on edullista, jos tukiholkin yläpää ulottuu antennipään yläpäädyn yli ja rengas on kiinnitetty säteilijätankoon juuri tukirenkaan pään yläpuolelle kipinävälin muodostamiseksi mainitun yläpäädyn kanssa.

15 Edellä kuvattujen periaatteiden mukaisesti valmis tetun maatasoantennin kaistanleveys on noin viisi kertaa suurempi kuin tavanomaisten maatasoanetennien vastaava, sillä on edulliset ulkopuolella-taajuusalueen-ominaisuudet, ja se antaa paremman suojan salamointia vastaan. Keksinnön 20 mukaisen maatasoasennin konstruktiivinen suunnittelu on yksinkertainen, se on yllättävän solakka verrattuna sen suureen kaistanleveyteen ja sillä on parannettu luotettavuus .

Keksinnön mukaista parannettua maatasoantennia ku-25 väillään nyt yhdessä esimerkinomaisten suoritusmuotojen kanssa viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joista

Kuvio 1 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaisen maatasoantennin erästä suoritusmuotoa, jossa on käytetty antennin kannan alueella vääristettyä pituussuuntaista mit-30 takaavaa ymmärtämisen helpottamiseksi; kuvio 2 esittää toisen suoritusmuodon osittain leikattua pystysuuntaista kuvaa; ja kuvio 3 esittää kuviossa 2 esitetyn suoritusmuodon seisovanaallon suhdetta taajuuskäyrään.

35 Kuviossa 1 esitetty maatasoantenni käsittää metal liputkesta tehdyn pystyasentoisen säteiLijätangon 1, jonka 11 75067 pituus on suunnilleen yhtä suuri kuin neljännesaallon-pituus. Säteilijätanko 1 on järjestetty todellisen tai näennäisen maadoitustason 2 yläpuolelle. Kuvion 1 suoritusmuodossa maadoitustaso 2 on saatu aikaan neljän vastapai-5 notangon 3 vaikutuksella, jotka ovat viistosti alaspäin ja joiden pituus on olennaisesti yhtä suuri kuin neljännes-aallonpituus .

Antennissa on sisääntulosyöttöpisteet 4 ja 5, joista sisääntulopiste 4 on liitetty säteilijätangon 1 alempaan 10 (kuumaan) päähän, syöttöjohdon 17 keskisäikseeseen ja johto-osan 16, joka on pääistään avoin, keskisäikeeseen.Toinen sisääntulopiste 5 on yhdistetty maadoitustasoon, syöttö-johdon 17 ulkokuoreen, avoimen johto-osan 16 ulkokuoreen sen yläpäässä ja säteilijätangon 1 keskiviivalla akselin 15 suunnassa ulottuvan maadoitustangon 7 alapäähän. Maadoitus-tangon 7 yläpää on oikosulkuelimen 6 välityksellä kytketty ontosta putkesta tehdyn säteilijätangon 1 sisäseinään.

Maadoitustanko 7 yhdessä oikosulkuelimen 6 ja sä-teilijätangon 1 lieriömäisen sisäseinän kanssa muodostaa 20 oikosuljetun johto-osan, joka on lyhyempi kuin neljännes-aallonpituus ja alapäästään avoin, ja tämä avoin johto-osa 16 on järjestetty oikosuljetun johto-osan todelliseksi tai näennäiseksi laajennukseksi.Avoimen johto-osan 16 sähköinen pituus on myös neljännesaallonpituutta lyhyempi ja 25 johto-osa 16 voi edullisesti olla tehty koaksiaalikaapelin osasta.

Säteilijätangossa 1 ulottuvaa johto-osaa, joka on yläpäästään aikosuljettu,kun sitä tarkastellaan yhdessä siihen liitetyn avoimen johto-osan 16 kanssa, voidaan pitää 30 yksinkertaisena yhdistettynä johto-osana, joka on yläpäästään oikosuljettu ja pohjasta avoin. Tässä yhdistetyssä johto-osassa on välitto maadoitustason 2 korkeudella, ja tästä väliotosta on yhdistetty johto-osa liitetty yhdensuuntaisesti antennin sisääntulopisteisiin 4 ja 5.

35 Tämän väliottohaaran mukanaolo vaikuttaa olennai sesti maatasoantennin ominaisuuksiin. Väliottopisteissä 7 5 0 6 7 johto-osa edustaa käytännöllisesti katsoen puhdasta sus-keptanssia, joka on lisätty antennin kantapisteen admit-tanssin imaginääriosaan.

Johto-osan suskeptanssi väliottopisteissä muuttuu 5 taajuuden mukana ja tämän muutoksen jyrkkyys riippuu vä-liottopisteiden sijainnista johto-osassa, kun taas sus-keptanssin suuruus riippuu johto-osan kokonaispituudesta sekä asennuksen hajakapasitanssien määräämästä antennin kannan edustamasta kapasitanssista. Yhdistetyn johto-osan 10 pituus on lähes neljännesallonpituinen ja väliottopistei-den sijaintia voidaan säätää säätämällä samanaikaisesti oikosulkuelimen 6 sijaintia sekä avoimen johto-osan 16 pituutta, jolloin yhdistetyn johto-osan pituuden tulee säilyä olennaisesti vakiona.

15 On havaittu, että väliottopisteiden sopivalla si- jannilla voi yhdistetyn johto-osan edustama suskeptanssi kompensoida antennin kantapisteen näennäisvastuksen reaktiivisen komponentin muutokset suhteellisen laajalla taajuusalueella, jolloin antennin seisovanaallon suhde 20 tulee varsin hyväksi laajalla taajuusalueella.

Antennilla on lisääntynyt toiminnallinen kaistanleveys välitotoilla varustetun johto-osan mukanaolon kuitenkin edustaessa korkeaa suskeptanssia toiminnallisen kaistan ulkopuolella, mikä käytännöllisesti katsoen oikosulkee 25 antennin. Tämä vaikutus on edullinen, koska täten tulee antenniin kytketyn vastaanottimen sisääntulo suojatuksi häiritseviltä korkeatasoisilta signaaleilta, jotka tulevat toiminnallisen kaistan ulkopuolelta, tai koska se tehokkaasti torjuu lähettimen väärien signaalien säteilyn, jos sellai-30 nen on kytketty antenniin.

Yhdistetyn johto-osan vuoksi on säteilijätangon 1 ja maapotentiaalin välillä galvaaninen kosketus, jolloin antennin staattinen varautuminen on estetty. Toisin kuin taitto-monopoliantenneissa on maadoitustanko 7 järjestetty suojatus-35 ti säteilijätangon 1 sisään, jolloin salamaniskun dynaaminen vaikutus ei voi aiheuttaa suurta vahinkoa antennin rakenteeseen .

Il 75067

Kuvio 3 esittää keksinnön mukaisesti suunnitelun antennin seisovanaallon suhdetta taajuuskäyrään, joka antenni on suunniteltu toimimaan 33:n ja 38 MHz:n välillä, jolloin käyrä osoittaa, että antennin seisovanaallon suh-5 de on parempi kuin 1,5 5Hz:n kaistalla, mikä edustaa suhteellista 14 %:n kaistanleveyttä. Tämä kaistanleveys on noin viisi kertaa suurempi kuin tavanomaisilla maataso-antenneilla .

Lisääntyneen kaistanleveyden, galvaanisesti maadoi-10 tetun säteilijän ja edullisten ominaisuuksien toimittaessa kaistan ulkopuolella lisäksi on keksinnön mukaisella antennilla useita muita edullisia piirteitä, joita kuvaillaan kuviossa 2 esitetyn esimerkinomaisen suoritusmuodon avulla.

Tässä suoritusmuodossa asennusta kannattaa metallis-15 ta tehty antenninpää 11, johon on työstetty kierteitetyt reiät, joiden akseli on vinossa, vastapainotankojen 3 vastaanottamiseksi. Pohjastaan avoin keskireikä on tehty an-tennipäähän 11 ja reikään on tehty olake. Metallinen asen-nuslevy 14 rajoittuu olakkeeseen, johon se on kiinnitetty 20 kierteitetyin pultein ja asennuslevy 14 on sähköisesti kytketty maadoitustangon 7 alapäähän. Säteilijätangon 1 alapää on eristetty asennuslevystä 14 väliholkin 13 avulla, joka on tehty eristävästä materiaalista.

Antennipään 11 keskireiän yläosaan on järjestetty 25 eristeholkki 10, ja sen yläpää ulottuu antennipään 11 pinnan yli noin 2 mm. Säteilijätanko 1 on viety eristeholkin 10 keskireiän läpi, ja tämä jälkimmäinen toimii säteilijä-tangon 1 mekaanisena tukena. Voidaan nähdä, että eristeholkki 10 on vain puristuskuorman alainen silloin, kun 30 säteilijätankoon 1 vaikuttaa tuulikuormasta johtuva tai- vutusmomentti. Eristinmateriaalit kestävät helposti sen tyyppisen kuorman. Eristeholkin käyttö, mikä on vain puristuskuorman alainen, edustaa loistavaa parannusta verrattuna tavanomaisiin eristimiin, jotka ovat pääasiassa 35 taivutusjännitysten alaisia.

Vaikka eristeholkki 10 aiheuttaa antennin kantaan korkeamman kapasitanssin kuin taivutuskuormaa varten suunni- 8 75067 tellut tavanomaiset eristimet, ei sen läsnäolo häiritse keksinnön mukaisessa suoritusmuodossa, koska yhdistetyn johto-osan suskeptanssi voi komensoida tämän aiheutetun kapasitanssin.

5 Avoimen johto-osan 16 ja syöttöjohdon 17 yläpäät on molemmat kiinnitetty asennuslevyyn 14 siten,että näiden kaapeleiden kuoret on kytketty asennuslevyyn 14 vastaavin kaapelitarraimin 15a ja 15b. Näiden kaapeleiden keski-säikeet on molemmat kytketty kiinnittimeen 12, joka on 10 asennettu säteilijätängon 1 alaosan ympärille. Epäsymmetrinen liitosholkki 18 on asennettu syöttöjohdon 17 alapäähän sen kytkemiseksi irrotettavasti antennikaapeliin. Avoimen johto-osan 16 alapää on suljettu ja suojattu kumitulpalla 19.

15 Säteilijätankoon 1 on sovitettu ympyränmuotoinen yli- jännitesuoja 9, joka rajoittuu eristeholkin 10 yläpäätyyn ja sijaitsee vastakkain suhteessa atennipään 11 ympyränmuotoiseen yläpäätyyn. Niiden välinen kipinäväli takaa tehokkaan salamasuojauksen. Kuviossa 2 esitetyssä rakenteel-20 lisessa suojauksessa on syöttöjohto 17 riittävästi suojattu salamaniskun vahingollisilta vaikutuksilta.

Säteilijätängon 1 ulkosivun daosa on suojattu kuvulla 8, joka estää veden ja kosteuden pääsyn asennuslevyn 14 yläpuoliseen tilaan,. On kuitenkin suositeltavaa täyttää tämä 25 tila hartsilla. Kupua 21 käytetään säteilijätängon 1 yläpään sulkemiseen.

Kuviossa 2 esitetty rakenteellinen suunnittelu on antennin asennuksen kannalta edullinen, koska asennuslevy 14 yhdessä siihen liitettyjen kaapelinosien kanssa sekä 30 säteilijätanko 1 voidaan koota erikseen ennakolta valmiste tun tuotteen muodostamiseksi. Antennipää 11 on suunniteltu siten,että se on helppo asentaa antennin maston alapäähän ja se voidaan kiinnittää parilla pultilla 20. Syöttöjohto ja avoin johto-osa 16 voivat kumpikin ulottua maston sisä-35 puoliseen onteloon.

Keksinnön mukaisella maatasoantennilla on parannettu

II

9 75067 suorituskyky,se voidaan koota helposti, se tarjoaa riittävän salamasuojauksen ja sillä on rakennesuunnittelu, jolla on parannettu luotettavuus sekä vähäisempi taipumus katketa, vaurioitua tai tulla ylenmääräisestä peitetyksi jäällä, kun näitä ominaisuuksia verrataan tavanomaisten maatasoan-5 tennin vastaaviin.

Koska lisääntynyt kaistanleveys johtuu väliotolla varustetun johto-osan läsnäolon vaikutuksesta, ei enää ole tarvetta käyttää säteilijää, jonka halkaisijaaaon suurennettu paljon, vaaditun kaistanleveyden takaamiseksi, jolloin 10 antennin rakenne tulee hämmästyttävän solakaksi verrattuna sen kaistanleveyteen, mikä luontaisesti merkitsee pienentynyttä tuulikuormaa sekä vähäisempää taipumusta jäätymiseen.

Claims (5)

10 . „ 75067

1. Maatasoantenni, joka käsittää pystysuoran resonoivan neljännesaaltosäteilijätangon (1), antennialustan, 5 joka on mekaanisesti kytketty säteilijätangon (1) alapäähän ja joka on toimintataajuudella eristetty mainitusta alapäästä, joukon viritettyjä vastapainotankoja (3), jotka ulkonevat antennin alustasta ja ovat kytketyt siihen ja tuottavat säteilijätangolle (1) näennäisen maatason (2), 10 säteilijätangon (1) ollessa muodoltaan putkimainen, maadoi-tustangon (7), joka ulottuu keskeisesti putkessa ja on ylä-päästään (6) oikosuljettu putken kanssa, jolloin muodostetaan oikosuljettu koaksiaalinen johto-osa, joka on lyhyempi kuin neljännesaallonpituus, sisääntuloliitinten (4,5) 15 parin koaksiaaliseen syöttöjohtoon (17) kytkemistä varten, liittimien (4,5) ollessa säteilijätangon (1) alapään ja alustan muodostamia, tunnettu siitä, että antenni käsittää koaksiaalisen johto-osan, joka on avoin yhdessä päässä ja jonka toinen pää on kytketty sisääntuloliitti-20 mien (4,5) yli sillä tavalla, että ulompi johdin on kytketty alustaan, avoimen johto-osan (16) muodostaessa oiko-suljetun johto-osan laajennuksen, ja näiden kahden johto-osan yhdistetyn sähköisen pituuden ollessa +25 % tolerans-sialueella neljännesaallonpituudesta, sisääntuloliittimien 25 (4,5) muodostaessa näin saadun resonoivan yhdistetyn joh to-osan väliulosottopisteet, jotta tätä kautta ainakin osittain kompensoidaan antennin sisääntuloimpedanssin reaktiivinen komponentti.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen maatasoantenni, 30 tunnettu siitä, että avoin johto-osa (16) on tehty osasta koaksiaalikaapelia.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen maatasoantenni, tunnettu siitä, että se edelleen käsittää metallista tehdyn antennipään (11) , joka määrittelee olak- 35 keellisen keskireiän, metallista tehdyn asennuslevyn (14), li 11 750 6 7 joka nojaa vasten olaketta, joka mainittu asennnuslevy (14) on kytketty syöttöjohdon (17) ja avoimen johto-osan (16) ulkokuoriin ja keskiosastaan maadoitustangon (7) alapäähän, väliholkin (13), joka on sijoitettu säteilijätan-5 gon (1) alapäähän eristyksen aikaansaamiseksi asennusle-vyn (14) ja säteilijätangon (1) väliin kiinnittimen (12), joka on kiinnitetty säteilijätankoon (1) ja kytketty syöttöjohdon (17) ja avoimen johto-osan (16) sisäsäikeisiin, sekä eristemateriaalia olevan tukiholkin (10), joka on jär- 10 jestetty antennipään (11) reikään ulkopuolisen tuen muodostamiseksi säteilijätankoa (1) varten.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen maatasoantenni, tunnettu siitä, että mainitun tukiholkin (10) yläpää ulottuu antennipään (11) ympyränmuotoisen yläpinnan 15 yli, jolloin ylijännitesuoja (9) on kiinnitetty säteilijä-tankoon (1) juuri tukiholkin (10) yläpään yläpuolelle.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen maatasoantenni, tunnettu siitä, että suojakupu (8) on asennettu säteilijätankoon (1) siten, että se on kiinnitetty anten- 20 nipään (11) yläosaan. 12 75067