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Um derartige Antennenanlagen vor
Witterungs- und Umwelteinflüssen
zu schützen,
werden sie üblicherweise
in einem die Strahler und Strahlerstrukturen umgebenden zylinderförmigen Schutzgehäuse untergebracht.
Es handelt sich dabei um ein für
elektromagnetische Strahlen durchlässiges Gehäuse, welches üblicherweise
aus einem mit Glasfasern verstärktem
Kunststoff (GFK) gebildet ist.
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Typische Abmessungen solcher Zylinder
für Rundfunksendeantennen
betragen einen Durchmesser von 0,3 m bis 4 m und mehr. Die Höhe derartiger zylinderförmiger Schutzgehäuse kann
durchaus Werte von 20 m bis 30 m aufweisen.
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Im Allgemeinen besteht der Blitzschutz
aus einem Blitzfangkorb am oberen Ende des zylinderförmigen Schutzgehäuses. Häufig sind
dazu mehrere Blitzfangstangen oder all gemein Blitzfangeinrichtungen
in Umfangsrichtung versetzt angeordnet, z.B. in Form gerade verlaufender
Leitungsenden, die mit radial und vertikal nach oben gerichteter
Komponente nach außen
vorstehen und frei enden. Möglich
sind aber auch sogenannte Blitzfangkörbe, bei denen jeweils zwei
diametral gegenüberliegende
und nach außen
verlaufende, an sich freien Enden von metallischen Stäben über eine
halbkreisförmige
elektrische Verbindungsleitung oder Metallstab miteinander verbunden
sind, wodurch sich eine korbartige Gestaltung ergibt.
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Der so gebildete Blitzfangkorb ist
dann mit mehreren in Umfangsrichtung versetzt angeordneten Blitzableitungen
verbunden, die am Außenumfang des
Zylinders in Vertikalrichtung nach unten zum Zylinderfuß verlaufen,
wo sie mit dem Massepotential verbunden werden. Durch so gebildete
Blitzableiter kann der Blitzstrom vom Blitzfangkorb auf Masse abgeleitet
werden. Gleichzeitig sind derartige Blitzableiter auch geeignet,
die gesamte Antennenanordnung gegen seitliche Einschläge zu schützen.
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Allerdings beeinflussen alle metallischen
Gebilde inner- und
außerhalb
des Schutz-Zylinders die elektrischen Eigenschaften der Antennenanordnung.
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Umfasst beispielsweise die Antennenanlage Sendeantennen
mit horizontal polarisierten Strahlern (beispielsweise horizontal
polarisierte Dipolstrahler oder Schlitz-Strahler etc.), so ist der
Einfluss des Blitzableiters im Allgemeinen durch die Polarisationsentkopplung
sehr gering.
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Demgegenüber wird jedoch das Strahlungsdiagramm
vertikal polarisierter Sendeantennen durch einen Blitzableiter stark
beeinflusst. Dies gilt grundsätzlich
auch dann, wenn alternativ und ergänzend Empfangsantennen vorgesehen
sind.
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Von daher ist bereits vorgeschlagen
worden, auf einen derartigen vorstehend geschilderten Blitzableiter
im Strahlungsfeld der Antenne zu verzichten. Dies erfordert dann
jedoch, dass der gegebenenfalls über
den Blitzfangkorb eingefangene Blitzstrom innerhalb der Antennenstruktur
im Zylinder abgeleitet wird, indem beispielsweise Blitzableiter-Leitungen durch
eine Bohrung im Schutzzylinder in das Innere der Antennenanordnung
hineingeführt
werden, um dort mit elektrisch leitenden Tragsystemen verbunden
zu werden. Darüber
kann beim Blitzeinschlag der Strom nach unten auf Massepotential
geführt
werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es demgegenüber,
einen verbesserten und gleichwohl einfach aufgebauten Blitzschutz
für Antennenanlagen
zu schaffen, die in der Regel von einem für elektromagnetische Strahlen
durchlässigen
Schutzgehäuse
umgeben sind.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend
den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Eine deutliche Verbesserung der Strahlungscharakteristik
insbesondere für
vertikal polarisierte Antennen und Sendeantennen lässt sich
dadurch realisieren, dass die Blitzableiter bzw. die Blitzableiterstruktur
so gestaltet ist, dass die Blitzableiter-Leitungen bevorzugt entlang
einer Wendel von oben nach unten verlaufen und dabei die Antenne
mit den darin befindlichen Strahler und Strahlerstrukturen umgeben.
Bevorzugt sind dabei zumindest zwei um 180° versetzt zueinander liegende
Wendel vorgesehen, die bevorzugt auf dem GFK-Zylinder angebracht sind.
Durch die von der Vertikalrichtung abweichende Ausrichtung der Blitzableiter-Bahnen
oder Blitzableiter-Leitungen kann eine Verschlechterung der elektrischen
Eigenschaft der Sendeantenne vermieden werden, wenn diese insbesondere
Strahler und Strahlerstrukturen mit vertikaler Polarisation umfassen.
Die Blitzableiter-Einrichtungen dienen dabei gleichzeitig als Blitzfangeinrichtungen.
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Eine so gebildete Blitzableiter-Struktur
kann aber von Hause aus auch bei Strahler oder Strahlerelementen
verwendet werden, die beispielsweise in horizontaler Polarisation
senden oder empfangen. Mit anderen Worten weist eine derartige Blitzableiter-Struktur
Vorteile auch dann auf, wenn die Sendeanlage zunächst nur Strahler oder Strahlerstrukturen mit
horizontaler Polarisation umfassen sollte. Denn auch bei einem nachträglichen
Nachrüsten
der Antennenanlage mit vertikalen Strahlern oder Strahlerstrukturen
hat dies den Vorteil, dass die Blitzableiter-Struktur unverändert belassen
werden kann, da bei Verwendung der erfindungsgemäßen Blitzableiter-Struktur
die gegebenenfalls nachgerüsteten
vertikal polarisierten Antennenelemente bezüglich ihrer elektrischen charakteristischen
Sende- und Empfangseigenschaften nicht nachteilig beeinflusst werden.
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Die Steigung der helix- oder wendelförmig im Abstand
zur Antenne um diese herum verlaufenden Blitzableiterstrukturen
können
bezüglich
der Steigung und/oder der Anzahl der Wendeln stark variieren. Bevorzugt
ist die Ausbildung derart, dass zumindest jeder vertikale Streifen
auf der in der Regel vorgesehenen zylinderförmigen Schutzumhüllung der Antennenmastanlage
zumindest einmal von der helix-, wendel- bzw. diagonalförmig verlaufenden
Blitzableiter-Struktur
oder Blitzableiter-Leitung gekreuzt wird. Mit anderen Worten kann
die Steigung der Wendelstruktur in weiten Bereichen schwanken und
beispielsweise bevorzugt mehr als 20° und weniger als 87° aufweisen.
Bevorzugt sind Winkelbereiche zwischen 40° bis 70°. Dabei ist die Steigung der
Wendel im Verhältnis
zur Anzahl der in Umfangsrichtung versetzt liegenden Wendelanordnung
zu sehen, da bei zunehmend dichterer Blitzableiter-Struktur letztlich eine
zunehmende Abschirmung der Strahler und Strahlerelemente am Antennenmast
verursacht werden könnte
(faradayischer Effekt). Letztlich ist ein Optimum zu wählen, welches
berücksichtigt,
dass die Blitzableitung einerseits möglichst kurz von oben nach
unten zum Massepotential verlaufen soll (also möglichst senkrecht), und andererseits
die Masseableitung ausreichend gegenüber der Vertikalen geneigt
ausgerichtet sein soll, um ein möglichst
gutes Strahlungsdiagramm zu erhalten.
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Der Vollständigkeit halber wird auch angemerkt,
dass die gegenüber
der Vertikalen geneigt verlaufenden Blitzableiter-Ableitungen, die
nicht nur mit einer Vertikalkomponente sondern auch mit einer überlagerten
Horizontalkomponente ausgerichtet sind, nicht im Sinne einer fortlaufenden
Wendel oder Helix von oben nach unten verlaufend angeordnet sein
müssen.
Vielmehr ist es möglich,
dass die Blitzableiter-Leitungen beispielsweise in Seitenansicht auf
den Antennenmast bzw. in Seitenansicht auf die den Antennenmast
und die Strahler umgebenden bevorzugt zylinderförmigen Schutzumhüllung, beispielsweise
zickzack-förmig
von oben nach unten verlaufend angeordnet sind. Ent scheidend im
Sinne der Erfindung ist lediglich, dass einzelne, zur Blitzableiter-Struktur
gehörende
elektrische Leitungen und Ableitungen nicht exakt vertikal ausgerichtet
sind, sondern bei Seitenbetrachtung so ausgerichtet sind, dass sich
deren Positionierung als Überlagerung
einer vertikalen und horizontalen Komponente ergibt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Dabei
zeigen im Einzelnen:
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1:
eine schematische Seitenansicht einer Antennenanlage mit einem Antennenmast
und einem zylinderförmigen
GFK-Schutzgehäuse
mit oben angeordnetem Blitzfangkorb und zwei helixförmigen Blitzableitungen;
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2:
eine perspektivische Darstellung der Blitzableiter-Strukturen in
dreidimensionaler Wiedergabe mit zwei wendelförmigen Blitzableitern;
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3:
eine Abwicklung des in 1 und 2 wiedergegebenen zylinderförmigen Schutzmantels lediglich
in einer Teilhöhe
mit den darauf befindlichen Blitzableitungen entsprechend dem Ausführungsbeispiel
nach 2;
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4:
ein zu 3 abgewandeltes
Ausführungsbeispiel
in abgewickelter Seitendarstellung im Falle von drei versetzt zueinander
angeordneten helixförmigen
Blitzableitungen;
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5:
ein zu 4 abgewandeltes
Ausführungsbeispiel
in abgewickelter Seitenansicht, bei welchem vier Ableitungen mit
größerem Steigungswinkel
verwendet werden;
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6:
ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel
mit zickzackförmig
von oben nach unten verlaufenden Blitzableitungen, wo jeweils benachbarte Blitzableitungen
symmetrisch zueinander angeordnet sind; und
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7:
ein zu 6 abgewandeltes
Ausführungsbeispiel
in Seitenansicht bei abgewickelter Schutzumhüllung mit darauf verlaufenden
Blitzableitungen, wobei die Blitzableitungen ebenfalls zickzackförmig vorgesehen
sind, allerdings dabei gleich ausgerichtet sind (also in gleicher
Höhenlage
gleich ausgerichtet sind).
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In 1 ist
in schematischer Seitenansicht eine Antennenanlage mit einer Blitzschutzeinrichtung gezeigt.
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Die Antennenanlage umfasst eine vertikal ausgerichtete
tragende Struktur 1, an welchem in Vertikalrichtung übereinander
und in Umfangsrichtung versetzt liegend eine Vielzahl von Strahlern 3 und
Strahlerstrukturen 3 zum Senden und/oder Empfangen angeordnet
sind. Eine derartige Antennenanlage kann beispielsweise als Fernseh-
und/oder Rundfunkantennenanlage dienen, die beispielsweise im sogenannten
Band III arbeitet (174 MHz bis 230 MHz) und/oder beispielsweise
im Band IV und V (470 MHz bis 860 MHz). Zusätzlich oder alternativ kann die
Sendeanlage im FM- Bereich
senden und empfangen, also beispielsweise im 88 bis 108 MHz-Bereich.
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Die gesamte tragende Struktur 1 mit
den Strahlern und Strahlerstrukturen 3 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel
in einem zylinderförmigen Schutzgehäuse 5 angeordnet
und dadurch vor Umwelteinflüssen
geschützt.
Es handelt sich dabei um ein für
elektromagnetische Strahlen durchlässiges Schutzgehäuse, in
der Regel um ein GFK-Gehäuse. Die
tragende Struktur 1 kann dabei im Wesentlichen durch das
zylinderförmige
Schutzgehäuse 5 gebildet sein,
welches im Vertikalabstand Quertraversen im Inneren umfasst. An
der Schutzumhüllung
können dann
nach innen vorstehend die Strahler und Strahlerstrukturen befestigt
sein. Alternativ oder ergänzend
können
aber auch im Inneren der Schutzumhüllung 5 mastförmige zur
Tragstruktur gehörende
Einrichtungen vorgesehen sein, beispielsweise Stahlträger, an
denen dann die Strahler und Strahlerstrukturen wie aber auch die
Schutzumhüllung
ergänzend mit
angebracht bzw. damit verbunden ist.
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Im oberen Stirnende 5' des Schutzgehäuses ist
ein sogenannter Blitzfangkorb 9 vorgesehen. Dieser umfasst
einen leitenden, auf das Stirnende 5' des Schutzgehäuses 5 aufgesetzten
Abschlussdeckel 11, auf welchem in Umfangsrichtung versetzt
liegend mit vertikaler und horizontaler Komponente nach außen radial vorstehende Blitzfangstäbe 11a angeordnet
sind, die über
eine oder mehrere sie verbindende ringförmige Leitungen 11b elektrisch
leitend verbunden sind, wodurch auch eine mechanische Abstützung der
Blitzfangstäbe 11a gewährleistet
wird. Bevorzugt sind jeweils zwei diagonal gegenüberliegende Enden der erwähnten Blitzfangstäbe 11a mittels konvex
nach oben vorstehen den halbkreisförmigen Leitungsabschnitten 11c verbunden,
wodurch sich eine nach Art eines umgekehrten Korbes gebildete Struktur
ergibt, weshalb diese Anordnung auch Blitzfangkorb genannt wird.
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Gemäß Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 sind am Außenumfang des Schutzgehäuses 5 den Blitzfangkorb 9 mit
einem Massepotential 15 am Antennenfuß 1' verbindende Blitzableitungen 17 vorgesehen.
Diese Blitzableitungen 17 bestehen bei dem Ausführungsbeispiel
nach 1 aus zwei um 180° versetzt
zueinander liegenden helix- oder wendelförmigen Blitzableitungen 17,
die im gezeigten Ausführungsbeispiel
nach 1 das zylinderförmige Schutzgehäuse 5 beispielsweise
zumindest einmal von oben nach unten umlaufen.
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In 2 ist
in perspektivischer Darstellung diese Blitzableiter-Struktur ohne
Antennenmast und Strahler bzw. Strahlerstrukturen und ohne Blitzfangkorb 9 wiedergegeben.
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In 3 ist
dabei die Seitenansicht des zylinderförmigen Schutzgehäuses 5 in
abgewickelter Darstellung wiedergegeben.
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Daraus ist zu ersehen, dass die einzelnen Blitzableitungen
einen Steigungswinkel α gegenüber der
Horizontalen einschließen.
Die Steigungen der einzelnen Blitzableitungen können dabei durchaus in der
Größenordnung
von einigen Metern liegen. Der Steigungswinkel α kann von daher bevorzugt Werte zwischen
20° bis
87° gegenüber der
Horizontalen aufweisen, insbesondere Werte zwischen vorzugsweise
40° bis
70°.
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Grundsätzlich kann auch eine einwendlige Blitzableiter-Struktur gewählt werden.
Dabei sollte bezogen auf die Gesamthöhe des Schutzgehäuses die
Anordnung derart sein, dass die zumindest eine spiralförmige Ausbildung
der Ableitung 17 über
die Gesamtlänge
des Schutzgehäuses 5 den
Antennenmast mit den Strahler und Strahlerstrukturen zumindest einmal
umläuft,
vorzugsweise mehrfach.
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Anhand von 4 ist lediglich gezeigt, dass beispielsweise
auch drei um 120° versetzt
zueinander liegende, insgesamt wendelförmig angeordnete Blitzableitungen 17 vorgesehen
sein können.
Die Anzahl kann grundsätzlich
beliebig sein, wobei lediglich darauf zu achten ist, dass bei zunehmend
höherer Anzahl
der Blitzableitungen in der Regel der Steigungswinkel gegenüber der
Horizontalen größer gewählt werden
sollte, um nicht eine zu dichte Gesamtbelegung des Außenumfanges
des Schutzgehäuses 5 mit
Blitzableitungen zu erhalten, so dass dann bei zunehmend stärkerer Belegungsdichte
eine Abschirmung der Antennenstrahler durch den sogenannten faradayischen
Effekt verursacht wird. Von daher ist in 5 eine Blitzableiter-Struktur mit vier
in Umfangsrichtung versetzt liegenden Blitzableitungen 17 gezeigt,
deren Steigungswinkel α beispielsweise
steiler ist als bei dem Ausführungsbeispiel
nach 3 und 4 und etwa 45° beträgt.
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Ob die Wendel oder die Wendeln 17 links oder
rechts herum verlaufend ausgebildet sind, kann beliebig gewählt werden.
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Anhand von 6 ist bezüglich des in Seitenbetrachtung
nach Art einer Abwicklung wiedergegebenen Schutzgehäuses dargestellt,
dass die Blitzableitungen 17 grundsätzlich nicht über die
gesamte Höhe
wendel- oder helixförmig
oder dergleichen verlaufend ausgebildet sein müssen, sondern nur abschnittsweise
so gestaltet sein sollten. Von daher kann sich in Seitenbetrachtung
auch eine mehr zickzackförmige
Ableitungsstruktur ergeben. Im Sinne der Erfindung ist vor allem
wichtig, dass über
längere Wegstrecken
exakt vertikal verlaufende Leitungsabschnitte für die Blitzableitung vermieden
werden, da hierdurch die Sende- und Empfangseigenschaften von vertikal
polarisierten Strahlern und Strahlerelementen verschlechtert werden.
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Ebenso ist es möglich, dass die Blitzableitung
beispielsweise rechtsdrehend, vorzugsweise auf dem Schutzgehäuse 5 umlaufend
angeordnet ist und dann in einer bestimmten Höhe in eine gegensinnige Helix-
oder Wendelstruktur übergeht.
Erfolgt ein derartiger Wechsel häufiger,
so kann von einer Zickzack-Struktur gesprochen werden, wie dies
beispielsweise anhand von 6 und 7 erläutert ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach 6 ist dabei die erste Blitzableitung 17a von
oben nach unten zickzackförmig
gestaltet. Das Gleiche gilt für
die Blitzableitung 17b, 17c und 17d.
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Dabei sind in dem Ausführungsbeispiel
gemäß 6 vier von oben nach unten
führende
Ableitungen 17a bis 17d gezeigt, die jeweils paarweise
gegensinnig ausgerichtet sind, wobei sie sich an ihren aufeinander
zu weisenden Koppelstellen 107 berühren. Das Ausführungsbeispiel
ist also so gewählt,
als ob eine rechtsdrehende und eine linksdrehende Wendel (hier mit
gleicher Steigung) vorgesehen sind, die sich jeweils an den Koppelstellen 107 berühren.
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Grundsätzlich ergibt sich dadurch
auch eine Blitzableitung, die von oben nach unten verlaufend zickzackförmig beschrieben
werden könnte.
Dabei könnten
die zickzackförmigen
Ableitungen an ihren Koppelstellen auch getrennt und seitlich weiter
auseinander liegend angeordnet werden.
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Dies ist vom Prinzip her anhand von 7 erläutert, bei welchem jedoch abweichend
von 6 die Anordnungen
gleichsinnig ausgerichtet sind. Insbesondere bietet sich dann auch
an, wie dies anhand von 7 gezeigt
ist, dass sich die einzelnen Strukturen 17a bis 17d nicht überlappen,
so dass in einem gedachten Vertikalstreifen 105 jeweils
ein Abschnitt zu liegen kommt, in welchem keine Blitzableitungsstrukturen
vorgesehen sind.
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Abweichend von der Darstellung gemäß 7 könnten die Blitzableiter aber
auch von oben nach unten sinusförmig
verlaufend ausgebildet sein. Auch Mischformen zwischen einer sinusförmigen und
einer zickzackförmigen
Struktur sind denkbar. Dabei haben die Blitzableiter eine Doppelfunktion. Sie
dienen zum einen der Blitzableitung und sollen zum anderen einen
Schutz vor seitlichen Einschlägen
bieten. Sie werden von daher in der Literatur häufig auch als Fangleiter bezeichnet.
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In der Praxis werden bei einer Ausführungsform
entsprechend 7 oder
beispielsweise mit sinusförmigen
oder eher sinusförmigen
Blitzableitungen in der Regel bevorzugt nicht nur zwei, sondern drei
oder vier derartiger Ableitungen vorgesehen sein. Durch die entsprechende
Ausgestaltung erhöht sich
der Schutzbereich. Der kleinste Abstand zwischen zwei benachbarten
Fangleitungen sollte dabei bevorzugt kleiner als 4 m sein.