EP1548874B1 - Blitzschutz für Antennenanlagen - Google Patents

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EP1548874B1
EP1548874B1 EP04016127A EP04016127A EP1548874B1 EP 1548874 B1 EP1548874 B1 EP 1548874B1 EP 04016127 A EP04016127 A EP 04016127A EP 04016127 A EP04016127 A EP 04016127A EP 1548874 B1 EP1548874 B1 EP 1548874B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lightning
protection device
lightning protection
radiator
antenna
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP04016127A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1548874A1 (de
Inventor
Hermann Zehetner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kathrein SE
Original Assignee
Kathrein Werke KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Kathrein Werke KG filed Critical Kathrein Werke KG
Priority to SI200430516T priority Critical patent/SI1548874T1/sl
Publication of EP1548874A1 publication Critical patent/EP1548874A1/de
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Publication of EP1548874B1 publication Critical patent/EP1548874B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors

Definitions

  • the invention relates to a lightning protection for antenna systems according to the preamble of claim 1.
  • radiator and radiator structures In order to protect such antenna systems from weather and environmental influences, they are usually housed in a surrounding the radiator and radiator structures cylindrical protective housing. It is a permeable to electromagnetic radiation housing, which is usually formed of a glass fiber reinforced plastic (GRP).
  • GRP glass fiber reinforced plastic
  • Typical dimensions of such cylinders for broadcast transmit antennas are from 0.3m to 4m in diameter and more.
  • the height of such cylindrical protective housing may well have values of 20 m to 30 m.
  • the lightning protection consists of a lightning catcher at the upper end of the cylindrical protective housing.
  • lightning rods or general Lightning arresting devices arranged offset in the circumferential direction, for example in the form of straight line ends that project with radially and vertically upward component outward and free ends.
  • lightning baskets in which two diametrically opposed and outwardly extending, free ends of metallic rods are connected to each other via a semicircular electrical connection line or metal rod, resulting in a basket-like design.
  • the lightning catch basket thus formed is then connected to a plurality of circumferentially offset lightning derivatives, which extend at the outer periphery of the cylinder in the vertical direction down to the cylinder base, where they are connected to the ground potential.
  • the lightning current can be derived from the lightning catcher to ground.
  • such lightning rods are also suitable to protect the entire antenna assembly against lateral impacts.
  • the antenna system comprises transmitting antennas with horizontally polarized radiators (for example, horizontally polarized dipole radiators or slot radiators, etc.), then the influence of the lightning arrester is generally very small due to the polarization decoupling.
  • horizontally polarized radiators for example, horizontally polarized dipole radiators or slot radiators, etc.
  • An antenna arrangement with a radome and a lightning protection device is also made of Patent Abstract of Japan vol. 2002, no. 05, 3 May 2002 (2002-05-03 ) JP 2002 016420 A (Mitsubishi Electric Corp .; NTT Docomo Inc.), January 18, 2002 (2002-01-18). It is provided a cap-shaped radome, in which circumferentially offset lying from top to bottom extending lightning conductors are provided.
  • a lightning protection device with such a cap-shaped radome for an antenna device can also be used in connection with an aircraft, for example, if the "leading nose" of the aircraft is designed as a cap-shaped random below which the antenna device is provided.
  • the lightning protection device then runs along a leading section on the outer shell of the radome, each at different levels, which are in intersect a longitudinal axis passing through the aircraft in the longitudinal direction.
  • An antenna arrangement consisting of one antenna each for horizontally and vertically polarized radiation is also known from US Pat DE 12 97 707 B become known, wherein the antenna is disposed within a tubular mast covering of insulating material.
  • wires or bars are provided which extend in the vertical direction and geebenmann can act as additional vertically polarized antenna.
  • the flash bands are each divided into ⁇ / 4 to ⁇ / 2 long sections and fed accordingly via coaxial cable.
  • Object of the present invention is in contrast to provide an improved and yet simple design lightning protection for antenna systems, which are usually surrounded by a permeable to electromagnetic radiation protective housing.
  • a clear improvement of the radiation characteristic, in particular for vertically polarized antennas and transmitting antennas, can be realized by designing the lightning conductors or the lightning conductor structure in such a way that the at least one provided lightning discharge or lightning conductor individual sections thereof are helical, helical, helical, zigzag and / or sinusoidal.
  • the at least one lightning derivative or portions thereof is or are arranged in a pitch angle ⁇ , which is greater than 20 ° and smaller than 87 ° compared with the vertical.
  • This lightning arrester surrounds the radiators and radiator structures of the antenna system.
  • at least two mutually offset by 180 ° helix or helix sections are provided, which are preferably mounted on the GRP cylinder.
  • a lightning arrester structure formed in this way can also be used from home with emitters or emitter elements which transmit or receive, for example, in horizontal polarization.
  • a lightning arrester structure also has advantages if the transmitter system should initially only comprise radiators or radiator structures with horizontal polarization. Even with a retrofitting of the antenna system with vertical radiators or radiator structures, this has the advantage that the lightning arrester structure can be left unchanged since, when using the lightning arrester structure according to the invention, the optionally retrofitted vertically polarized antenna elements are not adversely affected in terms of their electrical characteristic transmission and reception characteristics.
  • the slope of the helical or helical spaced apart from the antenna around this lightning rod structures can vary widely with respect to the slope and / or the number of helices.
  • the formation is such that at least each vertical strip is crossed on the usually provided cylindrical protective casing of the antenna mast system at least once by the helix, helical or diagonal-shaped lightning conductor structure or lightning conductor line.
  • the pitch of the helical structure can vary within wide ranges and, for example, preferably more than 20 ° and less than 87 °. Preferred are angular ranges between 40 ° to 70 °.
  • the pitch of the helix is to be seen in relation to the number of circumferentially offset helical arrangement, since with increasingly denser lightning rod structure ultimately increasing shielding of the radiator and radiator elements could be caused on the antenna mast (Faraday effect).
  • an optimum is to be chosen, which takes into account that the lightning discharge should on the one hand as short as possible from top to bottom to the ground potential (ie as vertical), and on the other hand, the ground dissipation should be sufficiently inclined relative to the vertical in order to obtain the best possible radiation pattern ,
  • the lightning arrester leads which are inclined relative to the vertical, are not limited to a vertical component but are also aligned with a superimposed horizontal component, not in the sense of a continuous helix or helix must be arranged running from top to bottom. Rather, it is possible that the lightning conductor lines are arranged for example in a side view of the antenna mast or in side view on the antenna mast and the radiator surrounding preferably cylindrical protective sheath, for example, zigzag-shaped running from top to bottom. Decisive in the context of the invention is merely that individual, belonging to the lightning rod structure electrical lines and derivatives are not exactly aligned vertically, but are aligned when looking at the page so that their positioning results as superposition of a vertical and horizontal component.
  • the antenna system comprises a vertically oriented supporting structure 1, on which in the vertical direction one above the other and in the circumferential direction offset a plurality of radiators 3 and radiator structures 3 are arranged for transmitting and / or receiving.
  • Such an antenna system can serve, for example, as a television and / or radio antenna system which operates, for example, in the so-called Band III (174 MHz to 230 MHz) and / or, for example, in Band IV and V (470 MHz to 860 MHz).
  • the transmitter can send and receive in the FM range, so for example in the 88 to 108 MHz range.
  • the entire supporting structure 1 with the radiators and radiator structures 3 is arranged in the exemplary embodiment shown in a cylindrical protective housing 5 and thereby protected from environmental influences. It is a protective housing permeable to electromagnetic radiation, usually a GRP housing.
  • the load-bearing structure 1 can essentially be formed by the cylindrical protective housing 5, which comprises cross-members in the interior at a vertical spacing.
  • the radiator and radiator structures can then be fastened inwardly protruding to the protective covering.
  • Einraumen may be provided in the interior of the protective sheath, for example, steel beams on which then the radiator and radiator structures as well as the protective sheath attached in addition to or connected.
  • a so-called flash catcher 9 is provided in the upper end 5 'of the protective housing.
  • This includes one conductive, on the front end 5 'of the protective housing 5 patch cover 11, which are circumferentially offset with vertical and horizontal component outwardly radially projecting lightning rods 11a are arranged, which are electrically connected via one or more annular connecting lines 11b connecting them, whereby also a mechanical support of the lightning rods 11a is ensured.
  • two diagonally opposite ends of the aforementioned lightning rods 11a are connected by means of convexly upwardly projecting semicircular conductor sections 11c, resulting in a structure formed in the manner of an inverted basket, which is why this arrangement is also called a lightning trap.
  • the flash catcher 9 with a ground potential 15 at the antenna 1 'connecting lightning 17 are provided.
  • these lightning conductors 17 consist of two helical or helical lightning conductors 17 which are offset by 180 ° and, in the exemplary embodiment shown in FIG. 1, rotate the cylindrical protective housing 5 at least once from top to bottom.
  • the individual lightning derivatives include a pitch angle ⁇ with respect to the horizontal.
  • the gradients of the individual lightning conductors may well be on the order of a few meters.
  • the pitch angle ⁇ may therefore preferably have values between 20 ° to 87 ° relative to the horizontal, in particular values between preferably 40 ° to 70 °.
  • a einlündlige lightning rod structure can be selected.
  • the arrangement should be such that the at least one spiral formation of the discharge line 17 over the entire length of the protective housing 5 rotates the antenna mast with the radiator and radiator structures at least once, preferably several times.
  • FIG. 5 shows a lightning arrester structure with four lightning derivatives 17 offset in the circumferential direction, whose pitch angle ⁇ is steeper, for example, than in the exemplary embodiment according to FIG. 3 and 4 and about 45 °.
  • helix or helixes 17 are designed to run left or right can be chosen as desired.
  • FIG. 6 it is shown with respect to the protective housing reproduced in the manner of a development in side view that the lightning conductors 17 basically do not have to be helical or helical over the entire height, but should only be configured in sections. Therefore, a more zigzag-shaped derivative structure may result in side view.
  • the lightning discharge for example, clockwise, preferably on the protective housing 5 is arranged circumferentially and then merges at a certain height in an opposing helical or helical structure. If such a change occurs more frequently, it is possible to speak of a zigzag structure, as is explained with reference to FIGS. 6 and 7, for example.
  • the first lightning conductor 17a is zigzag-shaped from top to bottom. The same applies to the lightning discharge 17b, 17c and 17d.
  • FIG. 1 In this case, four are in the embodiment of FIG shown from top to bottom leading leads 17a to 17d, which are each aligned in pairs in opposite directions, touching each other at their coupling points 107 facing each other.
  • the embodiment is therefore chosen as if a clockwise and a left-handed helix (here with the same pitch) are provided, which touch each other at the coupling points 107.
  • the zigzag derivatives could also be separated at their coupling points and arranged laterally further apart.
  • the lightning conductors could also be designed sinusoidally running from top to bottom. Mixed forms between a sinusoidal and a zigzag structure are also conceivable.
  • the lightning conductors have a double function. On the one hand, they serve as lightning conductors and on the other hand they are intended to provide protection against lateral impacts. They are therefore often referred to in the literature as a guide.

Landscapes

  • Details Of Aerials (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Elimination Of Static Electricity (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Blitzschutz für Antennenanlagen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • 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.
  • 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.
  • Im Allgemeinen besteht der Blitzschutz aus einem Blitzfangkorb am oberen Ende des zylinderförmigen Schutzgehäuses. Häufig sind dazu mehrere Blitzfangstangen oder allgemein 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.
  • 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.
  • Allerdings beeinflussen alle metallischen Gebilde inner- und außerhalb des Schutz-Zylinders die elektrischen Eigenschaften der Antennenanordnung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Eine Antennenanordnung mit einem Radom und einer Blitzschutzeinrichtung ist auch aus dem Patent Abstract of Japan Bd. 2002, Nr. 05, 3. Mai 2002 (2002-05-03) & JP 2002 016420 A (Mitsubishi Electric Corp.; NTT Docomo Inc.), 18. Januar 2002 (2002-01-18) bekannt geworden. Es ist ein kappenförmiges Radom vorgesehen, bei welchem in Umfangsrichtung versetzt liegend von oben nach unten verlaufende Blitzableitungen vorgesehen sind.
  • Eine Blitzschutzeinrichtung mit einem derartigen kappenförmigen Radom für eine Antenneneinrichtung kann beispielsweise auch im Zusammenhang mit einem Flugzeug verwendet werden, wenn nämlich die "vorlaufende Nase" des Flugzeuges als kappenförmiges Random ausgestaltet ist, unterhalb dessen die Antenneneinrichtung vorgesehen ist. Die Blitzschutzeinrichtung läuft dann dabei von einem vorlaufenden Abschnitt an der Außenhülle des Radoms entlang, und zwar jeweils in verschiedenen Ebenen, die sich in einer durch das Flugzeug in Längsrichtung durchlaufenden Längsachse schneiden.
  • Eine Antennenanordnung bestehend aus je einer Antenne für horizontal und vertikal polarisierte Abstrahlung ist auch aus der DE 12 97 707 B bekannt geworden, wobei die Antenne innerhalb einer rohrförmigen Mastverkleidung aus Isolierstoff angeordnet ist. Am Umfang der Zylinderverkleidung sind unmittelbar auf dem Kunststoffzylinder aufliegende oder in einem gewissen Abstand vor diesen angeordnete Blitzbänder in Form von Metallbändern, -drähten oder -stäben vorgesehen, die in Vertikalrichtung verlaufen und geebenenfalls auch als zusätzliche vertikal polarisierte Antenne wirken können. In diesem Falle werden die Blitzbänder jeweils in λ/4 bis λ/2 lange Abschnitte aufgeteilt und entsprechend über Koaxialkabel gespeist.
  • 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.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • 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 zumindest eine vorgesehene Blitzableitung oder einzelne Abschnitte davon helix-, wendel-, schrauben-, zickzack- und/oder sinusförmig verlaufen.
  • Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die zumindest eine Blitzableitung oder Abschnitte davon in einem Steigungswinkel α angeordnet ist bzw. sind, der größer als 20° und kleiner als 87° verglichen mit der Vertikalen ist. Diese Blitzableitung umgibt die Strahler und Strahlerstrukturen der Antennenanlage. Bevorzugt sind dabei zumindest zwei um 180° versetzt zueinander liegende Wendel oder Wendelabschnitte 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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. Entscheidend 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.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen:
    • Figur 1:
    eine schematische Seitenansicht einer Antennenanlage mit einem Antennenmast und einem zylinderförmigen GFK-Schutzgehäuse mit oben angeordnetem Blitzfangkorb und zwei helixförmigen Blitzableitungen;
    Figur 2:
    eine perspektivische Darstellung der Blitzableiter-Strukturen in dreidimensionaler Wiedergabe mit zwei wendelförmigen Blitzableitern;
    Figur 3:
    eine Abwicklung des in Figur 1 und 2 wiedergegebenen zylinderförmigen Schutzmantels lediglich in einer Teilhöhe mit den darauf befindlichen Blitzableitungen entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2;
    Figur 4:
    ein zu Figur 3 abgewandeltes Ausführungsbeispiel in abgewickelter Seitendarstellung im Falle von drei versetzt zueinander angeordneten helixförmigen Blitzableitungen;
    Figur 5:
    ein zu Figur 4 abgewandeltes Ausführungsbeispiel in abgewickelter Seitenansicht, bei welchem vier Ableitungen mit größerem Steigungswinkel verwendet werden;
    Figur 6:
    ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel mit zickzackförmig von oben nach unten verlaufenden Blitzableitungen, wo jeweils benachbarte Blitzableitungen symmetrisch zueinander angeordnet sind; und
    Figur 7:
    ein zu Figur 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).
  • In Figur 1 ist in schematischer Seitenansicht eine Antennenanlage mit einer Blitzschutzeinrichtung gezeigt.
  • 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.
  • 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.
  • 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 vorstehenden halbkreisförmigen Leitungsabschnitten 11c verbunden, wodurch sich eine nach Art eines umgekehrten Korbes gebildete Struktur ergibt, weshalb diese Anordnung auch Blitzfangkorb genannt wird.
  • Gemäß Ausführungsbeispiel nach Figur 1 und 2 sind am Au-ßenumfang 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 Figur 1 aus zwei um 180° versetzt zueinander liegenden helix- oder wendelförmigen Blitzableitungen 17, die im gezeigten Ausführungsbeispiel nach Figur 1 das zylinderförmige Schutzgehäuse 5 beispielsweise zumindest einmal von oben nach unten umlaufen.
  • In Figur 2 ist in perspektivischer Darstellung diese Blitzableiter-Struktur ohne Antennenmast und Strahler bzw. Strahlerstrukturen und ohne Blitzfangkorb 9 wiedergegeben.
  • In Figur 3 ist dabei die Seitenansicht des zylinderförmigen Schutzgehäuses 5 in abgewickelter Darstellung wiedergegeben.
  • 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°.
  • 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.
  • Anhand von Figur 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 Figur 5 eine Blitzableiter-Struktur mit vier in Umfangsrichtung versetzt liegenden Blitzableitungen 17 gezeigt, deren Steigungswinkel α beispielsweise steiler ist als bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 und 4 und etwa 45° beträgt.
  • Ob die Wendel oder die Wendeln 17 links oder rechts herum verlaufend ausgebildet sind, kann beliebig gewählt werden.
  • Anhand von Figur 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.
  • 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 Figur 6 und 7 erläutert ist.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 6 ist dabei die erste Blitzableitung 17a von oben nach unten zickzackförmig gestaltet. Das Gleiche gilt für die Blitzableitung 17b, 17c und 17d.
  • Dabei sind in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 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.
  • 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.
  • Dies ist vom Prinzip her anhand von Figur 7 erläutert, bei welchem jedoch abweichend von Figur 6 die Anordnungen gleichsinnig ausgerichtet sind. Insbesondere bietet sich dann auch an, wie dies anhand von Figur 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.
  • Abweichend von der Darstellung gemäß Figur 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.
  • In der Praxis werden bei einer Ausführungsform entsprechend Figur 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.

Claims (12)

  1. Blitzschutz für Antennenanlagen, mit mehreren in Vertikalrichtung versetzt liegenden Strahler und Strahleranordnungen (3), mit einer tragenden Struktur (1), mit folgenden Merkmalen:
    - es ist eine Blitzschutzeinrichtung vorgesehen,
    - die Blitzschutzeinrichtung umfasst von oben nach unten zu einem Massepotiential (15) verlaufende Blitzableitungen (17),
    gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale:
    - die zumindest eine von oben nach unten verlaufende Blitzableitung (17) ist oder einzelne Abschnitte davon sind in Seitenbetrachtung winkelig gegenüber der Vertikalen ausgerichtet, indem die Blitzableitung (17) oder einzelne Abschnitte davon helix-, wendel-, schrauben-, zickzack- und/oder sinusförmig verlaufen.
  2. Blitzschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Blitzableitung (17) oder Abschnitte davon in einem Steigungswinkel α angeordnet ist bzw. sind, der größer als 20° und kleiner als 87° ist, vorzugsweise größer als 40° und kleiner als 70° ist.
  3. Blitzschutz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei um 180° versetzt zueinander liegende helix-, wendel- oder schraubenförmige Blitzableitungen (17) vorgesehen sind.
  4. Blitzschutz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blitzableitungen (17) in axialer Draufsicht spiralförmig ausgebildet sind und sich dabei über eine axiale Höhe erstrecken.
  5. Blitzschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Blitzableitung (17) vorgesehen ist, die in Seitenbetrachtung von oben nach unten verlaufend von einer rechtsdrehenden in eine linksdrehende Helix-, Wendel- oder Schraubenstruktur oder umgekehrt übergeht.
  6. Blitzschutz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Blitzableitung (17) vorgesehen ist, die in Seitenansicht von oben nach unten zickzackförmig oder sinusförmig oder eine Mischform davon von oben nach unten hin und her verlaufend ausgebildet ist.
  7. Blitzschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieser bei Antennenanlagen vorgesehen ist, die horizontal polarisierte Strahler und Strahlerstrukturen (3) umfassen.
  8. Blitzschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieser bei Antennenanlagen vorgesehen ist, die horizontal polarisierte Strahleranordnung, vertikal polarisierte Strahleranordnungen und/oder zirkular polarisierte Strahleranordnungen (3) umfassen.
  9. Blitzschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zickzack- und/oder sinusförmig oder in sonstiger Weise von oben nach unten hin und her verlaufende Blitzableitung (17) in Umgangsrichtung der Antennenanordnung zumindest zweifach, vorzugsweise drei- oder vierfach versetzt zueinander angeordnet ist.
  10. Blitzschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenanlage Strahler und Strahlerstrukturen umfasst, die insbesondere für den DVB-T-Betrieb vorgesehen sind.
  11. Blitzschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Strahler oder Strahlerstrukturen (3') umgebendes, vorzugsweise zylinderförmiges Schutzgehäuse (5) aus für elektromagnetische Strahlen durchlässigem Material vorgesehen ist.
  12. Blitzschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Blitzableitungen (17) mit dem Schutzgehäuse (5) mechanisch verbunden sind.
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