DE597416C - Als Antennenleiter dienender Antennenmast - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
25. MAI 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 a* GRUPPE 64

Blaw-Knox Company in New Jersey, V. St. A.*) Als Antennenleiter dienender Antennenmast

Patentiert im Deutschen Reiche vom 15. März 1931 ab

ist in Anspruch genommen.

Es ist seit langem bekannt, daß aus einem einzigen vertikalen Leiter bestehende Antennen für die Sendung besonders gut geeignet sind, da die Energieausstrahlung nach allen Richtungen gleichmäßig erfolgt. Die Verankerung solcher Antennen ist jedoch besonders schwierig, und es treten mannigfache elektrische und mechanische Schwierigkeiten in Verbindung mit der Verankerung auf, die nicht restlos überwunden werden konnten. Die Länge der Vertikalantenne soll etwa gleich der halben Länge der Sendewelle sein, so daß sich bei Sendern für normale Rundfunkwellen eine Höhe von über 100 m ergibt, die eine vielfache Verankerung erforderlich macht. Durch die Verankerungsdrähte wird jedoch ein beträchtlicher Teil der ausgestrahlten Energie sofort aufgefangen und zur Erde abgeleitet.

Diese Schwierigkeiten sind gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch beseitigt, daß als Antennenleiter dienender Antennenmast als starrer Körper gleicher Festigkeit mit einem sich von einem mittleren Punkt nach unten und oben verjüngender Querschnitt ausgebildet und außer an seinem vom Boden isolierten Fußpunkt lediglich an einem weiteren an oder in der Nähe seiner breitesten Stelle gelegenen Punkt verankert ist.

Diese Ausbildung des Mastes hat den Vorteil, daß er gewissermaßen einen Träger darstellt, der an zwei Stellen gestützt ist, nämlich am Fuß und im Angriffspunkt der Verankerungen, so daß er als ein Ausleger angesehen und hinsichtlich der Beanspruchungen dementsprechend berechnet werden kann, so daß die Berechnung und die Konstruktion viel einfacher ist als bei den bisher üblichen Antennen mit breitem Fuß und mehrfacher Verankerung. Außerdem ist infolge der kleinen Fläche des Fußes und der geringen Anzahl der isolierten Verankerungen der Energieverlust, sehr gering.

Die Verankerungen können aus Verankerungsdrähten bestehen oder aus starren Trägerkonstruktionen, die vorzugsweise ähnlich wie der Turm selbst ausgeführt sind. Ein. Vorteil der letzteren Anordnung ist, daß die

*) Von dem Patent sucher sind als die Erfinder angegeben worden: Ralph L. Jenner in East Orange, New Jersey, und Nicholas Gerten in Pittsburgh, V. St. A.

ganze Konstruktion auf Druck beansprucht wird, während die Verankerungsdrähte einer Zugbeanspruchung unterliegen.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Verwendung der einzelnen Bestandteile des Turmes, so daß der Turm einen einzigen guten Leiter geringen Widerstandes darstellt. Würde man bei der Verwendung der das Gitterwerk bildenden Träger in der üblichen

ίο Weise vorgehen, so erhielte man vielleicht Verbindungspunkte mit hohem Übergangswiderstand infolge von Korrosionseinflüssen und ungenügendem Kontakt zwischen den miteinander verbundenen Teilen.

Die Entstehung hoher Übergangs widerstände wird gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß zwischen die miteinander zu verbindenden Teile Bleche aus weichem Material hoher elektrischer Leitfähigkeit eingelegt werden, die unter dem Druck der Verschraubung oder Verkittung dieser Teile flüssig werden und dadurch eine elektrisch sehr gut leitende Verbindung herstellen.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung betrifft die Aufrichtung des Turmes, die bei hohen labilen Konstruktionen ein schwieriges Problem darstellt. Um die Notwendigkeit des Bauens eines besonderen Gerüstes für die Aufstellung zu vermeiden, wird der Turm zunächst aus zwei Teilen zusammengesetzt, die für sich genommen stabil sind. Der obere Teil des Turmes wird mit seinem breitesten Teil auf den Boden gesetzt und dient nun als Gerüst für die Aufrichtung des unteren, auf der Spitze stehenden labilen Teiles. Nachdem der untere Teil aufgerichtet ist und verankert ist/wird der obere Teil auf ihn aufgesetzt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung bildet ein Mittel zur genauen Einstellung der WeI-lenlänge. Diese Einstellung erfolgt mit Hilfe einer Stange aus elektrisch leitendem Material, welche mit dem Turm elektrisch leitend verbunden ist und über ihn hinausragt, wobei die Stange gehoben und gesenkt werden kann.

Dieses Merkmal ist sehr wichtig, weil es schwierig ist, die optimale Länge der Antenne für eine bestimmte Wellenlänge von vornherein genau zu bestimmen/

In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Abb. ι und 2 zeigen Ansichten der erfindungsgemäßen Vertikalantenne von der Seite und von oben;
Abb. 3 zeigt den Fuß des Turmes in vergrößertem Maßstab;

Abb. 4 zeigt eine andere Ausführungsform des Fußes;

Abb. S zeigt die Verbindung der den Turm bildenden Träger;

Abb. 6 zeigt eine Ausführung des Turmes mit starren Verankerungen;

Abb. 7 ist ein Schema für die Aufrichtung des Turmes in der Weise, daß der obere Teil des Turmes als Gerüst zur Aufrichtung des unteren Teiles dient;

Abb. 8 zeigt die Erdung der Antenne.
'. Die in den Abb. 1 und 2 dargestellten Vertikalantennen bestehen aus vier Vertikalträgern 10, 11, 12 und 13, die aus Winkeleisen zusammengesetzt sind und mittels Querträgern 14 miteinander verbunden sind. Die Vertikalträger sind an den Ecken eines Quadrates angeordnet, wie aus Abb. 2 hervorgeht. Die .Fläche dieses Quadrates verringert sich stetig von der Stelle seiner großten Entfernung, die eben in der Mitte des Turmes liegt, nach oben und unten. Am Fuß des Turmes sind die Vertikalträger annähernd zu einem Punkt vereinigt, und die größte Breite des Turmes ist im Vergleich zur Höhe so klein gehalten, als mit Rücksicht auf Festigkeit und Steifigkeit der Konstruktion dies möglich ist.

Es wurde gefunden, daß die Höhe des Turmes etwa das Zwanzigfache seiner großten Breite betragen kann, d. h. der Seitenlänge des von den Vertikalträgern gebildeten Quadrates am weitesten Teil des Turmes.

Die unteren Enden der vier Vertikalträger sind im Fuß des Turmes vereinigt, wie aus Abb. 3 hervorgeht, und ruhen auf einer quadratischen Grundplatte 15. Die Grundplatte ist mit einer ebenfalls quadratischen Erhöhung 16 versehen, an deren Ecken die unteren Enden der Vertikalträger anliegen. Diese Trägerenden sind durch vier Seitenplatten 17 miteinander verbunden, die so stark sind, daß ihre Außenseiten genau, in der Verlängerung der Außenseiten der Grundplatte 15 liegen. Die Verbindung der Vertikalträger mit der Grundplatte erfolgt durch vier breitere Seitenplatten 18, die einen Teil der Platten 17 und einen Teil der Grundplatte 15 verdecken und die mit beiden verschraubt sind. Die Grundplatte ist mit einem Hohlraum 21 versehen, in welchen die Kugel 22 hineinragt. Die Unterlage 23 der Kugel ist mit kreisrunden Öffnungen 24 versehen, in welche die oberen Enden der zylindrischen Isolationen 25, 26 und 27 hineinragen, deren untere Enden sich auf eine schräge Grundplatte 28 stützen, welche in einem Betonfundament 29 befestigt ist.

Abb. 4 zeigt eine andere Ausführungsform des Fußes des Turmes im Schnitt, bei der nur ein Isolator befestigt wird. Die Unterlage 19 der Kugel ist hier an Stelle der drei kreisrunden öffnungen mit einer kreisförmigen Nut 91 versehen, in welche ein schwerer konischer Isolator 92 hineinragt, der seinerseits in einer entsprechenden Nut in der Grundplatte 93 ruht.

Zusätzlich zur Verankerung des Fußes des Turmes, welche den Hauptteil der Belastung aufnimmt, sind an oder in der Nähe der breitesten Stelle des Turmes weitere Verankerungen vorgesehen, die die Vertikallage des Turmes sichern. Diese Verankerungen bestehen aus Verankerungsdrähten 30, 31, 32 und 33, die mittels zwischengeschalteter Isolatoren 34, 35, 36 und 37 an den Ecken des Turmes befestigt sind. Die Befestigungspunkte der Verankerungsdrähte am Turm liegen im wesentlichen in einer Horizontalebene. Es ist zweckmäßig, diese Ebene möglichst tief zu legen, damit die Drähte von der ausgestrahlten Energie so wenig als möglich zur Erde ableiten. Vorteilhaft sind die Drähte an der breitesten Stelle des Turmes befestigt. . Die Spitze des Turmes, die einen im Vergleich zur breitesten Stelle desselben geringen Querschnitt besitzt, ist mit einer Plattform 38 versehen, in der ein zentral gelegenes Loch vorgesehen ist. Auf diesem Loch ist eine Tragvorrichtung 39 angeordnet, in welcher eine Stange 40 befestigt ist. Die Tragvorrichtang ist so ausgebildet, daß sie das Heben und Senken dieser Stange zwecks genauer Einstellung der Antennenlänge ermöglicht. Zu diesem Zwecke besitzt die Tragvorrichtung zweckmäßig Ringe, deren Achsen mit den Achse des Loches in der Plattform 38 zusammenfällt, und die Stange 40 ist in diesen Ringen' mittels Schrauben festgeklemmt.

Zur Ermöglichung der Überwachung der Konstruktion und der Einstellung der Stange 40 ist eine Anzahl von Plattformen 41, 42, 43 und'44 sowie Leitern 46, 47, 48, 49 und 50 vorgesehen. Die Plattformen sind ungefähr gleichmäßig auf die ganze Höhe des Turmes verteilt, und die Leitern führen von einer Plattform zur anderen. Die einstellbare Stange 40 ist für eine gute Arbeitsweise der. Antenne nicht unbedingt erforderlich und stellt eine Verbesserung dar, die auch gegebenenfalls fortgelassen werden kann.

In Abb. 5 sind 51 und 52 aneinander in Vertikalrichtung anschließende, einen Bestandteil des Vertikalträgers bildende Winkeleisen. Die Enden dieser Winkeleisen sind überlappt Und unter Zwischenlage einer' Zwischenschicht 53 durch Nieten oder Schrauben miteinander verbunden. Die Zwischenschicht besteht aus einem weichen Metall höher elektrischer Leitfähigkeit, das unter dem Druck der Nieten oder Schrauben flüssig wird und alle Unebenheiten an der Oberfläche der Träger ausfüllt. Die Querträger 54 und 55 sind mit den Vertikalträgern ebenfalls unter Zwischenlage von solchen Schichten 56, 57 verbunden,

Abb. 6 zeigt eine Vertikalantenne gemäß der Erfindung, die aus einem Turm 60 besteht, der etwa demjenigen in Fig. 1 entspricht und mittels starrer Trägerkonstruktionen 61, deren Form etwa derjenigen des Turmes. entspricht, unter Zwischenschaltung von Isolatoren 62 verankert ist. Bei dieser Ausführung werden alle Teile des Turmes unter Druck beansprucht, bis auf die durch den Winddruck hervorgerufene Biegungsbeanspruchung. Mit Rücksicht auf die große Festigkeit der starren Verankerung kann diese an einen tiefer gelegenen Punkt des Turmes angreifen, als es bei Verankerungsdrähten der Fall ist, und dies hat den Vorteil, daß weniger von der ausgestrahlten Energie zur Erde abgeleitet wird. Die starre Verankerung greift zweckmäßig in etwa einem Viertel der Gesamthöhe des Turmes an diesen an, wobei die breiteste Stelle des Turmes im Angriffspunkt der Verankerung liegt. Diese Antenne kann mittels einer beweglichen Stange an ihrer Spitze in derselben Weise in der Höhe einstellbar gerichtet werden, wie die in Abb. 1 dargestellte Antenne.

Mit Rücksicht darauf, daß der Fuß des Turmes im wesentlichen punktförmig ist, ist die Aufrichtung des Turmes mit Schwierigkeiten verbunden, und man wäre geneigt, für die Aufrichtung des unteren Teiles ein besonderes Gerüst vorzusehen. Gemäß der weiteren Erfindung wird die Notwendigkeit der Verwendung eines solchen Gerüstes dadurch vermieden, daß, wie in Abb. 7 dargestellt, der obere Teil des Turmes, der eine breite Grundfläche hat und infolgedessen stabil ist,, zur Aufrichtung des unteren Teiles des Turmes herangezogen wird. Der obere Teil 70 wird erst auf dem Fundament des Turmes aufgestellt und dient als Gerüst für die Auf richtung des unteren Teiles 71. Nachdem der Teil 70 fest verankert ist, wird der Teil 70 auf den Teil 71 aufgesetzt.

Da der Turm lediglich am Fußpunkt und außerdem an einer einzigen Stelle gestützt ist, stellt er offensichtlich einen Ausleger dar. Die Belastungsverteilung an einem solchen Ausleger ist verhältnismäßig einfach, und die Methoden zur Bestimmung der Belastung sind in jedem einschlägigen Buch zu finden, so daß der Entwurf einer· solchen Antenne außerordentlich einfach ist. Bei Benutzung einer solchen Vertikalantenne stellt die gute Erdung des Sendeapparates eine wichtige Frage dar. Vorteilhaft wäre zu diesem Zweck ein Drahtnetzwerk in den Boden unterhalb der Antenne gelegt, die Drähte untereinander elektrisch verbunden und die Verbindungsleitungen zu einer feuchten Stelle des Erdreichs geführt.

Bei der in Abb. 8 dargestellten Anordnung sind die Drähte 80 parallel zueinander in einem Abstand von etwa je 50 cm in die Erde

eingelegt, so daß sie eine quadratische Fläche bilden, deren Diagonalen sich im Fußpunkt der Antenne schneiden. Verbindungsleitungen Si überqueren das Quadrat nach. Art von Diagonalen und sind mit jedem der parallelen Drähte elektrisch verbunden. Die Verbindungaleitungen sind zu einer feuchten Stelle des Erdreiches geführt. Das kleine Quadrat 82 stellt das Fundament der Antenne dar. ίο Eine zweckmäßige Art der A^erlegung des Netzwerkes ist es, in die Erde Furchen zu graben, die Drähte in die Furchen zu legen und die Furchen wieder zuzudecken. Die von den Drähten bedeckte Fläche braucht nicht quadratisch zu sein, sondern kann auch jede andere Form, z. B. die eines Kreises, haben. Im letzteren Falle können die Drähte vom Fußpunkt der Antenne in radialen Richtungen verlaufen und die Verbindungsleitungen kreisförmig sein. Der Durchmesser des Kreises bzw. die Seiten des Quadrats soll etwa doppelt so groß sein wie die Antennenhöhe.

Die beste Arbeitsweise der Antenne ergibt sich, wenn die Antennenlänge der halben Wellenlänge entspricht. Dementsprechend soll die Höhe von der Grundplatte bis zur Spitze des Turmes (oder der Stange, falls eine solche vorhanden ist) der halben Wellenlänge gleichgemacht werden. Es wurde gefunden, daß die Geschwindigkeit der Wellenausbreitung von der Antenne etwa der Lichtgeschwindigkeit oder der Geschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen entspricht, so daß die als Grund für die Berechnung der Turmhöhe dienende Wellenlänge in guter Annäherung der Länge der ausgestrahlten Wellen gleichgesetzt werden kann, wobei man jedoch auf die Bodenverhältnisse Rücksicht nehmen muß. Zum Ausgleich etwaiger geringer Unstimmigkeiten dient die an der Spitze des Turmes vorgesehene verstellbare Stange.

Da die größte Breite des Turmes im Vergleich zu seiner Höhe klein ist, erfolgt die Wellenausstrahlung durch die Antenne in derselben Weise, als ob sie ein einzelner Leiter geringer Stärke wäre, da die durch die räumliche Ausdehnung verursachte Wellendifferenz vernachlässigt werden kann. Ebenso ist mit Rücksicht auf die geringe Zahl der Verankerungen der Energieverlust außerordentlich gering.

Die Antennenleitung der'Sendeapparatur kann an jedem beliebigen Punkt an der Antenne angeschlossen werden, jedoch erfolgt der Anschluß zweckmäßig am Fußpunkt der Antenne, damit die Antenne als Halbwellenantenne arbeitet. Falls gewünscht, kann jedoch der Anschluß in der halben Höhe des Turmes erfolgen, wobei sich zwei Viertelwellenantennen ergeben, die ebenso wirkungsvoll arbeiten wie eine Halbwellenantenne, wobei allerdings der Nachteil entsteht, daß die Herstellung der Verbindung der Sendeapparatur mit dem Mittelpunkt des Turmes schwierig und kostspielig ist.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf die in den Zeichnungen gegebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschränkt ist, sondern auslegerartige Antennen im allgemeinen umfaßt. Falls gewünscht, kann der horizontale Querschnitt der Antenne quadratisch, mehreckig oder kreisförmig gemacht werden, in letzterem Fall durch Verwendung von gebogenen Querträgern zwischen den Vertikalträgern. Es kann zweckmäßig sein, für die Konstruktion des Turmes ein elektrisch besser leitendes Material als Stahl zu verwenden, und für diesen Fall kann die Stahlkonstruktion mit einem Metall, wie Kupfer, Zinn oder Zink, überzogen werden, welches gleichzeitig die Leitfähigkeit erhöht und das Rosten verhindert.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Als Antennenleiter dienender An- go tennenmast für Radiostationen, dadurch gekennzeichnet, daß er als starrer Körper gleicher Festigkeit mit einem sich von einem mittleren Punkt nach unten und oben verjüngenden Querschnitt ausgebildet und außer an seinem vom Boden isolierten Fußpunkt lediglich an einem weiteren an oder in der Nähe seiner breitesten Stelle gelegenen Punkt verankert ist.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verankerung durch Verankerungsdrähte gebildet ist.

3. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verankerung durch starre Träger gebildet ist.

4. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen je zwei miteinander zu verbindenden Trägern eine Schicht eines niedrig schmelzenden Metalls gelegt ist, welche unter dem Druck, bei dem die Träger beim Verbinden aneinandergepreßt werden, geschmolzen wird und dadurch eine größte elektrische Verbindung zwischen den Trägern herstellt.

5. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Turm auf einer Kugel ruht, die in eine entsprechend ausgehöhlte Grundplatte des Turmes gelegt ist.

6. Antenne nach Anspruch i, dadurch

gekennzeichnet, daß an der Spitze des Turmes ein in der Höhe verstellbarer Mast vorgesehen ist,

7. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Turmes der halben Länge der zu sendenden Welle entspricht.

8. Verfahren zur Errichtung des Turmes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der stabile Oberteil oder ein Teil desselben am Boden provisorisch aufgerichtet wird und als Gerüst für die Aufrichtung des unteren labilen Teiles des Turmes dient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen