DE20311442U1 - Radio antenna installation radome has individual unidirectional fibreglass curved panels with matching edges - Google Patents
Radio antenna installation radome has individual unidirectional fibreglass curved panels with matching edgesInfo
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Abstract
Description
Dr. Horn Patentanwalt European Patent Attorney European Trademark Attorney Dr. Horn Patent Attorney European Patent Attorney European Trademark Attorney
Gbm 37/03 ·) · ; . · · .·* . · · ·[ 24. Juli 2003 Gbm 37/03 ·) · ; . · · .·* . · · ·[ July 24, 2003
Verkleidungselement mit verbesserten elektromagnetischen Eigenschaften für Verkleidungen von Antennen und AntennenanlagenCladding element with improved electromagnetic properties for cladding of antennas and antenna systems
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Antennenverkleidung in Verbindung mit dem der Werkstoffe für Bauteile von Antennenverkleidungen, die nicht unmittelbar mit den Strahlungselementen mechanisch vereinigt sind und betrifft insofern eine Verkleidung aus einem Werkstoff aus Kunststoff mit speziellen für die Funk- und Hochfrequenztechnik geeigneten Eigenschaften für eine Antenne oder eine Ansammlung von Antennen (Antennenanlage bzw. Antennenstandort).The present invention relates to the technical field of antenna cladding in connection with that of materials for components of antenna claddings which are not directly mechanically combined with the radiating elements and in this respect relates to a cladding made of a plastic material with special properties suitable for radio and high-frequency technology for an antenna or a collection of antennas (antenna system or antenna location).
Aus DE 201 11 727.4 sind kleinvolumige Verkleidungen für Richtfunk- wie auch Mobilfunk-Antennenanlagen aus Kunststoffen mit Faserverstärkung bei vorwiegend ungerichteter Faserstruktur bekannt. Dabei erfolgte keine Optimierung bezüglich Form und Materialstärke. Teilweise sind diese Verkleidungen gleichzeitig als Werbeträger eingesetzt.
Durch die DE 203 01 609.2 ist ein Werkstoff bekannt geworden, der es ermöglicht, diesen wegen seiner guten elektromagnetischen Eigenschaften als Verkleidungswerkstoff in Kombination mit baulichen Anlagen, insbesondere Gebäudeteile, einzusetzen.DE 201 11 727.4 discloses small-volume cladding for radio relay and mobile radio antenna systems made of plastics with fiber reinforcement and a predominantly non-directional fiber structure. No optimization was made in terms of shape and material thickness. In some cases, these claddings are also used as advertising media.
DE 203 01 609.2 has made known a material which, due to its good electromagnetic properties, makes it possible to use it as a cladding material in combination with structural systems, in particular parts of buildings.
Beide Offenbarungen können keine Lösung für eine optimierte Dämpfung bei hohen Durchstrahlungswinkeln anbieten.
Aus der einschlägigen Literatur ist auch eine solche nicht bekannt geworden.Both disclosures cannot offer a solution for optimized attenuation at high penetration angles.
Such a finding has not been reported in the relevant literature either.
Jedoch ist bekannt, dass Verkleidungen von Antennenstandorten für die HF-Anwendung, z.B. für den Mobilfunk, in vielen Fällen aus faserverstärkten Kunststoffen gefertigt sind. Dabei werden zum Aufbau von Standorten die faserverstärkten Kunststoffbauteile zum Teil als großflächige Platten realisiert, die als dickes Kompaktmaterial oder als Sandwich-Anordnung realisiert sind, damit die notwendige Festigkeit und Steifigkeit erreicht wird. Damit sind jedoch erhebliche nachteilige Auswirkungen auf die elektromagnetischenHowever, it is known that the cladding of antenna sites for HF applications, e.g. for mobile communications, is often made of fiber-reinforced plastics. In the construction of sites, the fiber-reinforced plastic components are sometimes made as large-area plates, which are made as thick compact material or as a sandwich arrangement in order to achieve the necessary strength and rigidity. However, this has significant adverse effects on the electromagnetic
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Eigenschaften des zu durchstrahlenden Bauteiles inklusive des Materials verbunden. Eine für den Einsatzfall Mobilfunk wesentliche Eigenschaft ist die Dämpfung der elektromagnetischen Wellen. Sie wird durch die Absorption im Material und die Reflexion an der Oberfläche der Bauteile hervorgerufen. Die Absorption ist von der Materialdicke abhängig und somit für die verwendeten dicken faserverstärkten Kunststoff-Bauteile hoch. Der Anteil der Reflexion an der Dämpfung wird stark vom Durchstrahlungswinkel &agr;, d.h. dem Winkel zwischen der Werkstoffober-flächennormalen (=Flächennormalen) und der Hauptstrahlrichtung der eiektro-magnetischen Wellen, und deren Wellenlänge beeinflusst. Bei den v.g. bisher eingesetzten Werkstoffen und Bauteilen ist eine starke Erhöhung der Dämpfung bei größeren Durchstrahlungswinkeln zu verzeichnen. Interferenzen der Reflexionsanteile, vor allem beim Einsatz von Sandwich-Bauteilen, bewirken eine starke Änderung der Dämpfung als Funktion des Durchstrahlungswinkels und der Wellenlänge. Die geeignetste Form eines Bauteils ist somit nur für einen bestimmten Durchstrahlungswinkel mit einer bestimmten zugehörigen Wellenlänge erreichbar. Der Einsatz von Antennen mit großem Öffnungswinkel ist nur eingeschränkt möglich.Properties of the component to be irradiated, including the material. A key property for mobile communications is the attenuation of electromagnetic waves. This is caused by absorption in the material and reflection on the surface of the component. Absorption depends on the thickness of the material and is therefore high for the thick fiber-reinforced plastic components used. The proportion of reflection in the attenuation is strongly influenced by the angle of penetration α, i.e. the angle between the material surface normal (= surface normal) and the main beam direction of the electromagnetic waves, and their wavelength. With the materials and components used to date, a strong increase in attenuation can be seen at larger angles of penetration. Interference of the reflection components, especially when using sandwich components, causes a strong change in attenuation as a function of the angle of penetration and the wavelength. The most suitable shape of a component can therefore only be achieved for a certain angle of penetration with a certain associated wavelength. The use of antennas with a large opening angle is only possible to a limited extent.
Von diesem Stand der Technik und seinen Mängeln ausgehend, liegt der Erfindung in Weiterentwicklung der v.g. DE 201 11 727.4 und DE 203 01 609.2 die Aufgabe zu Grunde, plattenförmige Verkleidungselemente aus faserverstärktem Kunststoff für eine im Wesentlichen aus diesen Verkleidungselementen bestehende Antennenverkleidung zu schaffen. Diese Verkleidungselemente sollen solche gute funktechnische Eigenschaften, wie z.B. besonders geringe Dämpfung, dass sie ohne Einschränkungen oder Mängel in einem breiten Frequenzbereich, nämlich für Mobilfunkfrequenzen wie auch für Richtfunkfrequenzen, einsetzbar sind, haben. Diese Verkleidungselemente sollen durch ihre Formgebung und den Aufbau des Laminates ohne Einschränkungen einsetzbar sein. Es besteht somit das Ziel der Erfindung, den funktechnischen Anspruch an die Verkleidung (aus der Sicht der Funktechnik) und den bautechnischen Anspruch aus der Sicht derBased on this state of the art and its deficiencies, the invention is based on the further development of the above-mentioned DE 201 11 727.4 and DE 203 01 609.2 and is based on the task of creating plate-shaped cladding elements made of fiber-reinforced plastic for an antenna cladding consisting essentially of these cladding elements. These cladding elements should have such good radio properties, such as particularly low attenuation, that they can be used without restrictions or defects in a wide frequency range, namely for mobile radio frequencies as well as for radio frequency directional frequencies. These cladding elements should be usable without restrictions due to their shape and the structure of the laminate. The aim of the invention is therefore to meet the radio technical requirements of the cladding (from the point of view of radio technology) and the structural requirements from the point of view of the
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Baustatik (&zgr;. B. Wind- und Eigenlast) sowie den gestalterischen Anspruch im Erscheinungsbild (Optik und Struktur) zu verbinden.Structural statics (e.g. wind and dead load) and the design requirements in appearance (optics and structure).
Erfindungsgemäß wird diese Aufgaben- und Zielstellung durch die kennzeichnenden Teile des Anspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte technischen Lösung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 8.
Die vorteilhaften Wirkungen dieser erfindungsgemäßen technischen Lösung ergeben sich insbesondere dadurch, dass die faserverstärkten Kunststoff-Verkleidungs-Bauteile, insbesondere TECRYL®-Verkleidungs-Bauteile, durch die Formgebung bei verbesserter mechanischer Festigkeit dünner gehalten sind, als die bisher durch den Stand der Technik möglichen Verkleidungs-Bauteile, wodurch der Absorptionsanteil der Dämpfung (Durchstrahlungsdämpfung) wesentlich sinkt und dadurch die funktechnische Leistungsfähigkeit der Gesamtanlage wesentlich verbessert wird. Die gewölbte Formgebung der einzelnen Bauteile ermöglicht an jeder einzelnen Stelle, soll heißen an jedem Einzelstandort einer beliebigen Antenne im Gesamtstandort, einen kleinen Durchstrahlungswinkel &agr; [Winkel zwischen der Werkstoffoberflächennormalen (=Flächennormalen) und der Hauptstrahlrichtung der elektromagnetischen Wellen], wodurch die mit diesem Winkel verbundene Reflexionsdämpfung der elektromagnetischen Wellen stark, z. B. um 50 %, reduziert wird. Durch den kleineren Bereich des Durchstrahlungswinkels kann auch die Frequenzabhängigkeit der Dämpfung gering gehalten werden. Gleichfalls ist durch die erfindungsgemäße Anordnung die Streustrahlung in den Rückraum klein bzw. in definierter Größe und Form gehalten.According to the invention, this task and objective is achieved by the characterizing parts of claim 1. Further advantageous technical solutions emerge from claims 2 to 8.
The advantageous effects of this technical solution according to the invention arise in particular from the fact that the fiber-reinforced plastic cladding components, in particular TECRYL® cladding components, are thinner due to the shape and have improved mechanical strength than the cladding components previously possible with the state of the art, whereby the absorption component of the attenuation (transmission attenuation) is significantly reduced and the radio performance of the entire system is thereby significantly improved. The curved shape of the individual components enables a small transmission angle α [angle between the material surface normal (= surface normal) and the main beam direction of the electromagnetic waves] at every single point, i.e. at every single location of any antenna in the overall location, whereby the reflection attenuation of the electromagnetic waves associated with this angle is greatly reduced, e.g. by 50%. The smaller range of the transmission angle also means that the frequency dependence of the attenuation can be kept low. Likewise, the arrangement according to the invention keeps the scattered radiation in the rear space small or of a defined size and shape.
An nachfolgendem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung in ihrer Raumform näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail in its spatial form using the following exemplary embodiment.
Die Figuren 1 bis 6 sowie 10 und 11 stellen Teile des Erfindungswesentlichen dar.Figures 1 to 6 as well as 10 and 11 represent parts of the essential elements of the invention.
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Fig. 1 zeigt die Gesamtanordnung einer erfindungsgemäßen großräumigen Anordnung zur Verkleidung von AntennenFig. 1 shows the overall arrangement of a large-scale arrangement according to the invention for covering antennas
Fig. 1a zeigt eine einzelne Verkleidungsplatte in tonnenschalenartiger Form mit beidseitigem Anschnitt (Spiegel)Fig. 1a shows a single cladding panel in barrel-shell shape with cut on both sides (mirror)
Fig. 1aa zeigt eine einzelne Verkleidungsplatte in tonnenschalenartiger Form mit beidseitigem Anschnitt (Spiegel) mit weiteren GestaltungsdetailsFig. 1aa shows a single cladding panel in barrel-shell shape with two-sided cut (mirror) with further design details
Fig. 1 b zeigt eine einzelne Verkleidungsplatte in walmdachartiger AusbildungFig. 1 b shows a single cladding panel in hipped roof-like design
Fig. 1c zeigt eine einzelne Verkleidungsplatte mit in 2 Ebenen paraboloid gewölbter AusbildungFig. 1c shows a single cladding panel with paraboloid arching in 2 planes
Fig. 2 zeigt eine Verkleidungsplatte mit Änderung der MaterialdickeFig. 2 shows a cladding panel with change in material thickness
Fig. 3 zeigt eine Verkleidungsplatte mit unterschiedlichen WölbungsradienFig. 3 shows a cladding panel with different curvature radii
Fig. 4 a und 4 b zeigen mögliche Eckverbindungen 20Fig. 4 a and 4 b show possible corner connections 20
Fig. 5 zeigt eine mögliche Verbindung der EinzelplattenFig. 5 shows a possible connection of the individual plates
Fig. 6 zeigt den Höhenunterschiedsausgleich an den FlanschenFig. 6 shows the height difference compensation on the flanges
Fig. 10 zeigt die Winkelverhältnisse an einer möglichen ebenen und an einer erfindungsgemäßen EinzelplatteFig. 10 shows the angle relationships on a possible flat plate and on a single plate according to the invention
Fig. 11 zeigt eine bogenförmige Gestaltung der Anordnung derFig. 11 shows an arched design of the arrangement of the
Einzelelemente.
30individual elements.
30
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Ausführungsbeispiel:Example:
Die Erfindung wird als eine typische Variante aus einer Anzahl von möglichen Alternativen beschrieben.The invention is described as a typical variant from a number of possible alternatives.
Das 3-dimensional geformte Paneel 4 ist nach außen gewölbt und tonnenschalenartig mit seitlichem Anschnitt (Spiegel) gestaltet. Die Wölbung des Paneels 4 ist mit zwei verschiedenen Radien, einem etwas kleineren für die Innenoberfläche und einen etwas größeren für die Außenoberfläche ausgestaltet, wodurch gem. Fig. 2 verschiedene Paneeldicken, beispielhaft in Fig. 2 mit ä^ und d2 bezeichnet, entstehen. Die Überwölbung des Paneels 4 beträgt 10 % seiner Breite. Dies garantiert, dass das Paneele 4 eine verringerte Reflexion, damit der Reflexionsdämpfung, der Funkwellen um 50 % bewirkt. Die Überwölbung ist von den Rändern ausgehend auf ein für alle Paneele 4 gleiches Niveau geführt, wobei an den Rändern, die den Verbindungsflansch darstellen, ein Höhenversatz um die Dicke einer Platte zum niveaugleichen Fügen bzw. Paneelaufbau vorgesehen ist, Fig. 6. Im Weiteren ist das Paneel 4 überlappend vorgesehen, indem die jeweils oben liegende Paneelseite eine vorspringende Fläche 5 aufweist. Eine weitere Alternative bestünde darin, dass die Paneele 4 gem. Fig. 11 bogenförmig gestaltet sind, vorzugsweise zwischen der Horizontale und der Vertikalen verlaufend, wobei die Verbindungsflansche eine Kurve beschreiben, vorzugsweise viertelkreisbildend und dass dadurch die Zweckbestimmung einer selbsttragenden ohne Stützstruktur funktionierenden Verkleidung bestehend aus mehreren Paneelen erfüllt ist. Das Eckpaneel 6 ist vorzugsweise mit einem Radius gem. Fig. 4 b ausgeführt, kann aber alternativ auch so ausgeführt sein, dass gem. Fig. 4 a beide in die Ecke einlaufenden gewölbten Kurven in der Ecke zusammengefügt (die Durchdringungslinie) und fugenlos verbunden sind. Im weiteren können die Paneele 4 so ausgestaltet sein, dass diese durchlässige Bereiche für Funkfelder bilden. Die Befestigungsflansche gem. Fig. 5 können zur Eingrenzung des Durchstrahlungsbereiches genutzt werden.The 3-dimensionally formed panel 4 is curved outwards and designed like a barrel shell with a side cut (mirror). The curvature of the panel 4 is designed with two different radii, a slightly smaller one for the inner surface and a slightly larger one for the outer surface, which creates different panel thicknesses as shown in Fig. 2, for example designated ä^ and d 2 in Fig. 2. The curvature of the panel 4 is 10% of its width. This guarantees that the panel 4 causes a reduced reflection, and thus the reflection attenuation, of the radio waves by 50%. The arching is guided from the edges to a level that is the same for all panels 4, with a height offset of the thickness of a plate being provided at the edges that represent the connecting flange for joining or panel construction at the same level, Fig. 6. Furthermore, the panel 4 is provided to overlap, in that the upper panel side in each case has a projecting surface 5. Another alternative would be for the panels 4 to be designed in an arc shape according to Fig. 11, preferably running between the horizontal and the vertical, with the connecting flanges describing a curve, preferably forming a quarter circle, and thereby fulfilling the purpose of a self-supporting cladding consisting of several panels that functions without a support structure. The corner panel 6 is preferably designed with a radius as shown in Fig. 4 b, but can alternatively be designed so that, as shown in Fig. 4 a, both curved curves running into the corner are joined together in the corner (the penetration line) and connected seamlessly. Furthermore, the panels 4 can be designed so that they form permeable areas for radio fields. The fastening flanges as shown in Fig. 5 can be used to limit the radiation area.
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