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EP4035224A1 - Antenna - Google Patents

Antenna

Info

Publication number
EP4035224A1
EP4035224A1 EP20789466.8A EP20789466A EP4035224A1 EP 4035224 A1 EP4035224 A1 EP 4035224A1 EP 20789466 A EP20789466 A EP 20789466A EP 4035224 A1 EP4035224 A1 EP 4035224A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
elements
antenna
spring
rope
antenna according
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.)
Pending
Application number
EP20789466.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Gerald ARTNER
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.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP4035224A1 publication Critical patent/EP4035224A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/28Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
    • H01Q1/288Satellite antennas
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/28Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using a secondary device in the form of two or more substantially straight conductive elements
    • H01Q19/30Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using a secondary device in the form of two or more substantially straight conductive elements the primary active element being centre-fed and substantially straight, e.g. Yagi antenna
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04BGENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/18Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons
    • E04B1/19Three-dimensional framework structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/08Means for collapsing antennas or parts thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H01Q15/18Reflecting surfaces; Equivalent structures comprising plurality of mutually inclined plane surfaces, e.g. corner reflector
    • H01Q15/20Collapsible reflectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/02Details
    • H01Q19/04Means for collapsing H-antennas or Yagi antennas
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/28Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/28Combinations of substantially independent non-interacting antenna units or systems

Definitions

  • the present invention relates to a novel antenna comprising a tensegrity structure.
  • Tensegrity is a box word from the English terms "tension” and "integrity” and has denoted a stable, three-dimensional construct of rigid bodies (rods, rods, tubes) since the middle of the last century. which do not touch each other, but are only connected to each other by tightly tensioned tension elements (ropes, wires, cables). Originally as sculptures, i. H. Created as art objects, however, such constructions were soon used as aesthetic building elements in architecture.
  • tensegrity structures were also used in technology, as the individual elements can be lightweight, require little space in the unstressed state and are easy to store and transport in this form.
  • a suitable construction e.g. B. using electric motors and articulated connections within the rods or tubes, so-called “deployable structures” can be realized, the "unfolding" or construction of the tensioned state can be triggered from a distance.
  • the use of tensegrity structures for the aerospace industry was recognized as early as the 1960s, where such structures have since been implemented primarily as components, but also as antennas.
  • US 6,441,801 B1 and US 2002/190918 A1 disclose such "deployable antennas" for use in space travel.
  • This construction does not represent a tensegrity structure, since the control cords are tensioned by the spiral spring when it is "unfolded", but in this state only define the degree of relaxation of the spiral spring and thus the length of the antenna as a whole, but do not become rigid. Connect elements that are not in contact with one another.
  • the aim of the present invention was the construction of a novel and preferably self-expanding or self-erecting antenna based on one or more Tensegrity structures.
  • the invention achieves this aim by providing an antenna which comprises at least one carrier element and at least one antenna element which comprises at least one radiator and optionally at least one director and / or reflector, with any antenna elements being fastened at defined positions on the at least one carrier element, wherein the antenna according to the invention is characterized in that the antenna comprises at least one linear carrier element, which is constructed from at least one tensegrity structure, which consists of a rope element, a plurality of spring elements for taut tensioning of the rope element in a straight line and optional connecting elements, wherein each of the plurality of spring elements is selected independently from a curved leaf spring, a leg spring and a helical spring, each of which tension a portion of the cable element and which alternately and without contact mitei nander over substantially the entire length of the s rope element are arranged in order to tension the rope element essentially completely taut.
  • the antenna comprises at least one linear carrier element, which is constructed from at least one tensegrity structure, which consists of a rope element,
  • Such an antenna according to the invention is in its simplest embodiment with only one linear support element made of a single rope element as the tension element of the tensegrity structure, very few spring elements as a rigid body of the tensegrity structure.
  • Structure e.g. B. only two or three curved leaf springs or leg springs, for tensioning the cable element, and only one antenna element attached to it in the form of a radiator extremely inexpensive to manufacture, extremely lightweight, has a negligible space requirement in the relaxed state and is due to the use of the special Types of springs very easy to fix, store and transport in the relaxed state.
  • the antenna according to the invention is also, in preferred embodiments, self-expanding or self-erecting, ie. H. the springs automatically tension the cable element taut when released, and the antenna element or elements mounted thereon assume their predetermined positions relative to the carrier element.
  • the required number of course depends on the length of the rope element, the size of the spring elements and the spring tension of the spring elements.
  • the spring elements used for tensioning a rope element are in preferred embodiments of the invention with regard to the production costs and the structural effort identical in type, shape and size and are regularly distributed over the length of the rope elements. But this is not absolutely necessary, i. H. It is also possible to mount different spring elements at irregular positions of the rope element, as long as the latter is stretched linearly over its entire length.
  • the linearity of the cable element enables, for example, the use of the antenna according to the invention as a directional antenna.
  • a rope element is understood to mean any elongate, slack, flexible, tensile strength component that is used for the transmission of tensile forces.
  • ten is capable, which includes any twisted or braided natural or synthetic fibers or wires consisting of ropes, cords, cords, wire ropes, cables or the like, as well as chains.
  • the rope element can consist of electrically conductive or non-conductive material or sometimes also from a mixture of conductive and non-conductive fibers, filaments and / or wires.
  • the spring elements are restricted to curved leaf springs, leg springs and coil springs which are able to tighten a rope element in a straight line, with curved leaf springs and leg springs being preferred according to the invention for structural reasons, which will be discussed in more detail later .
  • the springs can also consist of electrically conductive or non-conductive material, depending on the requirements, for. B. made of plastic or metal. In most cases, electrically non-conductive materials, especially lightweight plastic, are preferred in accordance with the present invention.
  • the names of the antenna elements such as. B. radiator, director and reflector, have their usual, in the antenna technology common meaning, which example brings with it that a radiator can also serve as a receiver at the same time.
  • a connecting element is here generally understood to mean a component that has two of the other elements, e.g. B. two antenna elements, two rope elements or a rope element and an antenna element, connects to each other.
  • Connection elements can also be made of electrically conductive or non-conductive material, e.g. B. made of metal or plastic, of which lightweight materia lien are again preferred.
  • the shape of the connecting members is not particularly limited and can be selected according to their purpose, e.g. B. linear, ge angled, cross, circular or star-shaped.
  • the antenna elements attached to a support element each comprise a radiator, at least one director and optionally also at least one reflector, which are each fastened to the carrier element at defined positions, preferably in such a way that they lie in different planes at defined distances from one another and run parallel to one another, the different planes in which the antenna elements are fastened to the carrier element, preferably stand perpendicular to the longitudinal axis of the carrier element.
  • Such embodiments of the invention are suitable, for example, for use as directional antennas, since the effect of the radiator is enhanced in a known manner by the at least one director.
  • a set of antenna elements in addition to the radiator includes a plurality of directors and at least one reflector to the effect of the antenna, for. B. as a directional antenna to optimally amplify.
  • the length of the sections of the Seilele element tensioned by the individual spring elements depends on the positions at which the spring elements are connected to the rope element. It is preferably given by two elements limiting the spring relaxation, which are seen at defined positions on the rope element, the limiting elements being particularly preferably selected independently of nodes attached to the rope element, clamps or clamps mechanically fastened to the rope element, and combinations thereof are. In the simplest and cheapest variant, simple knots in the rope element serve as limiting elements for the spring elements.
  • two clamps or clamps on the rope element are provided as limiting elements for at least one leaf or leg spring serving as a spring element, or also for all springs, the edges of which, facing the spring, run obliquely to the longitudinal axis of the tensioned rope element, by one each to form a frictional connection with the spring end and thus prevent rotation of the section of the cable element tensioned by this spring about the longitudinal axis.
  • Such embodiments of the delimiting elements are particularly useful when the leaf or leg springs used to tension the rope element are relatively relaxed or widened and thus create an acute angle between their ends and the rope Form element, the bevel of the edges of the clamps or clamps particularly preferably corresponds to this acute angle.
  • At least one of the spring elements is a leaf spring which has at least one guide hole and / or a guide slot at both ends through which the cable element runs.
  • Such Ausry approximately forms of spring elements are particularly simple and inexpensive in the Fier ein.
  • leg springs such leg springs are preferably used, which each have a guide eyelet at both ends through which the cable element extends, which is also a fold and inexpensive to manufacture.
  • the helical springs are preferably firmly connected at their ends with a clamp or clamp serving as a limiting element in such a way that the axis of the at least one helical spring runs parallel to the longitudinal axis of the tensioned cable element.
  • the ends of the helical springs with the clamps or clamps serving as limiting elements are preferably connected in one piece, particularly preferably welded, in order to form a fixed connection that is stable in position.
  • each end of the helical springs can be fixedly connected to a part of the clamp or clamp that stands away from the cable element by a distance corresponding to the thickness of the helical spring in a plane normal to the longitudinal axis of the tensioned cable element, for which z.
  • a pin, a nose, a plate or a concentric ring around the Seilele element can serve.
  • some or all of the delimitation elements for the spring element can also be used at the same time to attach the antenna elements, ie preferably at least some of the antenna elements in each case at the positions of the delimitation elements provided on the cable element.
  • elements, particularly preferably on clamps or clamps serving as limiting elements, are attached to the carrier element. This reduces the number of components required and thus the structural complexity for the antenna according to the invention.
  • connection elements can also be connected to the carrier element and / or to a further antenna element via special connection elements, in which case the connection elements - analogously to the embodiments described above - preferably each on one as a delimiting element serving clamp or clamp be fastened and / or each extend in a plane normal to the longitudinal axis of the cable element and thus the carrier element.
  • the connecting elements are selected from the following variants and combinations thereof: a) linear elements, the antenna elements running transversely or perpendicular to the longitudinal axis of the connecting elements or being attached to the ends of the connecting elements as an extension of the longitudinal axis at the ends of the connecting elements ; b) cross-shaped elements made of two or more intersecting bars, which are attached at the point of intersection on the carrier element and whose bars are antenna elements attached transversely or perpendicularly to the longitudinal axis of the bars or as an extension of the bars at their ends; c) angled elements, which are each attached to the ends of linear antenna elements that a plurality of connecting elements and antenna elements alternately form a polygon, the attachment to the carrier element via one or more connecting elements, one or more antenna elements or both he follows.
  • a single support element ie a single Tensegrity structure, supports several antennas, which is e.g. B. when using the antenna according to the invention as a directional antenna, its effect is multiplied.
  • a radiator, at least one director and possibly at least one reflector are provided as mutually parallel antenna elements in the different, parallel planes, which together with the carrier element each have a complete directional antenna unit from the Yagi Uda type result, a carrier element functions as a component of a plurality of directional antenna units of the Yagi-Uda type.
  • a plurality of each one rope element and a plurality of spring elements comprise the tensegrity structures together form a carrier element of the directional antenna of the Yagi-Uda type, which, although the complexity and the outlay on equipment, simultaneously but also increases the stability of the antenna.
  • the connection of this multitude of ten segrity structures, which together form a carrier element can be done by means of antenna elements that are each connected to two rope elements, but is preferably done by connecting two rope elements to each other via connecting elements or a combination of connecting elements and antenna elements are. In this way, the positioning of the antenna elements is not restricted or is at least restricted to a lesser extent.
  • At least one rope element made of fiber material and
  • At least some of the connecting elements are tied to this rope element at defined positions, which simplifies the freeing position and reduces costs.
  • the antenna according to the invention can preferably be compressed to a reduced-volume state by simple pressure on the spring elements in the direction of the longitudinal axis of the at least one carrier element in order to be able to store or transport it more easily in this state.
  • the antenna according to the invention is particularly preferably self-erecting, ie. H. Due to the partial relaxation of the spring elements up to the predefined degree, the at least one cable element is automatically tensioned taut, whereby the antenna elements are arranged in the predefined positions and the antenna is put into an operational state without manual or motor-controlled assembly being required.
  • the majority of or all of the elements of the antenna according to the invention can be detached from one another and reassembled, which not only, but especially in complex execution forms, the multiple tensegrity structures and / or multiple antenna arrangements on a tensegrity structure include, the storage and portability of the antenna is further improved.
  • the antenna according to the invention described above can preferably be used as part of a portable electronic device, a vehicle, a stationary radio station or a "Multiple Input Multiple Output" (MIMO) system for wireless communication and is particularly preferably a directional antenna from the Yagi-Uda- Type where the linear shape of the rope element and thus of the carrier element is of particular advantage.
  • MIMO Multiple Input Multiple Output
  • a large number of antennas according to the invention can of course be arranged to form an antenna array in order to bundle their effect and thereby multiply it.
  • the present invention also includes the use of a tensegrity structure, which consists of a rope element, a plurality of spring elements for taut tensioning of the rope element in a straight line, and optional connecting elements, each of the plurality of spring elements independently consisting of a curved one Leaf spring, a leg spring and a helical spring is selected, each tensioning a portion of the cable element and which are arranged alternately and without contact with each other over substantially the entire length of the cable element in order to tension the cable element substantially completely taut, as a linear support element an antenna, wherein the antenna is constructed as described above and is particularly preferably a directional antenna of the Yagi-Uda type.
  • Fig. 1 shows the helix antenna described in the introduction according to the prior tech and corresponds to FIG. 1 of the cited utility model DE 20 2010 013 085 U1.
  • Fig. 2 is a schematic representation of a simple embodiment of a Trä gerelements of the antenna according to the present invention.
  • Fig. 3 is a schematic representation of an inventive particularly preferred antenna of the Yagi-Uda type using the carrier element from FIG. 2.
  • FIG. 4 shows a selection of limiting elements that can be used according to the present invention.
  • Fig. 5 shows preferred embodiments of the ends of the invention before ferred curved leaf springs (Fig. 5a, 5b) and leg springs (Fig. 5c, 5d).
  • Fig. 6 is a schematic representation of a further embodiment of a carrier element of the antenna according to the present invention.
  • Fig. 7 shows schematically preferred types of connection of a carrier element according to the invention with an antenna or a connection element using the delimitation element from FIG. 4d.
  • 8 and 9 are schematic representations of preferred combinations of cable, connecting and antenna elements in an antenna according to the invention.
  • 10, 11 and 12 are schematic representations of preferred combinations of cable, connecting and antenna elements using a plurality of carrier elements in an antenna according to the invention.
  • FIG. 1 shows a prior art antenna which is a self-expanding helical or flelix antenna for satellites.
  • the Flelix antenna essentially comprises a helically wound antenna element provided with an electrically conductive layer, ie a spiral spring, at the end of which a reflector plate with additional, radial and tangential, articulated antenna rods are provided, a satellite being attached to the reflector plate.
  • the helical antenna element is fixedly connected in the radially outer areas with several so-called control cords, which, as tension elements in the unfolded state, determine the shape of the antenna by defining the degree of relaxation of the spiral spring.
  • 1 have the following meanings: 1 'antenna arrangement as a whole; 2 'Flelix antenna; 3 'reflector plate; 4 'satellite; 5 'photovoltaic module; 6 'solar cell; 7 'helical support structure; 8 'electrically conductive layer; 9 'area lying radially on the outside; 10 'control cord; 11 'radial antenna rod; 13 'tangential antenna rod; 14 'solid body joint.
  • such an antenna is not a tensegrity structure, since the tension elements do not connect any rigid elements that are not in contact with one another. Rather, this antenna is only an example of a directional antenna comprising cable elements.
  • a simple example of a carrier element T of the antenna ge according to the present invention is shown schematically, in which a cable element 1 with the exception of a short piece 1 a is stretched taut at one end over essentially the entire length by means of springs 2, which are shown in the present example as curved leaf springs and whose degree of relaxation is set by two limiting elements 6 in each case.
  • the relaxation of leaf springs is assumed to be 50% in the overwhelming majority of the embodiments of antennas according to the invention shown schematically here, which is an angle between the rope element 1 and the ends of the spring of 90 ° and thus a claw shape of the Leaf feather corresponds.
  • an acute angle ⁇ 90 ° will usually be selected, which corresponds to a greater relaxation and thus a wider opening of the spring and reduces the number of spring elements required for tensioning the rope element.
  • Fig. 2 for example, six semicircular leaf spring elements 2 are shown. With a stronger relaxation, z. B. as indicated in Fig. 4f, with the same length of the rope element 1 and the leaf springs 2 but only three or four spring elements 2 would be vonnö th to tension the rope element 1 taut.
  • the number of spring elements required in each case depends of course on the type of springs, on the material, especially on the modulus of elasticity of the material used and on the resulting spring constant, as well as on the dimensions of the springs, but also on the weight of all elements that are attached to the Springs to the tensioning rope element, that is: on the carrier element, are attached, and on the spatial orientation of the antenna in operation, ie whether the antenna is to be operated in a horizontal or vertical orientation.
  • Lightweight materials are therefore to be preferred for all elements and components of the antenna according to the invention.
  • FIG. 3 is a schematic illustration of the carrier element from FIG. 2, on which an antenna element A is mounted on some of the delimiting elements 6.
  • the antenna elements are arranged parallel to one another and in the embodiment presented here comprise a radiator 3, two directors 4 and a reflector 5, so that this embodiment forms a complete directional antenna of the Yagi-Uda type.
  • the antenna elements A do not necessarily need to be attached to the support element T via the limiting elements 6, but could also be attached directly to the cable element 1 or to the spring elements 2. With regard to the linearity, stability and complexity of the antenna, including the total number of components, attachment via the delimiting elements 6 is preferred according to the invention.
  • the materials used for the individual elements can be connected in one piece to the respective delimiting element, e.g. B. be welded, in the case of nodes in the rope element 1 as Be limiting elements 6, the antenna elements A can also simply be knotted or tied to the Seilele element 1, and when using clamps or clamps, the attachment of the antenna elements A can, for example, by means of screw ben, riveting or gluing.
  • connecting elements which in turn can carry one or more antenna elements, can also be fastened to the delimiting elements.
  • FIG. 4 several embodiments of limiter elements 6 which can be used according to the invention are shown, namely in Fig. 4a a simple knot and in Figs. 4b to 4f each a clamp or clamp, the latter being shown in FIGS Embodiments are to be fixed to the rope element by means of screws and nuts 6a on the rope element in order to produce frictional connections.
  • an antenna element could each be attached by welding
  • Fig. 4d shows a crossed double clamp that ment both for attaching the delimiting element to the Seilele and for attaching an antenna element or connecting element can serve, which then extends in a direction normal to the axis of the rope element.
  • a special embodiment of a clamp similar to that of Fig. 4c is shown schematically, in which the spring element in the form of a GE curved leaf spring 2 facing end of the clamp is beveled.
  • the degree of inclination from, expressed by the angle a ', corresponds to the angle a formed between the end of the bent leaf spring 2 and the cable element 1.
  • this angle a is not 90 ° as in the other, simplified embodiments, but the spring 2 is more relaxed or expanded in this case, which is why an acute angle a of around 60 ° between its ends and the rope element is formed, the bevel of the edge of the clamp speaks exactly ent in particularly preferred embodiments of the invention.
  • the frictional engagement generated in this way between the two spring ends and the beveled surfaces of the two limiting elements effectively suppresses rotation of the spring element about the axis of the cable element, which significantly improves the functionality of the antenna according to the invention.
  • FIG. 5 different embodiments of leaf and leg springs are shown as spring elements 2.
  • 5a and 5b each show one end of a leaf spring in which a guide slot or hole 7 is provided through which the cable element is guided, embodiments with a guide hole being preferred for reasons of stability.
  • Fig. 5c shows a conventional leg spring in the relaxed state with unmodified ends. To limit the relaxation of such an embodiment of a leg spring 2, its ends can simply be tied to the cable element 1.
  • Fig. 5d is a preferred embodiment Guide form of a leg spring 2 shown with an eyelet 8 at the end, through which in turn the cable element can be passed.
  • each end of the screw is benfedern each with a part 6a of the limiting element 6 fixedly connected in a normal to the longitudinal axis of the tensioned rope element plane by at least the thickness of the coil spring corresponding distance away from the Seilele element, such.
  • a pin, a nose, a plate or a con centric ring around the rope element is identified by reference numeral 6a.
  • FIG. 7 two particularly preferred embodiments are shown schematically, in which the crossed double clamp shown in Fig. 4d as a limiting element 6 for a (only indicated here) leaf spring 2 and for connecting the cable element 1 to an antenna element A (Fig. 7a) or A connecting element V is used, which in turn carries an antenna element A at each of its ends (FIG. 7b).
  • antenna elements A to connecting elements V is not specifically restricted and can be done, for example, by screwing, gluing, riveting, welding, tying or the like, depending on the materia lien used and the requirements for the connection between the two elements.
  • the antenna element A or connection element V is fastened to the cable element 1 by means of the crossed double clamp, in turn, preferably in such a way that the respective element extends in a direction normal to the longitudinal axis of the cable element 1 in order to ensure parallelism of all on different planes Cable element 1 attached antenna elements A and thus to ensure the suitability of the antenna according to the invention as a directional antenna.
  • the two antenna elements A mounted on a linear connecting element V extend at right angles to its longitudinal direction, which is usually preferred according to the invention.
  • the antenna elements A can also run at an oblique angle to the longitudinal direction of the connecting element V, as long as - as is preferred according to the present invention - the antenna elements A provided on different levels of the cable element 1 each run parallel to one another and, moreover, in particular the fastening points te of the antenna elements A are on the respective connecting elements V in the different planes on a line parallel to the longitudinal axis of the cable element 1. This in turn ensures that the antenna according to the invention functions as a directional antenna, in particular of the Yagi-Uda type.
  • FIG. 8 and 9 are also embodiments of two antenna elements A fastened to a linea Ren connecting element V are shown even more simplified schematically, the embodiment from FIG. 8a corresponding to that of FIG. 7b, in which two antenna elements A in the right Brackets are mounted on a connecting element V.
  • Fig. 8b one end of the two antenna elements A is attached to one end of the connecting element V so that the three elements run in the same longitudinal axis.
  • two embodiments are shown, each of which formally comprises two combinations of two antenna elements A attached to a connection element V on a cable element 1. These embodiments can either be crossed by attaching two such combinations directly to each other on the same limiting element 6, for. B.
  • the tensegrity structure comprising the rope element can thus be used as a carrier element for several directional antenna units, preferably of the Yagi-Uda type, serve, namely for two antenna units in FIGS. 7b and 8 or four antenna units in FIG. 9.
  • FIG. 10 and 11 illustrate embodiments of the present invention in which two tensegrity structures as carrier elements, which are only indicated here by one rope element 1 and one limiting element 6, are connected to one another to form an antenna arrangement according to the present invention, the The connection of the two rope elements 1 in FIG. 10 via a connection element V and in FIG. 11 via two connection elements V which are attached to the two ends of a central antenna element A takes place.
  • an antenna element A analogous to the embodiment from FIG. 3 or, preferably, FIG. 7a using a crossed double clamp, in a normal position the longitudinal axis of the rope element 1 ste existing plane attached, while in Figs. 10b and 11b each have a linear, two antenna elements A at its ends supporting connecting element V is mounted on the limiter element 6 in a manner analogous to the embodiment of Fig. 8b.
  • the two antenna elements per connecting element could also be attached at any desired, preferably right, angle to the longitudinal axis of the connecting element, in analogy to the embodiment from FIG. 8a or preferably FIG. 7b.
  • the tension structure comprising the rope element can again be used as a carrier element for several directional antennas Units, preferably of the Yagi-Uda type, are used, namely for four antenna units in FIG. 10 and five antenna units in Fig. 11, each preferably of the Yagi-Uda type.
  • the connection of several such antenna units by separate connec tion elements V increases the stability of the resulting antenna according to the present invention, for. B. against weather influences or vibrations, considerably.
  • FIG. 12 embodiments of the antenna according to the invention are shown in FIG. 12 in which several antenna elements A are connected to one another to form a closed shape via several interposed connecting elements V within a cable element plane.
  • FIG. 12a four antenna elements A each attached to a cable element 1, again analogous to Fig. 3 or 7a, are connected via four angled connecting elements V to form a square shape, while in Figs. 12b and 12c from the alternating connection three antenna elements A and three linear connecting elements V result in a hexagonal shape.
  • the attachment to the three rope elements 1 via respective limiting elements 6 can be done either via the connecting elements V (Fig. 12b) or via the antenna elements A (Fig. 12c). All three embodiments from FIG. 12, when arranged in parallel one above the other, can in turn result in complete directional antenna units, preferably those of the Yagi-Uda type, namely four units in the case of FIG. 12a and three in the case of FIGS. 12b and 12c.
  • triangular or octagonal closed shapes can be constructed in a plane that z. B. analogous to FIG. 12 can be attached to several rope elements or only to a single central rope element.
  • approximately the embodiment shown in Fig. 9a can be given additional stability in that the four antenna elements A there are connected at their ends via right-angled connecting elements V, as shown in Fig. 12a.
  • Further branches are also possible at the ends or in the middle of connecting or antenna elements in any spatial direction, as long as the functionality of the antenna according to the invention, not only but in particular as a directional antenna of the Yagi-Uda type, and its stability are not impaired.
  • the antenna according to the present invention can be mounted in any way on suitable carriers or in desired locations, for example on portable electronic devices, vehicles, stationary radio stations, etc. not tensioned end 1 a of the rope element 1 take place, for example by using this as a suspension or clamped in a Flalterung, z. B. wound up on a shaft and is pulled taut until it stops at the lowermost limiting element 6.
  • the attachment is in a spatially fixed manner, for. B.
  • the carrier component by means of screwing, gluing or welding, take place on a carrier component, in these cases the connection between the carrier element T and the carrier, for example, again via one or more connecting elements V or limiting elements 6 or antenna elements A.
  • the antenna according to the invention in particular in the form of a directional antenna of the Yagi-Uda type, can also, as mentioned above, together with further, different or preferably identical, embodiments of an antenna array, e.g. B. a phased array, or a group antenna can be arranged to their effect we, especially the directional effect in the case of a directional antenna, the fixation of the individual antennas can also be done in the ways described above.
  • an antenna array e.g. B. a phased array, or a group antenna

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Abstract

The invention relates to an antenna which comprises at least one support element (T) and at least one antenna element (A), comprising at least one emitter (3) and optionally at least one director (4) and/or reflector (5), wherein antenna elements (A) of any kind are secured on the at least one support element (T) at defined positions. The invention is characterized in that the antenna comprises at least one linear support element (T) which is made of at least one tensegrity structure consisting of a cable element (1), a plurality of spring elements (2) for tightly tensioning the cable element (1) in a straight line, and optionally connection elements (V). Each of the plurality of spring elements (2) is selected independently of one another from a bent leaf spring, a leg spring, and a helical spring, each of which tensions a sub-piece of the cable element (1) and are arranged in an alternating manner without contacting one another over substantially the entire length of the cable element (1) in order to tightly tension the cable element (1) substantially in its entirety.

Description

Antenne antenna
Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige Antenne, die eine Tensegrity-Struktur umfasst. The present invention relates to a novel antenna comprising a tensegrity structure.
STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART
Tensegrity ist ein Schachtelwort aus den englischen Begriffen "tension" (Zugspan nung) und "integrity" (Intaktheit, Zusammenhalt) und bezeichnet seit der Mitte des letz ten Jahrhunderts ein stabiles, dreidimensionales Konstrukt aus starren Körpern (Stä ben, Stangen, Röhren), die sich darin untereinander nicht berühren, sondern nur durch straff gespannte Zugelemente (Seile, Drähte, Kabel) miteinander verbunden sind. Ur sprünglich als Skulpturen, d. h. als Kunstobjekte, geschaffen, wurden derartige Kon strukte jedoch bald darauf auch als ästhetische Bauelemente in der Architektur einge setzt. Tensegrity is a box word from the English terms "tension" and "integrity" and has denoted a stable, three-dimensional construct of rigid bodies (rods, rods, tubes) since the middle of the last century. which do not touch each other, but are only connected to each other by tightly tensioned tension elements (ropes, wires, cables). Originally as sculptures, i. H. Created as art objects, however, such constructions were soon used as aesthetic building elements in architecture.
In der Folge kamen Tensegrity-Strukturen auch in der Technik zum Einsatz, da die einzelnen Elemente leichtgewichtig sein können, im ungespannten Zustand geringen Platzbedarf aufweisen und in dieser Form einfach lager- und transportierbar sind. Bei geeigneter Konstruktion, z. B. unter Verwendung von Elektromotoren und gelenkigen Verbindungen innerhalb der Stäbe oder Röhren, können so genannte "deployable structures", also "entfaltbare" Strukturen, verwirklicht werden, deren "Entfaltung" oder Aufbau zum gespannten Zustand aus der Entfernung auslösbar ist. Bereits in den 1960er-Jahren Jahren wurde auch der Nutzen von Tensegrity-Strukturen für die Luft- und Raumfahrt erkannt, wo solche Strukturen seither vor allem als Bauelemente, aber auch als Antennen implementiert werden. So offenbaren etwa die US 6.441.801 B1 und US 2002/190918 A1 derartige "deployable antennas" für den Einsatz in der Raum fahrt. As a result, tensegrity structures were also used in technology, as the individual elements can be lightweight, require little space in the unstressed state and are easy to store and transport in this form. With a suitable construction, e.g. B. using electric motors and articulated connections within the rods or tubes, so-called "deployable structures" can be realized, the "unfolding" or construction of the tensioned state can be triggered from a distance. The use of tensegrity structures for the aerospace industry was recognized as early as the 1960s, where such structures have since been implemented primarily as components, but also as antennas. For example, US 6,441,801 B1 and US 2002/190918 A1 disclose such "deployable antennas" for use in space travel.
In DE 20 2010 013 085 U1 wird eine "selbstentfaltende Helixantenne" für Satelliten offenbart, die eine mit einer elektrisch leitenden Schicht versehene "schraubenlinien förmige Trägerstruktur", an deren Ende eine Reflektorplatte mit radialen und tangen tialen, mit Gelenken versehenen Antennenstäben sowie ein Satellit befestigt sind, so- wie mehrere "Kontrollschnüre" als in entfaltetem Zustand die Form der Antenne be stimmende Zugelemente umfasst. Eine solche Antenne ist in Fig. 1 dargestellt. DE 20 2010 013 085 U1 discloses a "self-deploying helix antenna" for satellites which has a "helical support structure" provided with an electrically conductive layer, at the end of which a reflector plate with radial and tangential, hinged antenna rods and a satellite are attached are so- like several "control cords" as in the unfolded state the shape of the antenna be determined pulling elements. Such an antenna is shown in FIG.
Diese Konstruktion stellt freilich keine Tensegrity-Struktur dar, da die Kontrollschnüre zwar durch die Spiralfeder bei deren "Entfaltung" gespannt werden, in diesem Zustand aber bloß den Grad der Entspannung der Spiralfeder und damit die Länge der Antenne insgesamt definieren, dabei aber keine starren, nicht miteinander in Kontakt stehenden Elemente miteinander verbinden. This construction does not represent a tensegrity structure, since the control cords are tensioned by the spiral spring when it is "unfolded", but in this state only define the degree of relaxation of the spiral spring and thus the length of the antenna as a whole, but do not become rigid. Connect elements that are not in contact with one another.
Vor diesem Flintergrund war das Ziel der vorliegenden Erfindung die Konstruktion einer neuartigen und vorzugsweise selbstentfaltenden bzw. selbsterrichtenden Antenne auf Basis einer oder mehrerer Tensegrity-Strukturen. Against this background, the aim of the present invention was the construction of a novel and preferably self-expanding or self-erecting antenna based on one or more Tensegrity structures.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG DISCLOSURE OF THE INVENTION
Dieses Ziel erreicht die Erfindung durch Bereitstellung einer Antenne, die zumindest ein Trägerelement sowie zumindest ein Antennenelement umfasst, das zumindest einen Strahler sowie gegebenenfalls zumindest einen Direktor und/oder Reflektor um fasst, wobei jegliche Antennenelemente an definierten Positionen auf dem zumindest einen Trägerelement befestigt sind, wobei die erfindungsgemäße Antenne dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne zumindest ein lineares Trägerelement umfasst, das aus zumindest einer Tensegrity-Struktur aufgebaut ist, die aus einem Seilelement, einer Vielzahl von Federelementen zum straffen Spannen des Seilelements in gerader Linie sowie optio nalen Verbindungselementen besteht, wobei jedes der Vielzahl von Federelementen unabhängig aus einer gebogenen Blattfeder, einer Schenkelfeder und einer Schraubenfeder ausgewählt ist, die jeweils ein Teilstück des Seilelements spannen und die alternierend und ohne Kontakt mitei nander über im Wesentlichen die gesamte Länge des Seilelements angeordnet sind, um das Seilelement im Wesentlichen zur Gänze straff zu spannen. The invention achieves this aim by providing an antenna which comprises at least one carrier element and at least one antenna element which comprises at least one radiator and optionally at least one director and / or reflector, with any antenna elements being fastened at defined positions on the at least one carrier element, wherein the antenna according to the invention is characterized in that the antenna comprises at least one linear carrier element, which is constructed from at least one tensegrity structure, which consists of a rope element, a plurality of spring elements for taut tensioning of the rope element in a straight line and optional connecting elements, wherein each of the plurality of spring elements is selected independently from a curved leaf spring, a leg spring and a helical spring, each of which tension a portion of the cable element and which alternately and without contact mitei nander over substantially the entire length of the s rope element are arranged in order to tension the rope element essentially completely taut.
Eine solche erfindungsgemäße Antenne ist in ihrer einfachsten Ausführungsform mit nur einem linearen T rägerelement aus einem einzigen Seilelement als Zugelement der Tensegrity-Struktur, sehr wenigen Federelementen als starre Körper der Tensegrity- Struktur, z. B. nur zwei oder drei gebogenen Blattfedern oder Schenkelfedern, zum Spannen des Seilelements, sowie nur einem daran befestigten Antennenelement in Form eines Strahlers äußerst kostengünstig herstellbar, extrem leichtgewichtig, weist einen verschwindend geringen Raumbedarf in entspanntem Zustand auf und ist auf grund der Verwendung der speziellen Arten von Federn sehr einfach im entspannten Zustand zu fixieren, zu lagern und zu transportieren. Such an antenna according to the invention is in its simplest embodiment with only one linear support element made of a single rope element as the tension element of the tensegrity structure, very few spring elements as a rigid body of the tensegrity structure. Structure, e.g. B. only two or three curved leaf springs or leg springs, for tensioning the cable element, and only one antenna element attached to it in the form of a radiator extremely inexpensive to manufacture, extremely lightweight, has a negligible space requirement in the relaxed state and is due to the use of the special Types of springs very easy to fix, store and transport in the relaxed state.
So können beispielsweise mehrere gebogene Blattfedern oder Schenkelfedern neben einander oder ineinander angeordnet, gemeinsam zusammengedrückt und mit einem einfachen Draht oder Band, z. B. aus Gummi, händisch in dieser Position fixiert wer den. Nach Entfernung dieser Fixierung ist die erfindungsgemäße Antenne darüber hin aus in bevorzugten Ausführungsformen selbstentfaltend bzw. selbsterrichtend, d. h. die Federn spannen beim Loslassen automatisch das Seilelement straff, und das oder die daran montierten Antennenelemente nehmen ihre vorbestimmten Positionen rela tiv zum Trägerelement ein. For example, several curved leaf springs or torsion springs can be arranged next to one another or one inside the other, compressed together and with a simple wire or tape, e.g. B. made of rubber, manually fixed in this position who the. After this fixation has been removed, the antenna according to the invention is also, in preferred embodiments, self-expanding or self-erecting, ie. H. the springs automatically tension the cable element taut when released, and the antenna element or elements mounted thereon assume their predetermined positions relative to the carrier element.
Aufgrund der Linearität des Seilelements reichen, wie oben erwähnt, wenige Feder elemente, z. B. nur zwei oder drei davon, aus, um das Seilelement über seine ganze Länge straff zu spannen, wobei die erforderliche Anzahl natürlich von der Länge des Seilelements, der Größe der Federelemente sowie der Federspennung der Feder elemente abhängt. Die zum Spannen eines Seilelements verwendeten Federelemente sind in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung im Hinblick auf die Herstel lungskosten und den konstruktiven Aufwand identisch in ihrer Art, Form und Größe und sind regelmäßig über die Länge des Seilelemente verteilt. Dies ist aber nicht zwin gend erforderlich, d. h. es können auch unterschiedliche Federelemente an unregel mäßigen Positionen des Seilelements montiert werden, solange Letzteres dadurch über seine gesamte Länge straff linear gespannt wird. Die Linearität des Seilelements ermöglicht beispielsweise die Verwendung der erfindungsgemäßen Antenne als Richt antenne. Due to the linearity of the rope element, as mentioned above, few spring elements, such. B. only two or three of them, in order to stretch the rope element taut over its entire length, the required number of course depends on the length of the rope element, the size of the spring elements and the spring tension of the spring elements. The spring elements used for tensioning a rope element are in preferred embodiments of the invention with regard to the production costs and the structural effort identical in type, shape and size and are regularly distributed over the length of the rope elements. But this is not absolutely necessary, i. H. It is also possible to mount different spring elements at irregular positions of the rope element, as long as the latter is stretched linearly over its entire length. The linearity of the cable element enables, for example, the use of the antenna according to the invention as a directional antenna.
Für die Zwecke hierin wird unter einem Seilelement ein beliebiges längliches, schlaff biegeweiches, zugfestes Bauelement verstanden, das zur Übertragung von Zugkräf- ten in der Lage ist, worunter somit jegliche aus verdrillten oder geflochtenen Natur oder Kunstfasern oder Drähten bestehenden Seile, Schnüre, Kordeln, Drahtseile, Ka bel oder dergleichen, sowie Ketten fallen. Das Seilelement kann dabei je nach Anfor derung gemäß vorliegender Erfindung aus elektrisch leitendem oder nichtleitendem Material oder mitunter auch aus einem Gemisch aus leitenden und nichtleitenden Fa sern, Filamenten und/oder Drähten bestehen. For the purposes herein, a rope element is understood to mean any elongate, slack, flexible, tensile strength component that is used for the transmission of tensile forces. ten is capable, which includes any twisted or braided natural or synthetic fibers or wires consisting of ropes, cords, cords, wire ropes, cables or the like, as well as chains. Depending on the requirements of the present invention, the rope element can consist of electrically conductive or non-conductive material or sometimes also from a mixture of conductive and non-conductive fibers, filaments and / or wires.
Die Federelemente sind gemäß vorliegender Erfindung auf gebogene Blattfedern, Schenkelfedern und Schraubenfedern eingeschränkt, die in der Lage sind, ein Seilele ment in gerader Linie straff zu spannen, wobei gebogene Blattfedern und Schenkel federn aus konstruktionstechnischen Gründen erfindungsgemäß bevorzugt werden, worauf später noch näher eingegangen wird. Die Federn können dabei je nach Anfor derung ebenfalls aus elektrisch leitendem oder nichtleitendem Material bestehen, z. B. aus Kunststoff oder Metall. In den meisten Fällen werden elektrisch nicht leitende Ma terialien, insbesondere leichtgewichtiger Kunststoff, gemäß vorliegender Erfindung be vorzugt. According to the present invention, the spring elements are restricted to curved leaf springs, leg springs and coil springs which are able to tighten a rope element in a straight line, with curved leaf springs and leg springs being preferred according to the invention for structural reasons, which will be discussed in more detail later . The springs can also consist of electrically conductive or non-conductive material, depending on the requirements, for. B. made of plastic or metal. In most cases, electrically non-conductive materials, especially lightweight plastic, are preferred in accordance with the present invention.
Die Bezeichnungen der Antennenelemente, wie z. B. Strahler, Direktor und Reflektor, haben ihre übliche, in der Antennentechnik gebräuchliche Bedeutung, was beispiels weise mit sich bringt, dass ein Strahler auch gleichzeitig als Empfänger dienen kann. The names of the antenna elements, such as. B. radiator, director and reflector, have their usual, in the antenna technology common meaning, which example brings with it that a radiator can also serve as a receiver at the same time.
Unter einem Verbindungselement wird hierin allgemein ein Bauteil verstanden, das zwei der sonstigen Elemente, z. B. zwei Antennenelemente, zwei Seilelemente oder ein Seilelement und ein Antennenelement, miteinander verbindet. Auch Verbindungs elemente können je nach ihrem Zweck aus elektrisch leitendem oder nichtleitendem Material, z. B. aus Metall oder Kunststoff, bestehen, wovon leichtgewichtige Materia lien wiederum bevorzugt werden. Die Form der Verbindungselemente ist nicht speziell eingeschränkt und kann ihrem Zweck entsprechend gewählt werden, z. B. linear, ge winkelt, kreuz-, kreis- oder sternförmig. A connecting element is here generally understood to mean a component that has two of the other elements, e.g. B. two antenna elements, two rope elements or a rope element and an antenna element, connects to each other. Connection elements can also be made of electrically conductive or non-conductive material, e.g. B. made of metal or plastic, of which lightweight materia lien are again preferred. The shape of the connecting members is not particularly limited and can be selected according to their purpose, e.g. B. linear, ge angled, cross, circular or star-shaped.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung umfassen die an einem Trägerele ment befestigten Antennenelemente jeweils einen Strahler, zumindest einen Direktor und gegebenenfalls auch zumindest einen Reflektor, die jeweils an definierten Positio nen vorzugsweise so am Trägerelement befestigt sind, dass sie in verschiedenen Ebe nen mit definierten Abständen zueinander liegen und parallel zueinander verlaufen, wobei die verschiedenen Ebenen, in denen die Antennenelemente am Trägerelement befestigt sind, vorzugsweise normal auf die Längsachse des Trägerelements stehen. Derartige Ausführungsformen der Erfindung sind beispielsweise zur Verwendung als Richtantennen geeignet, da die Wirkung des Strahlers durch den zumindest einen Direktor in bekannter Weise verstärkt wird. In besonders bevorzugten Ausführungsfor men der erfindungsgemäßen Antenne umfasst ein Satz von Antennenelementen neben dem Strahler eine Vielzahl von Direktoren sowie zumindest einen Reflektor, um die Wirkung der Antenne, z. B. als Richtantenne, optimal zu verstärken. In preferred embodiments of the invention, the antenna elements attached to a support element each comprise a radiator, at least one director and optionally also at least one reflector, which are each fastened to the carrier element at defined positions, preferably in such a way that they lie in different planes at defined distances from one another and run parallel to one another, the different planes in which the antenna elements are fastened to the carrier element, preferably stand perpendicular to the longitudinal axis of the carrier element. Such embodiments of the invention are suitable, for example, for use as directional antennas, since the effect of the radiator is enhanced in a known manner by the at least one director. In particularly preferred Ausführungsfor men of the antenna according to the invention, a set of antenna elements in addition to the radiator includes a plurality of directors and at least one reflector to the effect of the antenna, for. B. as a directional antenna to optimally amplify.
Die Länge der durch die einzelnen Federelemente gespannten Teilstücke des Seilele ments hängt davon ab, an welchen Positionen die Federelemente mit dem Seilelement in Verbindung stehen. Vorzugsweise ist sie durch jeweils zwei die Federentspannung begrenzende Elemente vorgegeben, die an definierten Positionen am Seilelement vor gesehen sind, wobei die Begrenzungselemente besonders bevorzugt jeweils unab hängig aus im Seilelement angebrachten Knoten, am Seilelement mechanisch be festigten Klemmen bzw. Schellen, sowie Kombinationen davon ausgewählt sind. In der einfachsten und kostengünstigsten Variante dienen simple Knoten im Seilelement als Begrenzungselemente für die Federelemente. The length of the sections of the Seilele element tensioned by the individual spring elements depends on the positions at which the spring elements are connected to the rope element. It is preferably given by two elements limiting the spring relaxation, which are seen at defined positions on the rope element, the limiting elements being particularly preferably selected independently of nodes attached to the rope element, clamps or clamps mechanically fastened to the rope element, and combinations thereof are. In the simplest and cheapest variant, simple knots in the rope element serve as limiting elements for the spring elements.
In manchen bevorzugten Ausführungsformen sind als Begrenzungselemente für zu mindest eine als Federelement dienende Blatt- oder Schenkelfeder, oder auch für alle Federn, zwei Klemmen bzw. Schellen am Seilelement vorgesehen, deren der Feder zugewandte Ränder schräg zur Längsachse des gespannten Seilelements verläuft, um jeweils eine reibschlüssige Verbindung mit dem Federende zu bilden und so eine Rotation des durch diese Feder gespannten Abschnitts des Seilelements um die Längsachse zu verhindern. Solche Ausführungsformen der Begrenzungselemente sind besonders dann von Nutzen, wenn die zum Einsatz kommenden Blatt- oder Schenkelfedern zum Spannen des Seilelements relativ stark entspannt oder aufgewei tet werden und dadurch einen spitzen Winkel zwischen ihren Enden und dem Seil- element bilden, wobei die Abschrägung der Ränder der Klemmen oder Schellen be sonders bevorzugt diesem spitzen Winkel entspricht. In some preferred embodiments, two clamps or clamps on the rope element are provided as limiting elements for at least one leaf or leg spring serving as a spring element, or also for all springs, the edges of which, facing the spring, run obliquely to the longitudinal axis of the tensioned rope element, by one each to form a frictional connection with the spring end and thus prevent rotation of the section of the cable element tensioned by this spring about the longitudinal axis. Such embodiments of the delimiting elements are particularly useful when the leaf or leg springs used to tension the rope element are relatively relaxed or widened and thus create an acute angle between their ends and the rope Form element, the bevel of the edges of the clamps or clamps particularly preferably corresponds to this acute angle.
In bevorzugten Ausführungsformen ist zumindest eines der Federelemente (oder auch alle) eine Blattfeder, die an beiden Enden zumindest ein Führungsloch und/oder einen Führungsschlitz aufweist, durch die das Seilelement hindurch verläuft. Solche Ausfüh rungsformen von Federelementen sind besonders einfach und kostengünstig in der Fierstellung. In preferred embodiments, at least one of the spring elements (or all of them) is a leaf spring which has at least one guide hole and / or a guide slot at both ends through which the cable element runs. Such Ausfüh approximately forms of spring elements are particularly simple and inexpensive in the Fierstellung.
Bei der alternativen oder zusätzlichen Verwendung von Schenkelfedern werden vor zugsweise solche Schenkelfedern eingesetzt, die an beiden Enden jeweils eine Füh rungsöse aufweisen, durch die das Seilelement hindurch verläuft, was ebenfalls ein fach und kostengünstig herstellbar ist. In the alternative or additional use of leg springs such leg springs are preferably used, which each have a guide eyelet at both ends through which the cable element extends, which is also a fold and inexpensive to manufacture.
Bei der alternativen oder zusätzlichen Verwendung von Schraubenfedern, werden die Schraubenfedern vorzugsweise an ihren Enden jeweils mit einer als Begrenzungsele ment dienenden Klemme bzw. Schelle auf solche Weise fest verbunden, dass die Achse der zumindest einen Schraubenfeder parallel zur Längsachse des gespannten Seilements verläuft. Dazu sind die Enden der Schraubenfedern mit den als Begren zungselemente dienenden Klemmen bzw. Schellen vorzugsweise einstückig verbun den, besonders bevorzugt verschweißt, um eine feste und positionssstabile Verbin dung zu bilden. Beispielsweise kann jedes Ende der Schraubenfedern mit jeweils einem Teil der Klemme oder Schelle fix verbunden sind, der in einer normal auf die Längsachse des gespannten Seilelements stehenden Ebene um eine der Dicke der Schraubenfeder entsprechende Distanz vom Seilelement wegsteht, wofür z. B. ein Stift, eine Nase, eine Platte oder auch ein konzentrischer Ring rund um das Seilele ment dienen können. With the alternative or additional use of helical springs, the helical springs are preferably firmly connected at their ends with a clamp or clamp serving as a limiting element in such a way that the axis of the at least one helical spring runs parallel to the longitudinal axis of the tensioned cable element. For this purpose, the ends of the helical springs with the clamps or clamps serving as limiting elements are preferably connected in one piece, particularly preferably welded, in order to form a fixed connection that is stable in position. For example, each end of the helical springs can be fixedly connected to a part of the clamp or clamp that stands away from the cable element by a distance corresponding to the thickness of the helical spring in a plane normal to the longitudinal axis of the tensioned cable element, for which z. B. a pin, a nose, a plate or a concentric ring around the Seilele element can serve.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung können manche oder alle der Be grenzungselemente für die Federelement auch gleichzeitig zur Befestigung der Anten nenelemente dienen, d. h. dass vorzugsweise zumindest manche der Antennenele mente jeweils an den Positionen der am Seilelement vorgesehenen Begrenzungsele- mente, besonders bevorzugt an als Begrenzungselemente dienenden Klemmen bzw. Schellen, am Trägerelement befestigt sind. Dies reduziert die Anzahl an erforderlichen Bauteilen und damit den konstruktiven Aufwand für die erfindungsgemäße Antenne. In preferred embodiments of the invention, some or all of the delimitation elements for the spring element can also be used at the same time to attach the antenna elements, ie preferably at least some of the antenna elements in each case at the positions of the delimitation elements provided on the cable element. elements, particularly preferably on clamps or clamps serving as limiting elements, are attached to the carrier element. This reduces the number of components required and thus the structural complexity for the antenna according to the invention.
Alternativ oder zusätzlich dazu können aber zumindest manche der Antennenele mente auch über spezielle Verbindungselemente mit dem Trägerelement und/oder mit einem weiteren Antennenelement verbunden sein, wobei in solchen Fällen die Verbin dungselemente - analog zu den oben beschriebenen Ausführungsformen - vorzugs weise jeweils an einer als Begrenzungselement dienenden Klemme bzw. Schelle be festigt sind und/oder jeweils in einer normal auf die Längsachse des Seilelements und somit des Trägerelements stehenden Ebene verlaufen. As an alternative or in addition to this, however, at least some of the antenna elements can also be connected to the carrier element and / or to a further antenna element via special connection elements, in which case the connection elements - analogously to the embodiments described above - preferably each on one as a delimiting element serving clamp or clamp be fastened and / or each extend in a plane normal to the longitudinal axis of the cable element and thus the carrier element.
Die Verbindungselemente sind dabei in manchen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung aus den folgenden Varianten und Kombinationen davon ausgewählt: a) linearen Elementen, wobei die Antennenelemente quer oder senkrecht zur Längsachse der Verbindungselemente verlaufend oder in Verlängerung der Längs achse an den Enden der Verbindungselemente an diesen befestigt sind; b) kreuzförmigen Elementen aus zwei oder mehreren sich kreuzenden Balken, die am Kreuzungspunkt am Trägerelement befestigt sind und an deren Balken Anten nenelemente quer oder senkrecht zur Längsachse der Balken oder in Verlängerung der Balken an deren Enden befestigt sind; c) gewinkelten Elementen, die jeweils so an den Enden von linearen Antennen elementen befestigt sind, dass eine Vielzahl von Verbindungselementen und Anten nenelementen abwechselnd ein Polygon bilden, wobei die Befestigung am Träger element über ein oder mehrere Verbindungselemente, ein oder mehrere Antennen elemente oder beides erfolgt. In some preferred embodiments of the invention, the connecting elements are selected from the following variants and combinations thereof: a) linear elements, the antenna elements running transversely or perpendicular to the longitudinal axis of the connecting elements or being attached to the ends of the connecting elements as an extension of the longitudinal axis at the ends of the connecting elements ; b) cross-shaped elements made of two or more intersecting bars, which are attached at the point of intersection on the carrier element and whose bars are antenna elements attached transversely or perpendicularly to the longitudinal axis of the bars or as an extension of the bars at their ends; c) angled elements, which are each attached to the ends of linear antenna elements that a plurality of connecting elements and antenna elements alternately form a polygon, the attachment to the carrier element via one or more connecting elements, one or more antenna elements or both he follows.
Auf diese Weise können mittels der Verbindungselemente mehrere Sätze von Anten nenelementen auf ein und demselben Trägerelement vorgesehen werden. Vorzugs weise ist dabei am Trägerelement eine Vielzahl von Verbindungselementen mit jeweils einer Vielzahl von daran bezüglich des Seilelements symmetrisch befestigten Anten nenelementen in unterschiedlichen, parallelen Ebenen befestigt, wobei in einer Ebene jeweils identische Antennenelemente vorgesehen sind und in allen unterschiedlichen Ebenen zusammen jene Antennenelemente vorgesehen sind, die zusammen mit dem Trägerelement jeweils eine vollständige herkömmliche Antennenanordnung ergeben. Das bedeutet, dass ein einziges Trägerelement, d. h. eine einzige Tensegrity-Struktur, mehrere Antennen trägt, was z. B. bei Verwendung der erfindungsgemäßen Antenne als Richtantenne deren Wirkung multipliziert. In this way, several sets of antenna elements can be provided on one and the same carrier element by means of the connecting elements. Preference is given to a plurality of connecting elements on the carrier element, each with a plurality of antenna elements fastened thereon symmetrically with respect to the cable element in different, parallel planes, wherein in one plane Identical antenna elements are provided in each case and those antenna elements are provided in all different planes which together with the carrier element each result in a complete conventional antenna arrangement. This means that a single support element, ie a single Tensegrity structure, supports several antennas, which is e.g. B. when using the antenna according to the invention as a directional antenna, its effect is multiplied.
Wenn dabei, wie in besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, in den unterschiedlichen, parallelen Ebenen jeweils ein Strahler, zumindest ein Direktor und gegebenenfalls zumindest ein Reflektor als zueinander parallele Antennenelemente vorgesehen sind, die zusammen mit dem Trägerelement jeweils eine vollständige Richtantennen-Einheit vom Yagi-Uda-Typ ergeben, so fungiert ein Trägerelement als Bestandteil einer Vielzahl von Richtantennen-Einheiten vom Yagi-Uda-Typ. If, as in particularly preferred embodiments of the invention, a radiator, at least one director and possibly at least one reflector are provided as mutually parallel antenna elements in the different, parallel planes, which together with the carrier element each have a complete directional antenna unit from the Yagi Uda type result, a carrier element functions as a component of a plurality of directional antenna units of the Yagi-Uda type.
Darüber hinaus ist jedoch gemäß vorliegender Erfindung auch vorgesehen, dass eine Vielzahl von jeweils ein Seilelement und eine Vielzahl von Federelementen umfassen den Tensegrity-Strukturen zusammen ein Trägerelement der Richtantenne vom Yagi- Uda-Typ bilden, was zwar die Komplexheit und den apparativen Aufwand, gleichzeitig aber auch die Stabilität der Antenne erhöht. Die Verbindung dieser Vielzahl von Ten segrity-Strukturen, die zusammen ein Trägerelement bilden, kann mittels Antennen elementen erfolgen, die jeweils mit zwei Seilelementen verbunden sind, erfolgt jedoch vorzugsweise, indem jeweils zwei Seilelemente über Verbindungselemente oder über eine Kombination aus Verbindungselementen und Antennenelementen miteinander verbunden sind. Auf diese Weise ist die Positionierung der Antennenelemente nicht oder zumindest in geringerem Ausmaß eingeschränkt. In addition, however, according to the present invention, it is also provided that a plurality of each one rope element and a plurality of spring elements comprise the tensegrity structures together form a carrier element of the directional antenna of the Yagi-Uda type, which, although the complexity and the outlay on equipment, simultaneously but also increases the stability of the antenna. The connection of this multitude of ten segrity structures, which together form a carrier element, can be done by means of antenna elements that are each connected to two rope elements, but is preferably done by connecting two rope elements to each other via connecting elements or a combination of connecting elements and antenna elements are. In this way, the positioning of the antenna elements is not restricted or is at least restricted to a lesser extent.
In manchen bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antenne be steht zumindest ein Seilelement aus Metall und In some preferred embodiments of the antenna according to the invention there is at least one cable element made of metal and
- zumindest manche der Begrenzungselemente und/oder - At least some of the delimitation elements and / or
- die Enden zumindest einer als Federelement dienenden Blatt- oder Schenkelfeder und/oder - The ends of at least one leaf or leg spring serving as a spring element and / or
- zumindest manche der Antennenelemente und/oder - zumindest manche der Verbindungselemente sind an definierten Positionen direkt mit diesem Seilelement verschweißt, was die Sta bilität der Verbindung dieser Elemente mit dem Seilelement erhöht. - at least some of the antenna elements and / or - At least some of the connecting elements are welded directly to this rope element at defined positions, which increases the stability of the connection between these elements and the rope element.
Alternativ oder auch zusätzlich dazu besteht in machen Ausführungsformen zumindest ein Seilelement aus Fasermaterial und As an alternative or in addition to this, in some embodiments there is at least one rope element made of fiber material and
- zumindest manche der Begrenzungselemente und/oder - At least some of the delimitation elements and / or
- die Enden zumindest einer als Federelement dienenden Blatt- oder Schenkelfeder und/oder - The ends of at least one leaf or leg spring serving as a spring element and / or
- zumindest manche der Antennenelemente und/oder - at least some of the antenna elements and / or
- zumindest manche der Verbindungselemente sind an definierten Positionen mit diesem Seilelement verschnürt, was die Fierstellung vereinfacht und die Kosten verringert. - At least some of the connecting elements are tied to this rope element at defined positions, which simplifies the freeing position and reduces costs.
Wie bereits zuvor erwähnt ist die erfindungsgemäße Antenne vorzugsweise mittels einfachen Drucks auf die Federelemente in Richtung der Längsachse des zumindest einen Trägerelements zu einem volumsreduzierten Zustand komprimierbar, um sie in diesem Zustand einfacher lagern oder transportieren zu können. Und nach Wegfall der Druckbelastung ist die erfindungsgemäße Antenne besonders bevorzugt selbsterrich tend, d. h. durch die teilweise Entspannung der Federelemente bis zum vordefinierten Grad wird das zumindest eine Seilelement automatisch straff gespannt, wodurch die Antennenelemente an den vordefinierten Positionen angeordnet werden und die An tenne in einen betriebsbereiten Zustand versetzt wird, ohne dass ein manueller oder motorgesteuerter Zusammenbau erforderlich wäre. As already mentioned above, the antenna according to the invention can preferably be compressed to a reduced-volume state by simple pressure on the spring elements in the direction of the longitudinal axis of the at least one carrier element in order to be able to store or transport it more easily in this state. And after the pressure load has ceased, the antenna according to the invention is particularly preferably self-erecting, ie. H. Due to the partial relaxation of the spring elements up to the predefined degree, the at least one cable element is automatically tensioned taut, whereby the antenna elements are arranged in the predefined positions and the antenna is put into an operational state without manual or motor-controlled assembly being required.
Weiters ist in besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung die Mehrzahl der oder alle Elemente der erfindungsgemäßen Antenne voneinander lösbar und wie der zusammensetzbar, was nicht nur, aber speziell bei komplexen Ausführungs formen, die mehrere Tensegrity-Strukturen und/oder mehrere Antennenanordnungen an einer Tensegrity-Struktur umfassen, die Lagerbarkeit und Transportierbarkeit der Antenne noch weiter verbessert. Die oben beschriebene erfindungsgemäße Antenne ist vorzugsweise als Teil eines tragbaren elektronischen Geräts, eines Fahrzeugs, einer stationären Funkstation oder eines "Multiple Input Multiple Output"- (MIMO-) Systems zur drahtlosen Kommunika tion einsetzbar und ist besonders bevorzugt eine Richtantenne vom Yagi-Uda-Typ, wo die lineare Form des Seilelements und damit des Trägerelements von besonderem Vorteil ist. Furthermore, in particularly preferred embodiments of the invention, the majority of or all of the elements of the antenna according to the invention can be detached from one another and reassembled, which not only, but especially in complex execution forms, the multiple tensegrity structures and / or multiple antenna arrangements on a tensegrity structure include, the storage and portability of the antenna is further improved. The antenna according to the invention described above can preferably be used as part of a portable electronic device, a vehicle, a stationary radio station or a "Multiple Input Multiple Output" (MIMO) system for wireless communication and is particularly preferably a directional antenna from the Yagi-Uda- Type where the linear shape of the rope element and thus of the carrier element is of particular advantage.
Darüber hinaus kann natürlich eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Antennen zu einem Antennen-Array angeordnet werden, um ihre Wirkung zu bündeln und dadurch zu vervielfachen. In addition, a large number of antennas according to the invention can of course be arranged to form an antenna array in order to bundle their effect and thereby multiply it.
In einem zweiten Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung auch die Verwendung einer Tensegrity-Struktur, die aus einem Seilelement, einer Vielzahl von Federelemen ten zum straffen Spannen des Seilelements in gerader Linie sowie optionalen Verbin dungselementen besteht, wobei jedes der Vielzahl von Federelementen unabhängig aus einer gebogenen Blattfeder, einer Schenkelfeder und einer Schraubenfeder ausgewählt ist, die jeweils ein Teilstück des Seilelements spannen und die alternierend und ohne Kontakt mit einander über im Wesentlichen die gesamte Länge des Seilelements angeordnet sind, um das Seilelement im Wesentlichen zur Gänze straff zu spannen, als lineares Trägerelement einer Antenne, wobei die Antenne wie oben be schrieben konstruiert ist und besonders bevorzugt eine Richtantenne vom Yagi-Uda- Typ ist. In a second aspect, the present invention also includes the use of a tensegrity structure, which consists of a rope element, a plurality of spring elements for taut tensioning of the rope element in a straight line, and optional connecting elements, each of the plurality of spring elements independently consisting of a curved one Leaf spring, a leg spring and a helical spring is selected, each tensioning a portion of the cable element and which are arranged alternately and without contact with each other over substantially the entire length of the cable element in order to tension the cable element substantially completely taut, as a linear support element an antenna, wherein the antenna is constructed as described above and is particularly preferably a directional antenna of the Yagi-Uda type.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von repräsentativen nichtein schränkenden Beispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben, die Folgendes darstellen: The present invention will now be described in more detail by way of representative, non-limiting examples and with reference to the accompanying drawings, which show:
Fig. 1 zeigt die in der Einleitung beschriebene Helixantenne nach dem Stand der Tech nik und entspricht Fig. 1 des zitierten Gebrauchsmusters DE 20 2010 013 085 U1.Fig. 1 shows the helix antenna described in the introduction according to the prior tech and corresponds to FIG. 1 of the cited utility model DE 20 2010 013 085 U1.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer einfachen Ausführungsform eines Trä gerelements der Antenne gemäß vorliegender Erfindung. Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß besonders bevorzug ten Antenne vom Yagi-Uda-Typ unter Verwendung des Trägerelements aus Fig. 2. Fig. 4 zeigt eine Auswahl von gemäß vorliegender Erfindung einsetzbaren Begren zungselementen. Fig. 2 is a schematic representation of a simple embodiment of a Trä gerelements of the antenna according to the present invention. Fig. 3 is a schematic representation of an inventive particularly preferred antenna of the Yagi-Uda type using the carrier element from FIG. 2. FIG. 4 shows a selection of limiting elements that can be used according to the present invention.
Fig. 5 zeigt bevorzugte Ausführungsformen der Enden von erfindungsgemäß bevor zugten gebogenen Blattfedern (Fig. 5a, 5b) und Schenkelfedern (Fig. 5c, 5d). Fig. 5 shows preferred embodiments of the ends of the invention before ferred curved leaf springs (Fig. 5a, 5b) and leg springs (Fig. 5c, 5d).
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Trä gerelements der Antenne gemäß vorliegender Erfindung. Fig. 6 is a schematic representation of a further embodiment of a carrier element of the antenna according to the present invention.
Fig. 7 zeigt schematisch bevorzugte Arten der Verbindung eines erfindungsgemäßen Trägerelements mit einem Antennen- bzw. einem Verbindungselement unter Verwen dung des Begrenzungselements aus Fig. 4d. Fig. 7 shows schematically preferred types of connection of a carrier element according to the invention with an antenna or a connection element using the delimitation element from FIG. 4d.
Fig. 8 und Fig. 9 sind schematische Darstellungen bevorzugter Kombinationen aus Seil-, Verbindungs- und Antennenelementen in einer erfindungsgemäßen Antenne. Fig. 10, Fig. 11 und Fig. 12 sind schematische Darstellungen bevorzugter Kombinatio nen aus Seil-, Verbindungs- und Antennenelementen unter Verwendung mehrerer Trä gerelemente in einer erfindungsgemäßen Antenne. 8 and 9 are schematic representations of preferred combinations of cable, connecting and antenna elements in an antenna according to the invention. 10, 11 and 12 are schematic representations of preferred combinations of cable, connecting and antenna elements using a plurality of carrier elements in an antenna according to the invention.
BEISPIELE EXAMPLES
Wie zuvor erwähnt, zeigt Fig. 1 eine Antenne nach dem Stand der Technik, bei der es sich um eine selbstentfaltende Wendel- oder Flelixantenne für Satelliten handelt. Die Flelixantenne umfasst dabei im Wesentlichen ein mit einer elektrisch leitenden Schicht versehenes schraubenförmig gewundenes Antennenelement, d. h. eine Spiralfeder, an dessen Ende eine Reflektorplatte mit zusätzlichen, radialen und tangentialen, mit Gelenken versehenen Antennenstäben vorgesehen sind, wobei auf der Reflektorplatte ein Satellit befestigt ist. Das helixförmige Antennenelement ist in radial außen liegen den Bereichen mit mehreren sog. Kontrollschnüren fix verbunden, die als Zugelemente in entfaltetem Zustand die Form der Antenne bestimmen, indem sie den Grad der Ent spannung der Spiralfeder festlegen. Die Bezugszeichen in Fig. 1 haben dabei folgende Bedeutungen: 1 ' Antennenanordnung insgesamt; 2' Flelixantenne; 3' Reflektorplatte; 4' Satellit; 5' Photovoltaikmodul; 6' Solarzelle; 7' schraubenlinienförmige Trägerstruk tur; 8' elektrisch leitende Schicht; 9' radial außen liegender Bereich; 10' Kontrollschnur; 11 ' radialer Antennenstab; 13' tangentialer Antennenstab; 14' Festkörpergelenk. Wie ebenfalls bereits zuvor festgestellt wurde, ist eine solche Antenne keine Tensegri- ty-Struktur, da die Zugelemente keine nicht miteinander in Kontakt stehenden starren Elemente miteinander verbinden. Vielmehr ist diese Antenne lediglich ein Beispiel für eine Seilelemente umfassende Richtantenne. As previously mentioned, FIG. 1 shows a prior art antenna which is a self-expanding helical or flelix antenna for satellites. The Flelix antenna essentially comprises a helically wound antenna element provided with an electrically conductive layer, ie a spiral spring, at the end of which a reflector plate with additional, radial and tangential, articulated antenna rods are provided, a satellite being attached to the reflector plate. The helical antenna element is fixedly connected in the radially outer areas with several so-called control cords, which, as tension elements in the unfolded state, determine the shape of the antenna by defining the degree of relaxation of the spiral spring. The reference symbols in FIG. 1 have the following meanings: 1 'antenna arrangement as a whole; 2 'Flelix antenna; 3 'reflector plate; 4 'satellite; 5 'photovoltaic module; 6 'solar cell; 7 'helical support structure; 8 'electrically conductive layer; 9 'area lying radially on the outside; 10 'control cord; 11 'radial antenna rod; 13 'tangential antenna rod; 14 'solid body joint. As was also stated previously, such an antenna is not a tensegrity structure, since the tension elements do not connect any rigid elements that are not in contact with one another. Rather, this antenna is only an example of a directional antenna comprising cable elements.
In Fig. 2 ist hingegen ein einfaches Beispiel für ein Trägerelement T der Antenne ge mäß vorliegender Erfindung schematisch dargestellt, bei dem ein Seilelement 1 mit Ausnahme eines kurzen Stücks 1 a an einem Ende über im Wesentlichen die gesamte Länge mittels Federn 2 straff gespannt wird, die im vorliegenden Beispiel als gebogene Blattfedern dargestellt sind und deren Entspannungsgrad jeweils durch zwei Begren zungselemente 6 festgelegt ist. In Fig. 2, however, a simple example of a carrier element T of the antenna ge according to the present invention is shown schematically, in which a cable element 1 with the exception of a short piece 1 a is stretched taut at one end over essentially the entire length by means of springs 2, which are shown in the present example as curved leaf springs and whose degree of relaxation is set by two limiting elements 6 in each case.
Die Entspannung von Blattfedern wird in der überwiegenden Mehrzahl der hierin sche matisch dargestellten Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Antennen der Ein- fachkeit halber mit 50 % angenommen, was jeweils einem Winkel zwischen dem Seil element 1 und den Enden der Feder von 90° und somit einer Flalbkreisform der Blatt feder entspricht. In der praktischen Ausführung der Erfindung wird aber in der Regel wohl eher ein spitzer Winkel < 90° gewählt werden, was einer stärkeren Entspannung und somit einer weiteren Öffnung der Feder entspricht und die zum Spannen des Seil elements erforderliche Anzahl an Federelementen verringert. In Fig. 2 sind beispiels weise sechs halbkreisförmige Blattfederelemente 2 eingezeichnet. Bei einer stärkeren Entspannung, z. B. wie in Fig. 4f angedeutet, wären bei gleichbleibender Länge des Seilelements 1 und der Blattfedern 2 aber nur drei oder vier Federelemente 2 vonnö ten, um das Seilelement 1 straff zu spannen. For the sake of simplicity, the relaxation of leaf springs is assumed to be 50% in the overwhelming majority of the embodiments of antennas according to the invention shown schematically here, which is an angle between the rope element 1 and the ends of the spring of 90 ° and thus a claw shape of the Leaf feather corresponds. In the practical embodiment of the invention, however, an acute angle <90 ° will usually be selected, which corresponds to a greater relaxation and thus a wider opening of the spring and reduces the number of spring elements required for tensioning the rope element. In Fig. 2, for example, six semicircular leaf spring elements 2 are shown. With a stronger relaxation, z. B. as indicated in Fig. 4f, with the same length of the rope element 1 and the leaf springs 2 but only three or four spring elements 2 would be vonnö th to tension the rope element 1 taut.
Die jeweils erforderliche Anzahl an Federelementen hängt dabei natürlich von der Art der Federn, vom Material, speziell vom Elastizitätsmodul des verwendeten Materials und von der daraus resultierenden Federkonstante, sowie von den Abmessungen der Federn, aber auch vom Gewicht aller Elemente, die an dem durch die Federn zu span nenden Seilelement, sprich: am Trägerelement, befestigt sind, und von der räumlichen Orientierung der Antenne in Betrieb ab, d. h. ob die Antenne in waagrechter oder senk rechter Ausrichtung betrieben werden soll. Im Hinblick auf eine einfache Handhabbar- keit sind daher leichtgewichtige Materialien für sämtliche Elemente und Bauteile der erfindungsgemäßen Antenne zu bevorzugen. The number of spring elements required in each case depends of course on the type of springs, on the material, especially on the modulus of elasticity of the material used and on the resulting spring constant, as well as on the dimensions of the springs, but also on the weight of all elements that are attached to the Springs to the tensioning rope element, that is: on the carrier element, are attached, and on the spatial orientation of the antenna in operation, ie whether the antenna is to be operated in a horizontal or vertical orientation. With a view to easy handling Lightweight materials are therefore to be preferred for all elements and components of the antenna according to the invention.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des Trägerelements aus Fig. 2, an dem an manchen Begrenzungselementen 6 jeweils ein Antennenelement A montiert ist. Die Antennenelemente sind parallel zueinander angeordnet und umfassen in der hier dar gestellten Ausführungsform einen Strahler 3, zwei Direktoren 4 und einen Reflektor 5, so dass diese Ausführungsform eine vollständige Richtantenne vom Yagi-Uda-Typ bildet. FIG. 3 is a schematic illustration of the carrier element from FIG. 2, on which an antenna element A is mounted on some of the delimiting elements 6. The antenna elements are arranged parallel to one another and in the embodiment presented here comprise a radiator 3, two directors 4 and a reflector 5, so that this embodiment forms a complete directional antenna of the Yagi-Uda type.
Die Antennenelemente A brauchen nicht notwendigerweise über die Begrenzungsele mente 6 am Trägerelement T befestigt zu werden, sondern könnten auch direkt am Seilelement 1 oder an den Federelementen 2 angebracht sein. Im Hinblick auf Linea rität, Stabilität und Komplexheit der Antenne, darunter auch auf die Gesamtanzahl an Bauteilen, ist eine Befestigung über die Begrenzungselemente 6 jedoch erfindungs gemäß bevorzugt. The antenna elements A do not necessarily need to be attached to the support element T via the limiting elements 6, but could also be attached directly to the cable element 1 or to the spring elements 2. With regard to the linearity, stability and complexity of the antenna, including the total number of components, attachment via the delimiting elements 6 is preferred according to the invention.
Wie die Befestigung erfolgt, hängt dabei unter anderem von den für die einzelnen Ele mente verwendeten Materialien ab. So können beispielsweise im Fall von metallischen oder auch aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Begrenzungselementen 6 und Antennenelementen A Letztere mit dem jeweiligen Begrenzungselement einstü ckig verbunden, z. B. verschweißt, sein, im Falle von Knoten im Seilelement 1 als Be grenzungselemente 6 können die Antennenelemente A auch einfach mit dem Seilele ment 1 verknotet oder verschnürt sein, und bei Verwendung von Schellen oder Klem men kann die Befestigung der Antennenelemente A beispielsweise mittels Verschrau ben, Vernieten oder Verkleben erfolgen. Auf analoge Weise kann auch die Befestigung von Verbindungselementen, die ihrerseits ein oder mehrere Antennenelemente tragen können, an den Begrenzungselementen erfolgen. How it is attached depends, among other things, on the materials used for the individual elements. For example, in the case of metallic or thermoplastic delimiting elements 6 and antenna elements A, the latter can be connected in one piece to the respective delimiting element, e.g. B. be welded, in the case of nodes in the rope element 1 as Be limiting elements 6, the antenna elements A can also simply be knotted or tied to the Seilele element 1, and when using clamps or clamps, the attachment of the antenna elements A can, for example, by means of screw ben, riveting or gluing. In an analogous manner, connecting elements, which in turn can carry one or more antenna elements, can also be fastened to the delimiting elements.
In Fig. 4 sind mehrere erfindungsgemäß einsetzbare Ausführungsformen von Begren zungselementen 6 dargestellt, nämlich in Fig. 4a ein einfacher Knoten und in den Fig. 4b bis 4f jeweils eine Klemme bzw. Schelle, wobei die Letzteren in den dargestellten Ausführungsformen jeweils mittels Schrauben und Muttern 6a am Seilelement zu fixie ren sind, um reibschlüssige Verbindungen zu ergeben. An den in den Fig. 4b und 4c gezeigten Ausführungsformen aus Metall könnte beispielsweise ein Antennenelement jeweils durch Verschweißen befestigt werden, während Fig. 4d eine gekreuzte Dop pelschelle zeigt, die sowohl zur Befestigung des Begrenzungselements am Seilele ment als auch zur Befestigung eines Antennenelements oder Verbindungselements dienen kann, das sich dann in einer normal auf die Achse des Seilelements stehenden Richtung erstreckt. In Fig. 4 several embodiments of limiter elements 6 which can be used according to the invention are shown, namely in Fig. 4a a simple knot and in Figs. 4b to 4f each a clamp or clamp, the latter being shown in FIGS Embodiments are to be fixed to the rope element by means of screws and nuts 6a on the rope element in order to produce frictional connections. On the embodiments made of metal shown in Figs. 4b and 4c, for example, an antenna element could each be attached by welding, while Fig. 4d shows a crossed double clamp that ment both for attaching the delimiting element to the Seilele and for attaching an antenna element or connecting element can serve, which then extends in a direction normal to the axis of the rope element.
In den Fig. 4e und 4f ist eine spezielle Ausführungsform einer Schelle ähnlich jener aus Fig. 4c schematisch dargestellt, bei der das dem Federelement in Form einer ge bogenen Blattfeder 2 zugewandte Ende der Schelle abgeschrägt ist. Der Grad der Ab schrägung, ausgedrückt durch den Winkel a', entspricht dabei dem zwischen dem En de der gebogenen Blattfeder 2 und dem Seilelement 1 gebildeten Winkel a. In der hier dargestellten Ausführungsform beträgt dieser Winkel a nicht 90° wie in den anderen, vereinfacht dargestellten Ausführungsformen, sondern die Feder 2 ist in diesem Fall stärker entspannt oder aufgeweitet, weswegen zwischen ihren Enden und dem Seil element ein spitzer Winkel a von rund 60° gebildet wird, dem Abschrägung des Randes der Schelle in besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung exakt ent spricht. Durch dien auf diese Weise erzeugten Reibschluss zwischen den beiden Federenden und den abgeschrägten Flächen der beiden Begrenzungselemente wird eine Rotation des Federelements um die Achse des Seilelements wirksam unterdrückt, was die Funktionsfähigkeit der erfindungsgemäßen Antenne deutlich verbessert. 4e and 4f, a special embodiment of a clamp similar to that of Fig. 4c is shown schematically, in which the spring element in the form of a GE curved leaf spring 2 facing end of the clamp is beveled. The degree of inclination from, expressed by the angle a ', corresponds to the angle a formed between the end of the bent leaf spring 2 and the cable element 1. In the embodiment shown here, this angle a is not 90 ° as in the other, simplified embodiments, but the spring 2 is more relaxed or expanded in this case, which is why an acute angle a of around 60 ° between its ends and the rope element is formed, the bevel of the edge of the clamp speaks exactly ent in particularly preferred embodiments of the invention. The frictional engagement generated in this way between the two spring ends and the beveled surfaces of the two limiting elements effectively suppresses rotation of the spring element about the axis of the cable element, which significantly improves the functionality of the antenna according to the invention.
In Fig. 5 werden verschiedene Ausführungsformen von Blatt- und Schenkelfedern als Federelemente 2 gezeigt. Die Fig. 5a und 5b zeigen jeweils ein Ende einer Blattfeder, in dem ein Führungsschlitz bzw. -loch 7 vorgesehen ist, durch den bzw. das hindurch das Seilelement geführt wird, wobei Ausführungsformen mit Führungsloch aus Stabi litätsgründen zu bevorzugen sind. Fig. 5c zeigt eine herkömmliche Schenkelfeder in entspanntem Zustand mit nicht modifizierten Enden. Zur Begrenzung der Entspannung einer solchen Ausführungsform einer Schenkelfeder 2 können deren Enden mit dem Seilelement 1 einfach verschnürt werden. In Fig. 5d ist hingegen eine bevorzugte Aus- führungsform einer Schenkelfeder 2 mit einer Öse 8 am Ende dargestellt, durch die wiederum das Seilelement hindurchgeführt werden kann. In Fig. 5 different embodiments of leaf and leg springs are shown as spring elements 2. 5a and 5b each show one end of a leaf spring in which a guide slot or hole 7 is provided through which the cable element is guided, embodiments with a guide hole being preferred for reasons of stability. Fig. 5c shows a conventional leg spring in the relaxed state with unmodified ends. To limit the relaxation of such an embodiment of a leg spring 2, its ends can simply be tied to the cable element 1. In Fig. 5d, however, is a preferred embodiment Guide form of a leg spring 2 shown with an eyelet 8 at the end, through which in turn the cable element can be passed.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Tensegrity-Struktur als Trägerelement T, bei der das Seilelement 1 mittels Schraubenfedern 2 gespannt ist. Die Enden der Schraubenfedern sind dabei jeweils mit den als Begrenzungselemente 6 dienenden Klemmen bzw. Schellen fest, vorzugsweise einstückig, verbunden, be sonders bevorzugt verschweißt, um eine feste Verbindung zu bilden und die Spannung und Linearität des Seilelements zu gewährleisten. Dazu ist jedes Ende der Schrau benfedern mit jeweils einem Teil 6a des Begrenzungselements 6 fix verbunden, der in einer normal auf die Längsachse des gespannten Seilelements stehenden Ebene um eine zumindest der Dicke der Schraubenfeder entsprechende Distanz vom Seilele ment wegsteht, wie z. B. einem Stift, einer Nase, einer Platte oder auch einem kon zentrischen Ring rund um das Seilelement. In Fig. 6 ist mit Bezugszeichen 6a jeweils eine solche Nase oder Platte gekennzeichnet. 6 shows an embodiment of a tensegrity structure according to the invention as a carrier element T, in which the cable element 1 is tensioned by means of helical springs 2. The ends of the coil springs are each firmly, preferably in one piece, connected to the clamps or clamps serving as limiting elements 6, particularly preferably welded to form a solid connection and to ensure the tension and linearity of the rope element. For this purpose, each end of the screw is benfedern each with a part 6a of the limiting element 6 fixedly connected in a normal to the longitudinal axis of the tensioned rope element plane by at least the thickness of the coil spring corresponding distance away from the Seilele element, such. B. a pin, a nose, a plate or a con centric ring around the rope element. In Fig. 6, such a nose or plate is identified by reference numeral 6a.
In Fig. 7 sind schematisch zwei besonders bevorzugte Ausführungsformen dargestellt, bei denen die in Fig. 4d gezeigte gekreuzte Doppelschelle als Begrenzungselement 6 für eine (hier nur angedeutete) Blattfeder 2 sowie zur Verbindung des Seilelements 1 mit einem Antennenelement A (Fig. 7a) bzw. einem Verbindungselement V eingesetzt wird, das seinerseits an seinen Enden jeweils ein Antennenelement A trägt (Fig. 7b). In Fig. 7, two particularly preferred embodiments are shown schematically, in which the crossed double clamp shown in Fig. 4d as a limiting element 6 for a (only indicated here) leaf spring 2 and for connecting the cable element 1 to an antenna element A (Fig. 7a) or A connecting element V is used, which in turn carries an antenna element A at each of its ends (FIG. 7b).
Die Art der Befestigung von Antennenelementen A an Verbindungselementen V ist nicht speziell eingeschränkt und kann in Abhängigkeit von den verwendeten Materia lien und den Anforderungen an die Verbindung zwischen den beiden Elementen bei spielsweise mittels Verschrauben, Verkleben, Vernieten, Verschweißen, Verschnüren oder dergleichen erfolgen. The type of attachment of antenna elements A to connecting elements V is not specifically restricted and can be done, for example, by screwing, gluing, riveting, welding, tying or the like, depending on the materia lien used and the requirements for the connection between the two elements.
Die Befestigung des Antennenelements A oder Verbindungselements V am Seilele ment 1 erfolgt mittels der gekreuzten Doppelschelle wiederum vorzugsweise so, dass sich das jeweilige Element in einer normal auf die Längsachse des Seilelements 1 stehenden Richtung erstreckt, um Parallelität aller auf unterschiedlichen Ebenen am Seilelement 1 befestigten Antennenelemente A und damit die Eignung der erfindungs gemäßen Antenne als Richtantenne zu gewährleisten. Dasselbe gilt sinngemäß für den Fall der Befestigung von Antennenelementen A an Verbindungslementen V. In Fig. 7b erstrecken sich die beiden an einem linearen Verbindungslement V montierten Antennenelemente A in rechtem Winkel zu dessen Längsrichtung, was erfindungsge mäß in der Regel bevorzugt wird. Alternativ dazu können die Antennenelemente A jedoch auch in schrägem Winkel zur Längsrichtung des Verbindungslements V verlau fen, solange - wie dies gemäß vorliegender Erfindung bevorzugt wird - die auf unter schiedlichen Ebenen des Seilelements 1 vorgesehenen Antennenelemente A jeweils parallel zueinander verlaufen und darüber hinaus insbesondere die Befestigungspunk te der Antennenelemente A an den jeweiligen Verbindungselementen V in den unter schiedlichen Ebenen auf einer zur Längsachse des Seilelements 1 parallelen Linie liegen. Auf diese Weise wird wiederum die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Antenne als Richtantenne, insbesondere vom Yagi-Uda-Typ, sichergestellt. The antenna element A or connection element V is fastened to the cable element 1 by means of the crossed double clamp, in turn, preferably in such a way that the respective element extends in a direction normal to the longitudinal axis of the cable element 1 in order to ensure parallelism of all on different planes Cable element 1 attached antenna elements A and thus to ensure the suitability of the antenna according to the invention as a directional antenna. The same applies mutatis mutandis to the case of fastening antenna elements A to connecting elements V. In Fig. 7b, the two antenna elements A mounted on a linear connecting element V extend at right angles to its longitudinal direction, which is usually preferred according to the invention. Alternatively, the antenna elements A can also run at an oblique angle to the longitudinal direction of the connecting element V, as long as - as is preferred according to the present invention - the antenna elements A provided on different levels of the cable element 1 each run parallel to one another and, moreover, in particular the fastening points te of the antenna elements A are on the respective connecting elements V in the different planes on a line parallel to the longitudinal axis of the cable element 1. This in turn ensures that the antenna according to the invention functions as a directional antenna, in particular of the Yagi-Uda type.
In den Fig. 8 und 9 sind ebenfalls Ausführungsformen von jeweils zwei an einem linea ren Verbindungselement V befestigten Antennenelementen A noch weiter vereinfacht schematisch dargestellt, wobei die Ausführungsform aus Fig. 8a jener aus Fig. 7b ent spricht, bei der zwei Antennenelemente A im rechten Winkel an einem Verbindungs element V montiert sind. In Fig. 8b ist hingegen jeweils ein Ende der beiden Antennen elemente A so an einem Ende des Verbindungselements V befestigt, dass die drei Elemente in derselben Längsachse verlaufen. In Fig. 9 sind zwei Ausführungsformen dargestellt, die formal jeweils zwei Kombinationen aus zwei an einem einem Verbin dungselement V befestigten Antennenelementen A an einem Seilelement 1 umfassen. Diese Ausführungsformen können jeweils entweder durch gekreuztes Befestigen zweier solcher Kombinationen unmittelbar untereinander an demselben Begrenzungs element 6, z. B. unter Einsatz einer entsprechenden gekreuzten Dreifachschelle, oder aber durch Verwendung eines kreuzförmigen Verbindungselements V realisiert wer den, an dem jeweils vier Antennenelemente A montiert sind. Zu letzterem Zweck können z. B. vier lineare Verbindungselemente in Kreuzform einstückig mit einem Be grenzungselement 6, verbunden, z. B. verschweißt, werden, beispielsweise mit einer Schelle ähnlich jener aus den Fig. 4e und 4L Bei entsprechender Anordnung solcher Kombinationen aus Verbindungselement(en) V, Antennenelementen A und Begrenzungselement 6 auf parallelen unterschiedlichen Ebenen an einem Seilemement 1 kann die das Seilelement umfassende Tensegrity- Struktur somit als Trägerelement für mehrere Richtantennen-Einheiten, vorzugsweise vom Yagi-Uda-Typ, dienen, nämlich für zwei Antenneneinheiten in den Fig. 7b und 8 bzw. vier Antenneneinheiten in Fig. 9. 8 and 9 are also embodiments of two antenna elements A fastened to a linea Ren connecting element V are shown even more simplified schematically, the embodiment from FIG. 8a corresponding to that of FIG. 7b, in which two antenna elements A in the right Brackets are mounted on a connecting element V. In Fig. 8b, however, one end of the two antenna elements A is attached to one end of the connecting element V so that the three elements run in the same longitudinal axis. In FIG. 9, two embodiments are shown, each of which formally comprises two combinations of two antenna elements A attached to a connection element V on a cable element 1. These embodiments can either be crossed by attaching two such combinations directly to each other on the same limiting element 6, for. B. using a corresponding crossed triple clamp, or by using a cross-shaped connecting element V realized who, on each of which four antenna elements A are mounted. For the latter purpose, for. B. four linear connecting elements in a cross shape in one piece with a loading limit element 6, connected, for. B. welded, for example with a clamp similar to that of FIGS. 4e and 4L With a corresponding arrangement of such combinations of connecting element (s) V, antenna elements A and delimiting element 6 on different parallel planes on a rope element 1, the tensegrity structure comprising the rope element can thus be used as a carrier element for several directional antenna units, preferably of the Yagi-Uda type, serve, namely for two antenna units in FIGS. 7b and 8 or four antenna units in FIG. 9.
Die Fig. 10 und 11 stellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar, in denen jeweils zwei Tensegrity-Strukturen als Trägeriemente, die hier nur durch jeweils ein Seilelement 1 und ein Begrenzungselement 6 angedeutet sind, miteinander zu einer Antennenanordnung gemäß vorliegender Erfindung verbunden sind, wobei die Verbindung der beiden Seilelemente 1 in Fig. 10 über ein Verbindungelement V und in Fig. 11 über zwei Verbindungselemente V, die an den beiden Enden eines zentralen Antennenelements A befestigt sind, erfolgt. 10 and 11 illustrate embodiments of the present invention in which two tensegrity structures as carrier elements, which are only indicated here by one rope element 1 and one limiting element 6, are connected to one another to form an antenna arrangement according to the present invention, the The connection of the two rope elements 1 in FIG. 10 via a connection element V and in FIG. 11 via two connection elements V which are attached to the two ends of a central antenna element A takes place.
Dabei ist in den Fig. 10a und 11 a neben dem die beiden Seilelemente 1 verbindenden Verbindungselement V an jedem Begrenzungselement 6 ein Antennenelement A, ana log zur Ausführungsform aus Fig. 3 oder vorzugsweise Fig. 7a unter Verwendung einer gekreuzten Doppelschelle, in einer normal auf die Längsachse des Seilelements 1 ste henden Ebene befestigt, während in den Fig. 10b und 11 b jeweils ein lineares, zwei Antennenelemente A an seinen Enden tragendes Verbindungselement V am Begren zungselement 6 in einer zur Ausführungsform aus Fig. 8b analogen Weise montiert ist. Natürlich könnten die beiden Antennenelemente pro Verbindungselement auch in einem beliebigen, vorzugsweise rechten, Winkel zur Längsachse des Verbindungsele ments befestigt sein, in Analogie zur Ausführungsform aus Fig. 8a oder vorzugsweise Fig. 7b. 10a and 11a, in addition to the connecting element V connecting the two rope elements 1 to each delimiting element 6, an antenna element A, analogous to the embodiment from FIG. 3 or, preferably, FIG. 7a using a crossed double clamp, in a normal position the longitudinal axis of the rope element 1 ste existing plane attached, while in Figs. 10b and 11b each have a linear, two antenna elements A at its ends supporting connecting element V is mounted on the limiter element 6 in a manner analogous to the embodiment of Fig. 8b. Of course, the two antenna elements per connecting element could also be attached at any desired, preferably right, angle to the longitudinal axis of the connecting element, in analogy to the embodiment from FIG. 8a or preferably FIG. 7b.
Werden solche in den Fig. 10 und 11 gezeigte Kombinationen aus Verbindungsele- ment(en) V, Antennenelementen A und Begrenzungselement 6 auf parallelen Ebenen an einem Seilemement 1 vorgesehen, kann die das Seilelement umfassende Tense- grity-Struktur wiederum als Trägerelement für mehrere Richtantennen-Einheiten, vor zugsweise vom Yagi-Uda-Typ, dienen, nämlich für vier Antenneneinheiten in Fig. 10 bzw. fünf Antenneneinheiten in Fig. 11 , die jeweils vorzugsweise vom Yagi-Uda-Typ sind. Die Verbindung mehrerer solcher Antenneneinheiten durch gesonderte Verbin dungselemente V erhöht dabei die Stabilität der daraus resultierenden Antenne gemäß vorliegender Erfindung, z. B. gegen Wettereinflüsse oder Erschütterungen, erheblich. If such combinations of connecting element (s) V, antenna elements A and delimiting element 6 shown in FIGS. 10 and 11 are provided on parallel planes on a rope element 1, the tension structure comprising the rope element can again be used as a carrier element for several directional antennas Units, preferably of the Yagi-Uda type, are used, namely for four antenna units in FIG. 10 and five antenna units in Fig. 11, each preferably of the Yagi-Uda type. The connection of several such antenna units by separate connec tion elements V increases the stability of the resulting antenna according to the present invention, for. B. against weather influences or vibrations, considerably.
In Fig. 12 sind schließlich noch Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antenne dargestellt, bei denen innerhalb einer Seilelement-Ebene mehrere Antennenelemente A über mehrere dazwischen liegende Verbindungselemente V miteinander zu einer geschlossenen Form verbunden sind. Flierzu sind in Fig. 12a vier an jeweils einem Seilelement 1 befestigte Antennenelemente A, wieder analog zu Fig. 3 oder Fig. 7a, über vier gewinkelte Verbindungselemente V zu einer quadratischen Form verbunden, während in den Fig. 12b und 12c aus der abwechselnden Verbindung dreier Anten nenelemente A und dreier linearer Verbindungselemente V eine hexagonale Form re sultiert. Die Befestigung an den drei Seilelementen 1 über jeweilige Begrenzungsele mente 6 kann dabei entweder über die Verbindungselemente V (Fig. 12b) oder über die Antennenelemente A (Fig. 12c) erfolgen. Alle drei Ausführungsformen aus Fig. 12 können bei paralleler Anordnung übereinander wiederum vollständige Richtantennen- Einheiten, vorzugsweise solche vom Yagi-Uda.Typ, ergeben, und zwar vier Einheiten im Falle von Fig. 12a und drei im Falle der Fig. 12b und 12c. Finally, embodiments of the antenna according to the invention are shown in FIG. 12 in which several antenna elements A are connected to one another to form a closed shape via several interposed connecting elements V within a cable element plane. In addition, in Fig. 12a four antenna elements A each attached to a cable element 1, again analogous to Fig. 3 or 7a, are connected via four angled connecting elements V to form a square shape, while in Figs. 12b and 12c from the alternating connection three antenna elements A and three linear connecting elements V result in a hexagonal shape. The attachment to the three rope elements 1 via respective limiting elements 6 can be done either via the connecting elements V (Fig. 12b) or via the antenna elements A (Fig. 12c). All three embodiments from FIG. 12, when arranged in parallel one above the other, can in turn result in complete directional antenna units, preferably those of the Yagi-Uda type, namely four units in the case of FIG. 12a and three in the case of FIGS. 12b and 12c.
Es versteht sich jedoch, dass gemäß vorliegender Erfindung auch beliebige andere Formen und Anordnungen realisierbar sind. So können beispielsweise auch drei- oder achteckige geschlossene Formen in einer Ebene konstruiert werden, die z. B. analog zu Fig. 12 an mehreren Seilelementen oder auch nur an einem einzigen zentralen Seilelement befestigt sein können. Weiters kann etwa der in Fig. 9a gezeigten Ausfüh rungsform zusätzliche Stabilität verliehen werden, indem die dortigen vier Antennen elemente A an ihren Enden über rechtwinkelige Verbindungselemente V, wie sie in Fig. 12a dargestellt sind, verbunden werden. Auch sind weitere Verzweigungen an den Enden oder auch inmitten von Verbindungs- oder Antennenelementen in beliebigen Raumrichtungen möglich, solange die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Anten ne, nicht nur aber insbesondere als Richtantenne vom Yagi-Uda-Typ, und deren Sta bilität nicht beeinträchtigt werden. Die Antenne gemäß vorliegender Erfindung, speziell in Form einer Richtantenne vom Yagi-Uda-Typ, kann auf beliebige Weise auf geeigneten Trägern oder an gewünschten Standorten montiert werden, beispielsweise auf tragbaren elektronischen Geräten, Fahrzeugen, stationären Funkstationen usw. Die Montage kann beispielsweise über das nicht gespannte Ende 1 a des Seilelements 1 erfolgen, etwa indem dieses als Auf hängung genutzt oder in einer Flalterung eingespannt, z. B. auf einer Welle aufge wickelt und bis zum Anschlag des untersten Begrenzungselements 6 straff gezogen wird. Vorzugsweise wird die Befestigung jedoch in räumlich fixierter Weise, z. B. mit tels Verschrauben, Verkleben oder Verschweißen, auf einem Trägerbauteil erfolgen, wobei in diesen Fällen die Verbindung zwischen dem Trägerelement T und dem Träger beispielsweise erneut über ein oder mehrere Verbindungselemente V oder Begren zungselemente 6 oder auch Antennenelemente A erfolgen. Zu letzterem Zweck kann beispielsweise das erste oder das letzte Antennenelement A einer vollständigen An tennenanordnung, z. B. der Reflektor einer Richtantenne vom Yagi-Uda-Typ, gleich zeitig Teil des Trägers sein, um die erfindungsgemäße Antenne am Träger zu fixieren. It goes without saying, however, that any other desired shapes and arrangements can also be implemented in accordance with the present invention. For example, triangular or octagonal closed shapes can be constructed in a plane that z. B. analogous to FIG. 12 can be attached to several rope elements or only to a single central rope element. Furthermore, approximately the embodiment shown in Fig. 9a can be given additional stability in that the four antenna elements A there are connected at their ends via right-angled connecting elements V, as shown in Fig. 12a. Further branches are also possible at the ends or in the middle of connecting or antenna elements in any spatial direction, as long as the functionality of the antenna according to the invention, not only but in particular as a directional antenna of the Yagi-Uda type, and its stability are not impaired. The antenna according to the present invention, especially in the form of a directional antenna of the Yagi-Uda type, can be mounted in any way on suitable carriers or in desired locations, for example on portable electronic devices, vehicles, stationary radio stations, etc. not tensioned end 1 a of the rope element 1 take place, for example by using this as a suspension or clamped in a Flalterung, z. B. wound up on a shaft and is pulled taut until it stops at the lowermost limiting element 6. Preferably, however, the attachment is in a spatially fixed manner, for. B. by means of screwing, gluing or welding, take place on a carrier component, in these cases the connection between the carrier element T and the carrier, for example, again via one or more connecting elements V or limiting elements 6 or antenna elements A. For the latter purpose, for example, the first or the last antenna element A of a complete antenna arrangement, z. B. the reflector of a directional antenna of the Yagi-Uda type, at the same time part of the carrier in order to fix the antenna according to the invention on the carrier.
Die erfindungsgemäße Antenne, insbesondere in Form einer Richtantenne vom Yagi- Uda-Typ, kann auch, wie zuvor erwähnt, zusammen mit weiteren, unterschiedlichen oder vorzugsweise identischen, Ausführungsformen zu einem Antennenarray, z. B. einem Phased-Array, oder einer Gruppenantenne angeordnet werden, um ihre Wir kung, speziell die Richtwirkung im Falle einer Richtantenne, zu verstärken, Die Fixie rung der einzelnen Antennen kann dabei auch auf die oben beschriebenen Arten erfolgen. The antenna according to the invention, in particular in the form of a directional antenna of the Yagi-Uda type, can also, as mentioned above, together with further, different or preferably identical, embodiments of an antenna array, e.g. B. a phased array, or a group antenna can be arranged to their effect we, especially the directional effect in the case of a directional antenna, the fixation of the individual antennas can also be done in the ways described above.
Somit sind im Lichte der hierin enthaltenen Offenbarung zahlreiche Modifikationen und Erweiterungen an den beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen der erfin dungsgemäßen Antenne möglich, ohne von dem in den beiliegenden Ansprüchen defi nierten Schutzumfang abzuweichen. Thus, in the light of the disclosure contained herein, numerous modifications and additions to the described and illustrated embodiments of the antenna according to the invention are possible without departing from the scope of protection defined in the appended claims.

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Antenne, die zumindest ein Trägerelement (T) sowie zumindest ein Antennen element (A), umfassend zumindest einen Strahler (3) sowie gegebenenfalls zumindest einen Direktor (4) und/oder Reflektor (5), umfasst, wobei jegliche Antennenelemente (A) an definierten Positionen auf dem zumindest einen Trägerelement (T) befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne zumindest ein lineares Trägerelement (T) umfasst, das aus zumin dest einer Tensegrity-Struktur aufgebaut ist, die aus einem Seilelement (1 ), einer Viel zahl von Federelementen (2) zum straffen Spannen des Seilelements (1 ) in gerader Linie sowie optionalen Verbindungselementen (V) besteht, wobei jedes der Vielzahl von Federelementen (2) unabhängig aus einer gebo genen Blattfeder, einer Schenkelfeder und einer Schraubenfeder ausgewählt ist, die jeweils ein Teilstück des Seilelements (1 ) spannen und die alternierend und ohne Kon takt miteinander über im Wesentlichen die gesamte Länge des Seilelements (1 ) ange ordnet sind, um das Seilelement (1 ) im Wesentlichen zur Gänze straff zu spannen. 1. Antenna comprising at least one carrier element (T) and at least one antenna element (A), comprising at least one radiator (3) and optionally at least one director (4) and / or reflector (5), wherein any antenna elements (A ) are attached to defined positions on the at least one carrier element (T), characterized in that the antenna comprises at least one linear carrier element (T), which is made up of at least one tensegrity structure, which consists of a rope element (1), a There is a large number of spring elements (2) for taut tensioning of the rope element (1) in a straight line and optional connecting elements (V), each of the plurality of spring elements (2) being independently selected from a curved leaf spring, a leg spring and a helical spring, which each tension a section of the rope element (1) and which are arranged alternately and without contact with one another over essentially the entire length of the rope element (1) nd, in order to tension the rope element (1) essentially completely taut.
2. Antenne nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Seilelement (1 ) aus elektrisch leitendem oder nichtleitendem Material besteht und die Antennenele mente (A) jeweils einen Strahler (3), zumindest einen Direktor (4) und gegebenenfalls zumindest einen Reflektor (5) umfassen, die jeweils an definierten Positionen so am Trägerelement (T) befestigt sind, dass sie in verschiedenen Ebenen mit definierten Abständen zueinander liegen und parallel zueinander verlaufen. 2. Antenna according to claim 1, characterized in that the cable element (1) consists of electrically conductive or non-conductive material and the antenna elements (A) each have a radiator (3), at least one director (4) and optionally at least one reflector (5 ), which are fastened to the carrier element (T) at defined positions in such a way that they lie in different planes at defined distances from one another and run parallel to one another.
3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Ebenen, in denen die Antennenelemente (A) am Trägerelement (T) befestigt sind, nor mal auf die Längsachse des Trägerelements (T) stehen. 3. Antenna according to claim 2, characterized in that the different planes in which the antenna elements (A) are attached to the carrier element (T) are nor times on the longitudinal axis of the carrier element (T).
4. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der durch die Federelemente (2) gespannten Teilstücke des Seilelements (1 ) durch jeweils zwei die Federentspannung begrenzende Elemente (6) vorgegeben ist, die an definierten Positionen am Seilelement (1 ) vorgesehen sind. 4. Antenna according to one of claims 1 to 3, characterized in that the length of the parts of the rope element (1) tensioned by the spring elements (2) is predetermined by two elements (6) which limit the spring relaxation and which are located at defined positions on the rope element (1) are provided.
5. Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsele mente (6) jeweils unabhängig aus im Seilelement (1 ) angebrachten Knoten, am Seil element (1 ) mechanisch befestigten Klemmen bzw. Schellen, sowie Kombinationen davon ausgewählt sind. 5. Antenna according to claim 4, characterized in that the limiting elements (6) are each selected independently from knots attached to the rope element (1), clamps or clamps mechanically attached to the rope element (1), and combinations thereof.
6. Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Begrenzungs elemente (6) für zumindest eine als Federelement (2) dienende Blatt- oder Schenkel feder zwei Klemmen bzw. Schellen am Seilelement (1 ) vorgesehen sind, deren der Feder zugewandte Ränder schräg zur Längsachse des gespannten Seilelements (1 ) verläuft, um jeweils eine reibschlüssige Verbindung mit dem Federende zu bilden und so eine Rotation des durch diese Feder gespannten Abschnitts des Seilelements (1 ) um die Längsachse zu verhindern. 6. Antenna according to claim 5, characterized in that the limiting elements (6) for at least one leaf or leg spring serving as a spring element (2) two clamps or clamps are provided on the rope element (1), the edges of which are inclined towards the spring runs to the longitudinal axis of the tensioned rope element (1) in order to form a frictional connection with the spring end and thus prevent rotation of the section of the rope element (1) tensioned by this spring about the longitudinal axis.
7. Antenne nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Federelemente (2) eine Blattfeder ist, die an beiden Enden zumin dest ein(en) Führungsloch und/oder -schlitz (7) aufweist, durch die das Seilelement (1) hindurch verläuft. 7. Antenna according to one of claims 2 to 6, characterized in that at least one of the spring elements (2) is a leaf spring which has at least one guide hole and / or slot (7) at both ends through which the Rope element (1) runs through it.
8. Antenne nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Federelemente (2) eine Schenkelfeder ist, die an beiden Enden jeweils eine Führungsöse (8) aufweist, durch die das Seilelement (1 ) hindurch verläuft. 8. Antenna according to one of claims 2 to 7, characterized in that at least one of the spring elements (2) is a leg spring which has a guide eyelet (8) at both ends through which the cable element (1) extends.
9. Antenne nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Federelemente (2) eine Schraubenfeder ist, deren Enden jeweils mit einer als Begrenzungselement (6) dienenden Klemme bzw. Schelle auf solche Weise fest verbunden ist, dass die Achse der zumindest einen Schraubenfeder parallel zur Längsachse des gespannten Seilements (1 ) verläuft. 9. Antenna according to one of claims 2 to 8, characterized in that at least one of the spring elements (2) is a helical spring, the ends of which are each firmly connected to a clamp or clamp serving as a limiting element (6) in such a way that the The axis of the at least one helical spring runs parallel to the longitudinal axis of the tensioned cable element (1).
10. Antenne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Schraubenfeder mit den als Begrenzungselemente (6) dienenden Klemmen bzw. Schellen einstückig verbunden, vorzugsweise verschweißt, sind. 10. Antenna according to claim 9, characterized in that the ends of the helical spring are integrally connected, preferably welded, to the clamps or clamps serving as limiting elements (6).
11 . Antenne nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zu mindest manche der Antennenelemente (A) jeweils an den Positionen der am Seil element (1 ) vorgesehenen Begrenzungselemente (6) am Trägerelement (T) befestigt sind. 11. Antenna according to one of Claims 4 to 9, characterized in that at least some of the antenna elements (A) are attached to the carrier element (T) at the positions of the delimiting elements (6) provided on the rope element (1).
12. Antenne nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Antennen elemente (A) jeweils an einer als Begrenzungselement (6) dienenden Klemme bzw. Schelle befestigt sind. 12. Antenna according to claim 11, characterized in that the antenna elements (A) are each attached to a clamp or clamp serving as a limiting element (6).
13. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest manche der Antennenelemente (A) über Verbindungselemente (V) mit dem Trägerelement (T) und/oder mit einem weiteren Antennenelement (A) verbunden sind. 13. Antenna according to one of claims 1 to 12, characterized in that at least some of the antenna elements (A) are connected to the carrier element (T) and / or to a further antenna element (A) via connecting elements (V).
14. Antenne nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungs elemente (V) jeweils an einer als Begrenzungselement (6) dienenden Klemme bzw. Schelle befestigt sind. 14. Antenna according to claim 13, characterized in that the connecting elements (V) are each attached to a clamp or clamp serving as a limiting element (6).
15. Antenne nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbin dungselemente (V) jeweils in einer normal auf die Längsachse des Seilelements (1 ) und somit des Trägerelements (T) stehenden Ebene verlaufen. 15. Antenna according to claim 13 or 14, characterized in that the connec tion elements (V) each extend in a plane normal to the longitudinal axis of the cable element (1) and thus of the carrier element (T).
16. Antenne nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungs elemente (V): a) lineare Elemente sind und die Antennenelemente (A) quer oder senkrecht zur Längsachse der Verbindungselemente (V) verlaufend oder in Verlängerung der Längsachse an den Enden der Verbindungselemente (V) an diesen befestigt sind; oder b) kreuzförmige Elemente aus zwei oder mehreren sich kreuzenden Balken sind, die am Kreuzungspunkt am Trägerelement (T) befestigt sind und an deren Balken Antennenelemente (A) quer oder senkrecht zur Längsachse der Balken oder in Ver längerung der Balken an deren Enden befestigt sind; oder c) gewinkelte Elemente sind, die jeweils so an den Enden von linearen Anten nenelementen (A) befestigt sind, dass eine Vielzahl von Verbindungselementen (V) und Antennenelementen (A) abwechselnd ein Polygon bilden, wobei die Befestigung am Trägerelement (T) über ein oder mehrere Verbindungselemente, ein oder mehrere Antennenelemente (A) oder beides erfolgt. 16. Antenna according to claim 15, characterized in that the connecting elements (V): a) are linear elements and the antenna elements (A) running transversely or perpendicularly to the longitudinal axis of the connecting elements (V) or as an extension of the longitudinal axis at the ends of the connecting elements (V) attached to them; or b) cross-shaped elements made up of two or more intersecting bars, which are fastened at the point of intersection on the carrier element (T) and at the bars of which antenna elements (A) are fastened transversely or perpendicular to the longitudinal axis of the bars or as an extension of the bars at their ends ; or c) are angled elements which are each attached to the ends of linear antenna elements (A) that a plurality of connecting elements (V) and antenna elements (A) alternately form a polygon, the attachment to the carrier element (T) via a or several connecting elements, one or more antenna elements (A) or both.
17. Antenne nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass am Trä gerelement (T) eine Vielzahl von Verbindungselementen (V) mit jeweils einer Vielzahl von daran bezüglich des Seilelements (1 ) symmetrisch befestigten Antennenelemen ten (A) in unterschiedlichen, parallelen Ebenen befestigt ist, wobei in einer Ebene jeweils identische Antennenelemente (A) vorgesehen sind und in allen unterschied lichen Ebenen zusammen jene Antennenelemente (A) vorgesehen sind, die zusam men mit dem Trägerelement (T) jeweils eine vollständige herkömmliche Antennen anordnung ergeben. 17. Antenna according to claim 15 or 16, characterized in that on the Trä gerelement (T) a plurality of connecting elements (V) each with a plurality of antenna elements (A) attached symmetrically thereon with respect to the cable element (1) in different, parallel planes is attached, in each case identical antenna elements (A) are provided in one plane and those antenna elements (A) are provided in all different union planes, which together with the support element (T) each result in a complete conventional antenna arrangement.
18. Antenne nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass in den unterschied lichen, parallelen Ebenen jeweils ein Strahler (3), zumindest ein Direktor (4) und ge gebenenfalls zumindest ein Reflektor (5) als zueinander parallele Antennenelemente (A) vorgesehen sind, die zusammen mit dem Trägerelement (T) jeweils eine vollstän dige Richtantennen-Einheit vom Yagi-Uda-Typ ergeben, so dass ein Trägerelement (T) als Bestandteil einer Vielzahl von Richtantennen-Einheiten vom Yagi-Uda-Typ fun giert. 18. Antenna according to claim 17, characterized in that a radiator (3), at least one director (4) and optionally at least one reflector (5) are provided as mutually parallel antenna elements (A) in the different parallel planes, which together with the carrier element (T) each result in a complete directional antenna unit of the Yagi-Uda type, so that a carrier element (T) functions as part of a plurality of directional antenna units of the Yagi-Uda type.
19. Antenne nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von jeweils ein Seilelement (1 ) und eine Vielzahl von Federelementen (2) umfassenden Tensegrity-Strukturen ein Trägerelement (T) der Richtantenne vom Yagi-Uda-Typ bil den. 19. Antenna according to claim 18, characterized in that a plurality of tensegrity structures each comprising a cable element (1) and a plurality of spring elements (2) form a carrier element (T) of the directional antenna of the Yagi-Uda type.
20. Antenne nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Vielzahl von Tensegrity-Strukturen jeweils zwei Seilelemente (1 ) über Verbindungselemente (V) oder über eine Kombination aus Verbindungselementen (V) und Antennenelementen (A) miteinander verbunden sind. 20. Antenna according to claim 19, characterized in that, in the case of the plurality of tensegrity structures, two rope elements (1) are connected to one another via connecting elements (V) or via a combination of connecting elements (V) and antenna elements (A).
21. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Seilelement (1 ) aus Metall besteht und 21. Antenna according to one of claims 1 to 20, characterized in that at least one cable element (1) consists of metal and
- zumindest manche der Begrenzungselemente (6) und/oder - At least some of the limiting elements (6) and / or
- die Enden zumindest einer als Federelement (2) dienenden Blatt- oder Schenkelfeder und/oder - The ends of at least one leaf or leg spring serving as a spring element (2) and / or
- zumindest manche der Antennenelemente (A) und/oder - At least some of the antenna elements (A) and / or
- zumindest manche der Verbindungselemente (V) an definierten Positionen direkt mit diesem Seilelement (1 ) verschweißt sind. - At least some of the connecting elements (V) are welded directly to this cable element (1) at defined positions.
22. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Seilelement (1 ) aus Fasermaterial besteht und 22. Antenna according to one of claims 1 to 21, characterized in that at least one cable element (1) consists of fiber material and
- zumindest manche der Begrenzungselemente (6) und/oder - At least some of the limiting elements (6) and / or
- die Enden zumindest einer als Federelement (2) dienenden Blatt- oder Schenkelfeder und/oder - The ends of at least one leaf or leg spring serving as a spring element (2) and / or
- zumindest manche der Antennenelemente (A) und/oder - At least some of the antenna elements (A) and / or
- zumindest manche der Verbindungselemente (V) an definierten Positionen mit diesem Seilelement (1 ) verschnürt sind. - At least some of the connecting elements (V) are tied to this rope element (1) at defined positions.
23. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass sie mittels Druck auf die Federelemente (2) in Richtung der Längsachse des zumindest einen Trägerelements (T) zu einem volumsreduzierten Zustand komprimierbar ist. 23. Antenna according to one of claims 1 to 22, characterized in that it can be compressed to a reduced volume state by means of pressure on the spring elements (2) in the direction of the longitudinal axis of the at least one carrier element (T).
24. Antenne nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass sie nach Wegfall der Druckbelastung selbsterrichtend ist. 24. Antenna according to claim 23, characterized in that it is self-erecting after the pressure load has ceased.
25. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der oder alle Elemente voneinander lösbar und wieder zusammensetzbar sind. 25. Antenna according to one of claims 1 to 24, characterized in that the majority of or all of the elements can be detached from one another and reassembled.
26. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass sie Teil eines tragbaren elektronischen Geräts, eines Fahrzeugs, einer stationären Funkstation oder eines "Multiple Input Multiple Output"- (MIMO-) Systems zur draht losen Kommunikation ist. 26. Antenna according to one of claims 1 to 25, characterized in that it is part of a portable electronic device, a vehicle, a stationary one Radio station or a "Multiple Input Multiple Output" (MIMO) system for wireless communication.
27. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Richtantenne vom Yagi-Uda-Typ ist. 27. Antenna according to one of claims 1 to 26, characterized in that it is a directional antenna of the Yagi-Uda type.
28. Antennen-Array, das aus einer Anordnung einer Vielzahl von Antennen nach einem der Ansprüche 1 bis 27 besteht. 28. Antenna array, which consists of an arrangement of a plurality of antennas according to one of claims 1 to 27.
29. Verwendung einer Tensegrity-Struktur, die aus einem Seilelement (1), einer Vielzahl von Federelementen (2) zum straffen Spannen des Seilelements (1) in gera der Linie sowie optionalen Verbindungselementen (V) besteht, wobei jedes der Vielzahl von Federelementen (2) unabhängig aus einer gebo genen Blattfeder, einer Schenkelfeder und einer Schraubenfeder ausgewählt ist, die jeweils ein Teilstück des Seilelements (1 ) spannen und die alternierend und ohne Kon takt miteinander über im Wesentlichen die gesamte Länge des Seilelements (1) ange ordnet sind, um das Seilelement (1) im Wesentlichen zur Gänze straff zu spannen, als lineares Trägerelement (T) einer Antenne. 29. Use of a tensegrity structure, which consists of a rope element (1), a multiplicity of spring elements (2) for tensioning the rope element (1) taut in the straight line as well as optional connecting elements (V), each of the multiplicity of spring elements ( 2) is independently selected from a curved leaf spring, a leg spring and a helical spring, each of which tension a section of the rope element (1) and which are arranged alternately and without contact with one another over essentially the entire length of the rope element (1), in order to tension the rope element (1) essentially completely taut, as a linear carrier element (T) of an antenna.
30. Verwendung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne eine Richtantenne vom Yagi-Uda-Typ ist. 30. Use according to claim 29, characterized in that the antenna is a directional antenna of the Yagi-Uda type.
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