Радиомачты и вышки - Radio masts and towers

Радиомачты и вышки обычно высокие конструкции, предназначенные для поддержки антенны за телекоммуникации и вещание, в том числе телевидение. Есть два основных типа: оттяжные и самонесущие конструкции. Они являются одними из самых высоких построек, созданных руками человека. Мачты часто называют в честь вещательных организаций, которые изначально построили их или используют в настоящее время.

В случае мачтовый радиатор или излучающей башни, вся мачта или башня сама по себе является передающей антенной.

Мачта или башня?

Основание радиомачты показывает, как практически вся боковая поддержка обеспечивается растяжками

Термины «мачта» и «башня» часто используются как синонимы. Однако с точки зрения строительной инженерии башня является самонесущей или консольный структура, в то время как мачта задерживается пребыванием или ребята. Радиовещательные инженеры в Великобритании используют ту же терминологию. Мачта - это наземная конструкция или конструкция на крыше, которая поддерживает антенны на высоте, на которой они могут удовлетворительно посылать или принимать радиоволны. Типичные мачты имеют стальную решетчатую или стальную трубчатую конструкцию. Сами по себе мачты не играют никакой роли в передаче данных по мобильной связи. Мачты (если использовать терминологию гражданского строительства), как правило, дешевле в строительстве, но требуют большой площади вокруг них для размещения растяжек. Башни чаще используются в городах, где не хватает земли.

В Tokyo Skytree, самая высокая отдельно стоящая башня в мире, 2012 г.

Есть несколько пограничных дизайнов, которые частично автономны и частично с оттяжками, называемые дополнительно укрепленные башни. Например:

  • В Башня Гербранди состоит из самонесущей башни с мачтой на оттяжках наверху.
  • Немногие оставшиеся Башни Бло-Нокс сделайте наоборот: у них есть нижняя часть с оттяжками, увенчанная отдельно стоящей частью.
  • Zendstation Smilde, высокая башня с мачтой на оттяжках наверху с оттяжками, уходящими в землю.
  • Торре-де-Коллсерола, башня с оттяжками с мачтой с оттяжками наверху, где часть башни не является отдельно стоящей.

История

Первые эксперименты в радиосвязь проводились Гульельмо Маркони начиная с 1894 года. В 1895–1896 годах он изобрел вертикальный монополь или антенна Маркони Изначально это была проволока, подвешенная на высоком деревянном шесте. Он обнаружил, что чем выше подвешена антенна, тем дальше он может передавать, и это первое признание необходимости высоты антенн. Радио начали коммерчески использовать для радиотелеграфный связи около 1900 года. В течение первых 20 лет существования радио на дальних радиостанциях использовались длины волн в очень низкая частота диапазона, поэтому даже самые высокие антенны были электрически короткие и был очень низким радиационная стойкость 5-25 Ом, вызывая чрезмерные потери мощности в наземная система. Радиотелеграфные станции использовали огромные емкостно-загруженные плоские антенны состоит из горизонтальных тросов, натянутых между несколькими стальными опорами длиной 100–300 метров (330–980 футов) для повышения эффективности.[1]

Многопроволочная радиовещательная Т-антенна ранней AM станции WBZ, Спрингфилд, Массачусетс, 1925.

AM радиовещание началось примерно в 1920 году. средняя волна частоты для вещания повысили возможность использования одиночных вертикальных мачт без верхней нагрузки. Антенна, используемая для вещания в течение 1920-х годов, была Т-антенна, который состоял из двух мачт с натянутым между ними тросом, что потребовало вдвое больших затрат на строительство и площади одной мачты.[1] В 1924 г. Стюарт Баллантайн опубликовал две исторические статьи, которые привели к разработке одномачтовой антенны.[1] В первом он получил радиационная стойкость вертикального проводника над плоскость земли.[2] Он обнаружил, что радиационная стойкость возрастает до максимума на длине12 длина волны, поэтому мачта такой длины имела входное сопротивление это было намного выше, чем сопротивление земли, что уменьшало долю мощности передатчика, которая терялась в системе заземления без использования емкостной верхней нагрузки. Во второй статье того же года он показал, что количество энергии, излучаемой горизонтально в земные волны достигала максимума на высоте мачты58 длина волны.[3]

Мачты Передатчик СНЧ для регби около Регби, Англия

К 1930 году за счет Т-антенна побудили вещателей принять мачтовый радиатор антенна, в которой металлическая конструкция самой мачты выполняет функцию антенны.[4] Одним из первых использованных типов был алмазный кантилевер или Башня Бло-Нокс. У этого был алмаз (ромбоэдрический ) форма, которая сделала его жестким, поэтому только один набор оттяжки был нужен, на широкой талии. Заостренный нижний конец антенны заканчивался большим керамическим изолятором в виде шарнирного соединения на бетонном основании, снимающем изгибающие моменты с конструкции. Первая, полуволновая мачта длиной 665 футов (203 м) была установлена ​​на радиостанции WABC мощностью 50 кВт. Уэйн, Нью-Джерси передатчик в 1931 году.[5][6] В 1930-х годах было обнаружено, что ромбовидная форма башни Бло-Нокса имела неблагоприятное распределение тока, которое увеличивало мощность, излучаемую под большими углами, что приводило к многолучевое замирание в зоне прослушивания.[4] К 1940-м годам индустрия AM-вещания отказалась от конструкции Блау-Нокса в пользу узкой решетчатой ​​мачты с однородным поперечным сечением, используемой сегодня, которая имела лучшую диаграмму направленности.

Подъем FM радио и телевизионное вещание В 1940-х и 50-х годах возникла потребность в еще более высоких мачтах. Ранее использовалось AM-вещание LF и MF диапазоны, где радиоволны распространяются как земные волны которые повторяют контур Земли. Прилегающие к земле волны позволяли сигналам распространяться за горизонт на сотни километров. Однако более новые FM- и ТВ-передатчики использовали УКВ диапазон, в котором радиоволны распространяются Поле зрения, поэтому они ограничены визуальный горизонт. Единственный способ охватить большие площади - поднять антенну достаточно высоко, чтобы она находилась на прямой видимости.

До 8 августа 1991 г. Варшавская радиомачта была самой высокой поддерживаемой структурой в мире на суше; его крах оставил Мачта КВЛЫ / КТИ-ТВ как самый высокий. В Соединенных Штатах насчитывается более 50 радиостанций высотой 600 м (1968,5 футов) и выше.[7]

Материалы

Стальная решетка

Русская телебашня, Пенза

Стальная решетка - это самый распространенный вид конструкции. Он обеспечивает высокую прочность, малый вес и сопротивление ветру, а также экономию материалов. Наиболее распространены решетки треугольного сечения, также широко используются квадратные решетки. Мачты с оттяжками часто используются; поддерживающий оттяжки выдерживают поперечные силы, такие как ветровые нагрузки, благодаря чему мачта может быть очень узкой и простой.

При построении башни конструкция может быть параллельной или сужающейся по части или по всей высоте. Когда он состоит из нескольких секций, которые экспоненциально сужаются с высотой, как Эйфелева башня, башня считается Эйфелевой. В Хрустальный дворец башня в Лондон это пример.

Трубчатая сталь

Типичная 200-футовая (61 м) решетчатая мачта с треугольными растяжками для AM-радиостанции в Маунт-Вернон, Вашингтон, США

Мачты с оттяжками иногда также изготавливаются из стальных труб. Этот тип конструкции имеет то преимущество, что кабели и другие компоненты могут быть защищены от погодных условий внутри трубы, и, следовательно, конструкция может выглядеть более чистой. Эти мачты в основном используются для FM- / TV-вещания, но иногда также и в качестве мачтового излучателя. Большая мачта Передающая станция Mühlacker хороший тому пример. Недостатком этого типа мачты является то, что она в большей степени подвержена влиянию ветра, чем мачты с открытым корпусом. Обрушилось несколько мачт с трубчатыми оттяжками. В Великобритании Эмли Мур и Waltham Мачты телеканалов рухнули в 1960-х годах. В Германии Передатчик Бильштейна рухнула в 1985 г. Трубчатые мачты строили не во всех странах. В Германии, Франции, Великобритании, Чехии, Словакии, Японии и Советском Союзе было построено много мачт с трубчатыми растяжками, а в Польше или Северной Америке их почти нет.

В 1960-х годах в нескольких городах России и Украины было построено несколько мачт на трубчатых оттяжках с поперечинами, идущими от мачтовой конструкции к оттяжкам. Все эти мачты, спроектированные как 30107 КМ, используются исключительно для передачи FM и ТВ и, за исключением мачта в Виннице, имеют высоту 150–200 м (490–660 футов). Поперечные перекладины этих мачт оборудованы трапом, в который помещаются антенны меньшего размера, хотя их основная цель - гашение колебаний.

Железобетон

Телебашня в Штутгарт, Германия: первая железобетонная телебашня.

Железобетонные башни относительно дороги в строительстве, но обеспечивают высокую степень механической жесткости при сильном ветре. Это может быть важно, когда используются антенны с узкой шириной луча, например, антенны, используемые для двухточечных микроволновых каналов, и когда в здании должны находиться люди.

В 1950-х годах AT&T построила множество бетонных башен, больше похожих на силосы, чем на башни, для своего первого трансконтинентального микроволнового маршрута.[8][9]

В Германия и Нидерланды большинство вышек, построенных для двухточечных микроволновых каналов, построены из железобетон, а в Великобритания большинство из них решетчатые башни.

Бетонные башни могут образовывать престижные достопримечательности, такие как Си-Эн Тауэр в Торонто, Канада. Помимо размещения технического персонала, в этих зданиях могут быть места общего пользования, такие как смотровые площадки или рестораны.

В Штутгартская телебашня была первой башней в мире, построенной из железобетона. Он был спроектирован в 1956 году местным инженером-строителем. Фриц Леонхардт.

Стекловолокно и другие композитные материалы

Стекловолокно Столбы иногда используются для ненаправленных радиомаяков малой мощности или передатчиков средневолнового вещания. Монополи и башни из углеродного волокна традиционно были слишком дорогими, но недавние разработки в способе прядения жгута из углеродного волокна привели к решениям, которые предлагают прочность, аналогичную или превосходящую сталь, на долю веса, что позволило монополи и башни быть построенными на местах которые были слишком дороги или труднодоступны с помощью тяжелого подъемного оборудования, необходимого для стальной конструкции.

Дерево

Древесина была заменена металлом и композитами при строительстве башен. Многие деревянные башни были построены в Великобритании во время Вторая Мировая Война из-за нехватки стали. В Германии до Второй мировой войны деревянные башни использовались почти на всех объектах передачи средних волн, которые все были снесены, за исключением Гливицкая радиобашня.

Ретрансляторная телевизионная станция это пример телевизионного релейного передатчика, использующего деревянную опору.

Другие типы антенных опор и конструкций

Поляки

Более короткие мачты могут состоять из самонесущей деревянной опоры или опоры с оттяжками, подобной телеграфной стойке. Иногда самонесущие трубчатые оцинкованная сталь Используются полюса: их можно назвать монополями.

Здания

В некоторых случаях возможна установка передающих антенн на крышах высотных зданий. В Северная Америка, например, есть передающие антенны на Эмпайр Стейт Билдинг, то Уиллис Тауэр, Пруденциальная башня, 4 Таймс-сквер, и Один Всемирный торговый центр. В Северная Башня оригинала Всемирный торговый центр на крыше здания также была установлена ​​телекоммуникационная антенна длиной 110 метров (360 футов), построенная в 1978–1979 годах, и начавшая передачу в 1980 году. Когда здания рухнули, несколько местных теле- и радиостанций были отключены от эфира, пока не удалось установить резервные передатчики. в службу.[10] Такие объекты также существуют в Европа, особенно для портативных радиослужб и маломощных FM радиостанция. В Лондон, то BBC установил в 1936 году мачту для раннего телевещания на одной из башен викторианского здания, Александра Палас. Он все еще используется.

Крест высотой 100 футов (30 м) скрывает оборудование для T-Mobile в Богоявленской лютеранской церкви в Лейк-Уорт, Флорида, США. Завершено в декабре 2009 года.

Замаскированные сотовые сайты

Иногда замаскированные сотовые узлы могут быть введены в среду, требующую слабого визуального эффекта, за счет того, что они выглядят как деревья, дымоходы или другие обычные конструкции.

Многие люди видят голые вышки сотовой связи как уродливые и вторжение в их окрестности. Несмотря на то, что люди все больше полагаются на сотовую связь, они не хотят, чтобы голые башни портили живописные виды. Многие компании предлагают «спрятать» вышки сотовой связи в деревьях, церковных башнях, флагштоках, резервуарах для воды и других объектах.[11] Есть много поставщиков, которые предлагают эти услуги как часть обычных услуг по установке и обслуживанию градирни. Их обычно называют «стелс-башнями» или «стелс-установками», или просто скрытые сотовые узлы.

Башня связи, на горизонте справа, замаскированный как высокое дерево.

Уровень детализации и реализма, достигаемый замаскированными вышками сотовой связи, чрезвычайно высок; например, такие башни, замаскированные под деревья, почти неотличимы от настоящих, даже для местных диких животных (которым дополнительно помогает искусственная флора).[12] Такие башни можно ненавязчиво разместить в национальные парки и другие такие защищенные места, такие как башни, замаскированные под кактусы в Соединенных Штатах Национальный лес Коронадо.[13]

Однако, даже будучи замаскированными, такие башни могут вызвать споры; башня, служащая флагштоком, вызвала споры в 2004 году в связи с Президентская кампания США того года, и подчеркнули мнение, что такая маскировка служит больше для того, чтобы позволить установку таких башен в уловке вдали от общественного внимания, а не для украшения ландшафта.[14]

Радиаторы мачтовые

А мачтовый радиатор или мачтовая антенна - это радиомачта или мачта, в которых вся структура это антенна. Мачтовые антенны - это передающие антенны, типичные для длинная или средняя волна вещание.

Конструктивно единственное отличие состоит в том, что для некоторых мачтовых радиаторов требуется изоляция основания мачты от земли. В случае изолированной опоры обычно будет один изолятор, поддерживающий каждую опору. Некоторые конструкции мачтовых антенн не требуют теплоизоляции, поэтому изоляция основания не является важной характеристикой.

Телескопические, подкачивающие и опрокидывающиеся башни

Особой формой радиомачты является телескопическая мачта. Их можно установить очень быстро. Телескопические мачты используются в основном для создания временных радиолиний для сообщений о крупных новостных событиях и для временной связи в чрезвычайных ситуациях. Они также используются в тактических военных сетях. Они могут сэкономить деньги, поскольку им нужно противостоять сильным ветрам только в приподнятом состоянии, и поэтому они широко используются в любительское радио.

Телескопические мачты состоят из двух или более концентрических секций и бывают двух основных типов:

  • Подкачивающие мачты часто используются на транспортных средствах и поднимаются на полную высоту пневматически или гидравлически. Обычно они достаточно сильны, чтобы выдерживать довольно маленькие антенны.
  • Телескопические решетчатые мачты поднимаются с помощью лебедки, приводимой в движение вручную или от электродвигателя. Они, как правило, рассчитаны на большую высоту и большую нагрузку, чем насосные. В сложенном состоянии весь узел иногда можно опустить в горизонтальное положение с помощью второй подъемной лебедки. Это позволяет устанавливать и регулировать антенны на уровне земли перед подъемом мачты.

Воздушные шары и воздушные змеи

Привязанный воздушный шар или воздушный змей может служить временной опорой. Он может нести антенну или провод (для ОНЧ, ДВ или СВ) до подходящей высоты. Такое расположение иногда используют военные агентства или радиолюбители. Американские вещатели TV Martí транслировать телевизионную программу на Куба с помощью такого воздушного шара.

Дроны

В 2013 году появился интерес к использованию беспилотные летательные аппараты (дроны) для телекоммуникационных целей.[15]

Прочие специальные конструкции

Для двух VLF передатчики используют проволочные антенны, проложенные через глубокие долины. Тросы поддерживаются небольшими мачтами, мачтами или каменными анкерами. Та же техника использовалась и на Радиостанция Кригион.

Для передатчиков ELF земной диполь антенны используются. Такие конструкции не требуют высоких мачт. Они состоят из двух электродов, закопанных глубоко в землю на расстоянии не менее нескольких десятков километров друг от друга. От корпуса передатчика до электродов проходят воздушные фидерные линии. Эти линии выглядят как ЛЭП уровня 10 кВ и проложены на аналогичных опорах.

Особенности дизайна

Экономические и эстетические соображения

  • Стоимость мачты или башни примерно пропорциональна квадрату ее высоты.[нужна цитата ]
  • Строить мачту с оттяжками дешевле, чем самонесущую башню такой же высоты.
  • Мачта с оттяжками требует дополнительной земли для размещения оттяжек, поэтому она лучше всего подходит для сельской местности, где земля относительно дешевая. Неокрашенная башня поместится на гораздо меньшем участке.
  • Башню из стальной решетки строить дешевле, чем бетонную башню такой же высоты.
  • Две маленькие башни могут быть визуально менее навязчивыми, чем одна большая, особенно если они выглядят одинаково.
  • Башни выглядят менее уродливыми, если они и установленные на них антенны кажутся симметричными.
  • Бетонные башни можно строить с эстетичным дизайном, особенно в континентальной Европе. Иногда их строят на видных местах и ​​включают в себя смотровые площадки или рестораны.
А радиолюбитель с сделай это сам стальная решетчатая башня

Мачты для КВ / коротковолновых антенн

Для передач в коротковолновый диапазона, поднимая антенну больше, чем на несколько длины волн над уровнем земли. В коротковолновых передатчиках редко используются мачты выше 100 метров.

Доступ для монтажников

Поскольку мачты, башни и установленные на них антенны требуют технического обслуживания, необходим доступ ко всей конструкции. Доступ к небольшим структурам обычно осуществляется с помощью лестница. Более крупные конструкции, которые обычно требуют более частого обслуживания, могут иметь лестницы, а иногда и лифт, также называемый служебным лифтом.

Функции предупреждения для самолетов

Высокие конструкции, превышающие определенную высоту, установленную законодательством, часто оборудуются сигнальные лампы для самолетов, обычно красный, чтобы предупредить пилотов о существовании строения. Раньше для продления срока службы лампы использовались усиленные лампы накаливания и лампы накаливания с недостаточным ходом. В качестве альтернативы использовались неоновые лампы. В настоящее время в таких лампах, как правило, используются СВЕТОДИОД массивы.

Требования к высоте различаются в зависимости от штата и страны и могут включать дополнительные правила, такие как требование мигать белым стробоскопом днем ​​и пульсирующими красными приборами ночью. Конструкции, превышающие определенную высоту, также могут потребоваться покрасить контрастные цветовые решения например, белый и оранжевый или белый и красный, чтобы сделать их более заметными на фоне неба.

Световое загрязнение и неприятное освещение

В некоторых странах, где световое загрязнение вызывает озабоченность, высота башни может быть ограничена, чтобы уменьшить или исключить необходимость в сигнальных огнях самолета. Например, в США Закон о телекоммуникациях 1996 г. позволяет местным юрисдикциям устанавливать максимальную высоту для вышек, например, ограничивать высоту башни до менее 200 футов (61 м) и, следовательно, не требовать освещения самолетов в соответствии с США. Федеральная комиссия связи (FCC) правила.

Колебания, вызванные ветром

Одна из проблем радиомачт - опасность ветровых колебаний. Это особенно важно для конструкции из стальных труб. Уменьшить это можно, встроив в конструкцию цилиндрические амортизаторы. Такие амортизаторы, похожие на цилиндры толще мачты, встречаются, например, на радиомачтах DHO38 в Saterland. Есть также конструкции, состоящие из отдельно стоящей башни, обычно из железобетон, на которую устанавливается радиомачта с оттяжками. Одним из примеров является Башня Гербранди в Лопик, Нидерланды. Другие башни этого метода строительства можно найти рядом с Smilde, Нидерланды и Fernsehturm в Вальденбург, Германия.

Опасность для птиц

Было задокументировано, что радио, телевидение и вышки сотовой связи представляют опасность для птиц. Были выпущены отчеты, в которых задокументированы известные случаи гибели птиц и содержится призыв к исследованиям, чтобы найти способы минимизировать опасность, которую башни связи могут представлять для птиц.[16][17]

Также были случаи, когда редкие птицы гнездились в вышках сотовой связи и тем самым препятствовали ремонтным работам из-за законодательства, направленного на их защиту.[18][19]

Катастрофические обвалы

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б c Лапорт, Эдмунд А. (1952). Радиоантенна инженерия. McGraw-Hill Book Co., стр. 77–78.
  2. ^ Баллантайн, Стюарт (декабрь 1924 г.). «Об оптимальной длине волны передачи для вертикальной антенны над идеальной землей». Труды Института Радиоинженеров.. Институт инженеров по электротехнике и электронике. 12 (6): 833–839. Дои:10.1109 / JRPROC.1924.220011. S2CID  51639724.
  3. ^ Баллантайн, Стюарт (декабрь 1924 г.). «О радиационной стойкости простой вертикальной антенны на длинах волн ниже основной». Труды Института Радиоинженеров.. Институт инженеров по электротехнике и электронике. 12 (6): 823–832. Дои:10.1109 / JRPROC.1924.220010. S2CID  51654399.
  4. ^ а б Лапорт, Эдмунд А. (1952). Радиоантенна инженерия. McGraw-Hill Book Co., стр. 79–81.
  5. ^ «Полуволновая мачтовая антенна: 665-футовая конструкция, которая представляет собой новое направление» (PDF). Радио-Крафт. Маунт Моррис, Иллинойс: Издательство Techni-Craft Publishing Corp. 3 (5): 269. Ноябрь 1931 г.. Получено 31 августа, 2014.
  6. ^ Сименс, Фредерик (декабрь 1931 г.). Новая беспроводная антенна "WABC" (PDF). Радио Новости. Нью-Йорк: Teck Publishing Corp. 8 (6): 462–463. Получено 26 мая, 2015.
  7. ^ «Диаграммы». SkyscraperPage.com.
  8. ^ http://long-lines.net/tech-equip/radio/concrete_towers.html
  9. ^ http://long-lines.net/places-routes/1st_transcon_mw/index.html
  10. ^ "Некоторые телеканалы и радиостанции Нью-Йорка прекратили вещание после краха Всемирного торгового центра". Архивировано из оригинал 31 декабря 2006 г.
  11. ^ «CARC - UNC-Charlotte - Класс 1000 чистых помещений». ece.uncc.edu. Архивировано из оригинал 12 сентября 2006 г.
  12. ^ "Деревья сотовых телефонов". waynesword.palomar.edu.
  13. ^ "Сегодня". marlaine.com.
  14. ^ "Башни-невидимки". lightwatcher.com.
  15. ^ «Дроны с телекоммуникационным оборудованием могут произвести революцию на рынке беспроводной связи». azcentral.com.
  16. ^ Шир, Гэвин Дж .; Карен Браун; Джеральд Виноград (июнь 2000 г.). «Башни связи: смертельная опасность для птиц» (PDF). American Bird Conservancy. Earthjustice. Получено 2010-09-29.
  17. ^ «Столкновения птиц на вышках связи - источники информации». Служба рыболовства и дикой природы США. 1 июня 2009 г.. Получено 2010-08-13.
  18. ^ «Гнездовой сокол поражает клиентов Vodafone в Саутгемптоне». Новости BBC. 15 апреля 2013 г.. Получено 20 мая 2013.
  19. ^ Рэй, Билл (17 апреля 2013 г.). "Angry Birds стреляют в ответ: кузены-стервятники угрожают мобильным городам Великобритании". Реестр. Получено 20 мая 2013.

дальнейшее чтение

  • Среевидья С., Субраманиан Н. Эстетическая оценка антенных вышек, Журнал архитектурного проектирования, Американское общество инженеров-строителей, Vol. 9, № 3, сентябрь 2003 г., стр. 102–108.

внешняя ссылка