Radiomaster och torn - Radio masts and towers

Radiomaster och torn är vanligtvis höga strukturer utformade för att stödja antenner för telekommunikation och sändning , inklusive tv . Det finns två huvudtyper: manliga och självbärande strukturer. De är bland de högsta konstgjorda strukturerna. Master är ofta uppkallade efter de sändningsorganisationer som ursprungligen byggde dem eller för närvarande använder dem.

När det gäller en mastradiator eller ett strålande torn är hela masten eller tornet i sig sändarantennen.

Mast eller torn?

En radiomastbas som visar hur praktiskt taget allt sidostöd tillhandahålls av killtrådarna

Begreppen "mast" och "torn" används ofta omväxlande. Men i konstruktionstekniska termer är ett torn en självbärande eller fribärande struktur, medan en mast hålls uppe av stag eller killar . Sändningsingenjörer i Storbritannien använder samma terminologi. En mast är en markbaserad eller takkonstruktion som stöder antenner på en höjd där de på ett tillfredsställande sätt kan skicka eller ta emot radiovågor. Typiska master är av stålgitter eller stålrörskonstruktion. Mastarna själva spelar ingen roll i överföringen av mobil telekommunikation. Master (för att använda anläggningstekniken) tenderar att vara billigare att bygga men kräver ett utökat område som omger dem för att rymma killarna. Torn används vanligare i städer där det saknas mark.

Den Tokyo Skytree , den högsta fristående tornet i världen, år 2012

Det finns några gränsöverskridande mönster som delvis är fristående och delvis snubblade, kallas dessutom tornade torn . Till exempel:

Den Gerbrandy tornet består av en självbärande torn med en guyed masten på toppen.
De få återstående Blaw-Knox-tornen gör tvärtom: de har en nedre del med en fristående del.
Zendstation Smilde , ett högt torn med en tappad mast ovanpå med killar som går till marken.
Torre de Collserola , ett tappat torn med en tappad mast ovanpå där torndelen inte är fristående.

Tokyo Tower

Historia

De första experimenten inom radiokommunikation utfördes av Guglielmo Marconi från 1894. 1895–1896 uppfann han den vertikala monopolen eller Marconi -antennen , som ursprungligen var en tråd som hängdes upp från en hög träpol. Han fann att ju högre antennen var upphängd, desto längre kunde han sända, det första erkännandet av behovet av höjd i antenner. Radio började användas kommersiellt för radiotelegrafisk kommunikation runt 1900. Under de första 20 åren av radio använde långdistansradiostationer långa våglängder i det mycket lågfrekventa bandet, så även de högsta antennerna var elektriskt korta och hade mycket lågt strålmotstånd på 5 -25 Ohm, vilket orsakar alltför stora strömförluster i marksystemet . Radiotelegrafistationer använde enorma kapacitivt laddade platt-antenner bestående av horisontella trådar som var spända mellan flera 100–300 meter (330–980 fot) ståltorn för att öka effektiviteten.

Multiwire-sändning T-antenn från tidig AM-station WBZ, Springfield, Massachusetts , 1925.

AM -radiosändningar började omkring 1920. Tilldelningen av mellanvågsfrekvenser för sändningar ökade möjligheten att använda enstaka vertikala master utan topplastning. Antennen som användes för sändning under 1920-talet var T-antennen , som bestod av två master med en tråd som skulle laddas upp mellan dem, vilket kräver dubbla byggkostnader och landarea för en enda mast. År 1924 publicerade Stuart Ballantine två historiska artiklar som ledde till utvecklingen av enmastantennen. I den första härledde han strålmotståndet hos en vertikal ledare över ett markplan . Han fann att strålningsresistansen ökade till ett maximum vid en längd av 1 / två våglängd , så en mast runt den längden hade en ingångsresistans som var mycket högre än bottenmotstånd, minska den del av sändareffekten som förlorades i marken system utan att använda en kapacitiv topplast. I ett andra papper samma år visade han att mängden effekt som utstrålas horisontellt i markvågor nådde ett maximum vid en mast höjd av 5 / 8 våglängd .

Mastrar på Rugby VLF -sändare nära Rugby , England

År 1930 ledde T-antennens kostnad till att sändare antog mastradiatorantennen , där själva mastens metallstruktur fungerar som antennen. En av de första typerna som användes var diamantfästen eller Blaw-Knox-tornet . Denna hade en diamantform ( rhombohedral ) som gjorde den stel, så bara en uppsättning karlinjer behövdes vid den breda midjan. Den spetsiga nedre änden av antennen slutade i en stor keramisk isolator i form av en kula-och-hylsa på en betongbas, vilket avlastade böjningsmoment på strukturen. Den första, en 203 m halvmast på 665 fot installerades vid radiostationen WABC: s 50 kW Wayne, New Jersey- sändare 1931. Under 1930-talet konstaterades att diamantformen på Blaw-Knox-tornet hade en ogynnsam ström. distribution som ökade effekten som avges vid höga vinklar, vilket orsakade flervägsblekning i lyssningsområdet. Vid 1940-talet hade AM-sändningsindustrin övergivit Blaw-Knox-designen för den smala, enhetliga tvärsnittsgittermast som används idag, som hade ett bättre strålningsmönster.

Framväxten av FM -radio och tv -sändningar på 1940- och 50 -talen skapade ett behov av ännu högre master. Den tidigare AM -sändningen använde LF- och MF -band, där radiovågor förökar sig som markvågor som följer jordens kontur. De markkramande vågorna tillät signalerna att färdas bortom horisonten, ut till hundratals kilometer. De nyare FM- och TV-sändarna använde emellertid VHF- bandet, där radiovågor rör sig genom siktlinjen , så att de begränsas av den visuella horisonten . Det enda sättet att täcka större områden är att höja antennen tillräckligt högt så att den har en siktlinje till dem.

Fram till den 8 augusti 1991 var Warszawas radiomast världens högsta stödjade struktur på land; dess kollaps lämnade KVLY/KTHI-TV-masten som den högsta. Det finns över 50 radiostrukturer i USA som är 600 m eller längre.

Material

Stålgitter

Ett TV -torn av 3803 km -typ som ligger i Penza

Stålgitteret är den mest utbredda konstruktionsformen. Det ger stor styrka, låg vikt och vindmotstånd och ekonomi vid användning av material. Galler med triangulärt tvärsnitt är vanligast och fyrkantiga galler används också i stor utsträckning. Mastar används ofta; de stödjande linjerna bär sidokrafter som vindlast, vilket gör att masten kan vara mycket smal och enkelt konstruerad.

När den byggs som ett torn kan strukturen vara parallellsidig eller avsmalnande över hela eller hela höjden. När det är konstruerat av flera sektioner som avsmalnar exponentiellt med höjden, på sättet som Eiffeltornet , sägs tornet vara ett eiffeliserat. Den Crystal Palace tornet i London är ett exempel.

Rörstål

Typisk 61 fot triangulär gittermast på en AM -radiostation i Mount Vernon, Washington , USA

Ibland är mast också konstruerade av stålrör. Denna konstruktionstyp har fördelen att kablar och andra komponenter kan skyddas mot väder inuti röret och följaktligen kan strukturen se renare ut. Dessa master används främst för FM-/TV-sändningar, men ibland även som mastradiator. Den stora masten på Mühlacker sändarstation är ett bra exempel på detta. En nackdel med denna masttyp är att den påverkas mycket mer av vind än master med öppna kroppar. Flera rörformade mastar har kollapsat. I Storbritannien kollapsade tv -stationerna Emley Moor och Waltham på 1960 -talet. I Tyskland kollapsade Bielstein -sändaren 1985. Tubulära master byggdes inte i alla länder. I Tyskland, Frankrike, Storbritannien, Tjeckien, Slovakien, Japan och Sovjetunionen byggdes många rörformade mastar, medan det nästan inte finns några i Polen eller Nordamerika.

Flera rörformade mastar byggdes i städer i Ryssland och Ukraina. Dessa master presenterade horisontella tvärstänger som gick från den centrala maststrukturen till killarna och byggdes på 1960 -talet. Tvärstängerna på dessa master är utrustade med en landgång som rymmer mindre antenner, även om deras huvudsakliga syfte är svängningsdämpning. Designen för dessa master är 30107 KM och de används uteslutande för FM och TV och är mellan 150–200 meter höga (490–660 fot) höga med ett undantag. Undantaget är masten i Vinnytsia som har en höjd av 354 m (1161 fot) och som för närvarande är den högsta tubade masten i världen efter att Belmont -sändningsstationen sänktes i höjd 2010.

Förstärkt betong

TV-tornet i Stuttgart , Tyskland: det första TV-tornet i armerad betong.

Förstärkta betongtorn är relativt dyra att bygga men ger en hög grad av mekanisk styvhet i starka vindar. Detta kan vara viktigt när antenner med smala strålbredder används, t.ex. de som används för mikrovågs-till-punkt-länkar, och när strukturen ska upptas av människor.

På 1950 -talet byggde AT&T många betongtorn, som mer liknade silor än torn, för sin första transkontinentala mikrovågsväg.

I Tyskland och Nederländerna är de flesta torn som är konstruerade för punkt-till-punkt-mikrovågslänkar byggda av armerad betong , medan i Storbritannien de flesta är gallertorn .

Betongtorn kan bilda prestigefyllda landmärken, till exempel CN Tower i Toronto , Kanada. Förutom att ta emot teknisk personal kan dessa byggnader ha allmänna utrymmen som observationsdäck eller restauranger.

Den Stuttgart TV-tornet var det första tornet i världen som byggs i armerad betong. Det designades 1956 av den lokala civilingenjören Fritz Leonhardt .

Milad -tornet , Teheran , Iran

Glasfiber

Glasfiberstolpar används ibland för lågeffektsriktade fyrar eller mellanvågssändare.

Kolfiber

Kolfibermonopoler och torn har traditionellt varit för dyra, men den senaste utvecklingen av hur kolfiberdragningen spinner har resulterat i lösningar som erbjuder styrkor som överstiger stål (10 gånger) för en bråkdel av vikten (70% mindre) vilket har gjort det möjligt för monopoler och torn som ska byggas på platser som var för dyra eller svåra att komma åt med den tunga lyftutrustning som behövs för en stålkonstruktion.

Sammantaget är en kolfiberstruktur 40 - 50% snabbare att bygga jämfört med traditionella byggmaterial.

Kamzík TV -torn , med utsikt över Bratislava , Slovakien.

Trä

Trä har ersatts i användning av metall och kompositer för tornkonstruktion. Många trätorn byggdes i Storbritannien under andra världskriget på grund av brist på stål. I Tyskland före andra världskriget användes trätorn på nästan alla mellanvågssändningsplatser som alla har rivits, förutom Gliwice radiotorn .

Ferryside -TV -relästation är ett exempel på en TV -reläsändare som använder en trästolpe.

Andra typer av antennstöd och strukturer

Stavar

Kortare master kan bestå av en självbärande eller snygg träpinne, liknande en telegrafstav. Ibland används självbärande rörformade galvaniserade stålstolpar : dessa kan kallas monopoler.

Byggnader

I vissa fall är det möjligt att installera sändantenner på taket på höga byggnader. I till exempel Nordamerika finns sändarantenner på Empire State Building , Willis Tower , Prudential Tower , 4 Times Square och One World Trade Center . Den norra tornet av den ursprungliga World Trade Center hade också en 110-meter (360 fot) telekommunikation antenn ovanpå taket, konstruerat i 1978-1979, och började överföring 1980. När byggnaderna kollapsade, flera lokala TV- och radiostationer slogs från luften tills reservsändare kunde tas i drift. Sådana anläggningar finns också i Europa , särskilt för bärbara radiotjänster och FM- radiostationer med låg effekt . I London reste BBC 1936 en mast för att sända tidig tv på ett av tornen i en viktoriansk byggnad, Alexandra Palace . Den används fortfarande.

Detta 30 meter höga kors döljer utrustning för T-Mobile vid Epiphany Lutheran Church i Lake Worth, Florida , USA. Färdigställd i december 2009.

Förklädda cellplatser

Förklädda cellplatser kan ibland introduceras i miljöer som kräver ett visuellt resultat med låg påverkan, genom att få dem att se ut som träd, skorstenar eller andra gemensamma strukturer.

Många människor ser nakna mobiltelefontorn som fula och ett intrång i sina grannskap. Även om människor alltmer är beroende av mobilkommunikation, är de emot att de bara tornen förstör annars vacker utsikt. Många företag erbjuder att "gömma" mobiltelefontorn i eller som träd, kyrktorn, flaggstänger, vattentankar och andra funktioner. Det finns många leverantörer som erbjuder dessa tjänster som en del av den normala torninstallationen och underhållstjänsten. Dessa kallas i allmänhet "stealth -torn" eller "stealth -installationer", eller helt enkelt dolda cellplatser .

Kommunikationstorn, vid horisonten till höger, kamouflerat som ett högt träd.

Detaljnivån och realismen som uppnås med förklädda mobiltelefontorn är anmärkningsvärt hög; till exempel är sådana torn förklädda som träd nästan oskiljbara från den verkliga saken. Sådana torn kan placeras diskret i nationalparker och andra sådana skyddade platser, såsom torn förklädda som kaktusar i USA: s Coronado National Forest .

Även om de är förklädda kan dock sådana torn skapa kontroverser; ett torn som fördubblades som en flaggstång väckte kontroverser 2004 i förhållande till USA: s presidentkampanj det året och framhöll känslan av att sådana förklädnader tjänar mer för att möjliggöra installation av sådana torn i undermåelse från allmän granskning snarare än att tjäna till försköning av landskapet.

Mastradiatorer

En mastradiator eller mastantenn är ett radiotorn eller mast där hela strukturen är en antenn. Mastantenner är de sändande antennerna som är typiska för lång- eller mellanvågssändningar .

Strukturellt är den enda skillnaden att vissa mastradiatorer kräver att mastbasen är isolerad från marken. När det gäller ett isolerat torn kommer det vanligtvis att finnas en isolator som stöder varje ben. Vissa mastantennutföranden kräver dock inte isolering, så basisolering är inte en väsentlig egenskap.

Teleskopiska, upp- och vipptorn

En speciell form av radiotornet är teleskopmasten . Dessa kan sättas upp mycket snabbt. Teleskopmaster används övervägande för att skapa tillfälliga radiolänkar för rapportering om stora nyhetshändelser och för tillfällig kommunikation i nödsituationer. De används också i taktiska militära nätverk. De kan spara pengar genom att bara behöva motstå höga vindar när de höjs, och som sådana används de ofta i amatörradio .

Teleskopmaster består av två eller flera koncentriska sektioner och finns i två huvudtyper:

Pumpmaster används ofta på fordon och höjs till sin fulla höjd pneumatiskt eller hydrauliskt. De är vanligtvis bara tillräckligt starka för att stödja ganska små antenner.
Teleskopiska gittermaster höjs med hjälp av en vinsch, som kan drivas för hand eller en elektrisk motor. Dessa tenderar att tillgodose större höjder och belastningar än uppumpningstypen. Vid indragning kan hela aggregatet ibland sänkas till ett horisontellt läge med hjälp av en andra vippvinsch. Detta gör att antenner kan monteras och justeras på marknivå innan masten vinschar upp.

Ballonger och drakar

En bunden ballong eller en drake kan fungera som ett tillfälligt stöd. Den kan bära en antenn eller en kabel (för VLF, LW eller MW) upp till lämplig höjd. Ett sådant arrangemang används ibland av militära organ eller radioamatörer. De amerikanska programföretagen TV Martí sände ett tv -program till Kuba med hjälp av en sådan ballong.

Drönare

2013 började intresset för att använda obemannade flygbilar (drönare) för telekomändamål.

Andra specialkonstruktioner

För två VLF -sändare används trådantenner som spunnits över djupa dalar. Trådarna stöds av små master eller torn eller bergankare. Samma teknik användes också på Criggion radiostation .

För ELF -sändare används jorddipolantenner. Sådana strukturer kräver inga höga master. De består av två elektroder begravda djupt i marken med minst några tiotal kilometer från varandra. Från sändarbyggnaden till elektroderna går luftledningar. Dessa linjer ser ut som kraftledningar på 10 kV -nivån och installeras på liknande pyloner.

Design egenskaper

Ekonomiska och estetiska överväganden

Felsenegg-Girstel TV-torn

Uetliberg TV-torn

Kostnaden för en mast eller torn är ungefär proportionell mot kvadraten för dess höjd.
En snål mast är billigare att bygga än ett självbärande torn med lika hög höjd.
En mastad mast behöver ytterligare mark för att rymma killarna och är därför bäst lämpad för landsbygden där marken är relativt billig. Ett oförskämt torn kommer att passa in i en mycket mindre tomt.
Ett stålgittertorn är billigare att bygga än ett betontorn med samma höjd.
Två små torn kan vara mindre påträngande visuellt än ett stort, särskilt om de ser identiska ut.
Torn ser mindre fula ut om de och antennerna på dem verkar symmetriska.
Betongtorn kan byggas med estetisk design, särskilt i Kontinentaleuropa. De är ibland byggda på framstående platser och inkluderar observationsdäck eller restauranger.

En radio amatör är gör det själv stålfackverkstorn

Bergwacht -antenn med en webbkamera monterad för att underlätta väderprognoser och observationer av Großer Feldberg -platån.

Master för HF/kortvågsantenner

För sändningar i kortvågsområdet finns det lite att vinna på att höja antennen mer än några våglängder över marknivå. Kortvågssändare använder sällan master som är högre än cirka 100 meter.

Tillträde för riggar

Eftersom master, torn och antenner monterade på dem kräver underhåll, är tillgång till hela strukturen nödvändig. Små strukturer nås vanligtvis med en stege . Större konstruktioner, som tenderar att kräva mer frekvent underhåll, kan ha trappor och ibland hiss, även kallad servicelift.

Flygvarningsfunktioner

Höga strukturer som överstiger vissa lagstadgade höjder är ofta utrustade med varningslampor för flygplan , vanligtvis röda, för att varna piloter om strukturens existens. Tidigare användes robusta och underkörda glödlampor för att maximera glödlampans livslängd. Alternativt användes neonlampor. Numera brukar sådana lampor använda LED -matriser.

Höjdskraven varierar mellan stater och länder, och kan innehålla ytterligare regler som att kräva en vit blinkande strobe på dagtid och pulserande röda fixturer på natten. Strukturer över en viss höjd kan också krävas att målas med kontrasterande färgscheman som vitt och orange eller vitt och rött för att göra dem mer synliga mot himlen.

Ljusföroreningar och störande belysning

I vissa länder där ljusföroreningar är ett problem kan tornhöjder begränsas för att minska eller eliminera behovet av varningslampor för flygplan. Till exempel i USA tillåter 1996 års telekommunikationslag lokala jurisdiktioner att ställa in maximala höjder för torn, till exempel att begränsa tornhöjden till under 200 fot (61 m) och därför inte kräver flygplansbelysning enligt US Federal Communications Commission (FCC) regler.

Vindinducerade svängningar

Ett problem med radiomaster är risken för vindinducerade svängningar. Detta är särskilt ett problem med stålrörskonstruktion. Man kan minska detta genom att bygga in cylindriska stötdämpare i konstruktionen. Man hittar sådana stötdämpare, som ser ut som cylindrar tjockare än masten, till exempel vid radiomasterna på DHO38 i Saterland . Det finns också konstruktioner, som består av ett fristående torn, vanligtvis av armerad betong , på vilken en kammad radiomast är installerad. Ett exempel är Gerbrandy -tornet i Lopik , Nederländerna. Ytterligare torn med denna byggmetod kan hittas nära Smilde , Nederländerna och Fernsehturm i Waldenburg , Tyskland.

Faror för fåglar

Radion torn i Jamshoro

Radio-, tv- och celltorn har dokumenterats utgöra en fara för fåglar. Rapporter har utfärdats som dokumenterar kända fågeldödsfall och efterlyser forskning för att hitta sätt att minimera den risk som kommunikationstorn kan utgöra för fåglar.

Det har också förekommit sällsynta fåglar som häckar i celltorn och därigenom förhindrar reparationsarbete på grund av lagstiftning som är avsedd att skydda dem.

Katastrofala kollapsar

Se även

Antenn (radio)
Gittertorn (listar även radiotorn byggda av trä)
Mast radiator
Riktningstorn
Telekommunikationsinfrastrukturdelning
Tower array
Sändarstation
Cellplats
Mättorn
Mobilcellsajter
Cell på hjul
Personlig RF -säkerhetsmonitor

Referenser

Vidare läsning

Sreevidya, S. och Subramanian, N., Estetisk bedömning till antennetorn, Journal of Architectural Engineering, American Society of Civil Engineers, Vol. 9, nr 3, september 2003, s. 102–108

Languages

In other projects