Mástiles y torres de radio - Radio masts and towers

Los mástiles y torres de radio suelen ser estructuras altas diseñadas para soportar antenas de telecomunicaciones y radiodifusión , incluida la televisión . Hay dos tipos principales: estructuras arriostradas y autoportantes. Se encuentran entre las estructuras más altas hechas por humanos. Los mástiles a menudo reciben el nombre de los organismos de radiodifusión que los construyeron originalmente o los utilizan actualmente.

En el caso de un radiador de mástil o una torre radiante, todo el mástil o torre es en sí mismo la antena transmisora.

¿Mástil o torre?

Una base de mástil de radio que muestra cómo prácticamente todo el soporte lateral es proporcionado por los cables de sujeción

Los términos "mástil" y "torre" se utilizan a menudo indistintamente. Sin embargo, en términos de ingeniería estructural, una torre es una estructura autoportante o en voladizo , mientras que un mástil está sostenido por tirantes o tirantes . Los ingenieros de radiodifusión del Reino Unido utilizan la misma terminología. Un mástil es una estructura en el suelo o en la azotea que soporta antenas a una altura en la que pueden enviar o recibir ondas de radio de manera satisfactoria. Los mástiles típicos son de celosía de acero o estructura de acero tubular. Los propios mástiles no intervienen en la transmisión de telecomunicaciones móviles. Los mástiles (para usar la terminología de ingeniería civil) tienden a ser más baratos de construir, pero requieren un área extendida a su alrededor para acomodar los cables de sujeción. Las torres se usan más comúnmente en ciudades donde la tierra es escasa.

El Tokyo Skytree , la torre independiente más alta del mundo, en 2012

Hay algunos diseños fronterizos que son en parte independientes y en parte arriostrados, llamados torres con arriostramiento adicional . Por ejemplo:

  • La torre Gerbrandy consta de una torre autoportante con un mástil arriostrado en la parte superior.
  • Las pocas torres Blaw-Knox que quedan hacen lo contrario: tienen una sección inferior arriostrada coronada por una parte independiente.
  • Zendstation Smilde , una torre alta con un mástil arriostrado en la parte superior con tipos que van al suelo.
  • Torre de Collserola , una torre arriostrada con un mástil arriostrado en la parte superior donde la parte de la torre no es autoportante.

Historia

Los primeros experimentos en comunicación por radio fueron realizados por Guglielmo Marconi a partir de 1894. En 1895-1896 inventó la antena vertical monopolo o Marconi , que inicialmente era un cable suspendido de un alto poste de madera. Descubrió que cuanto más alta estaba suspendida la antena, más lejos podía transmitir, el primer reconocimiento de la necesidad de altura en las antenas. La radio comenzó a usarse comercialmente para comunicaciones radiotelegráficas alrededor de 1900. Durante los primeros 20 años de la radio, las estaciones de radio de larga distancia usaban longitudes de onda largas en la banda de muy baja frecuencia , por lo que incluso las antenas más altas eran eléctricamente cortas y tenían una resistencia a la radiación muy baja de 5 -25 ohmios, provocando pérdidas de potencia excesivas en el sistema de tierra . Las estaciones de radiotelegrafía utilizaron enormes antenas de superficie plana con carga superior capacitiva que consistían en cables horizontales tendidos entre múltiples torres de acero de 100 a 300 metros (330 a 980 pies) para aumentar la eficiencia.

Antena en T de transmisión multicable de la primera estación de AM WBZ, Springfield, Massachusetts , 1925.

La radiodifusión AM comenzó alrededor de 1920. La asignación de las frecuencias de onda media para la radiodifusión planteó la posibilidad de utilizar mástiles verticales simples sin carga superior. La antena utilizada para la radiodifusión durante la década de 1920 fue la antena T , que consistía en dos mástiles con una carga superior de alambre tendida entre ellos, lo que requería el doble de los costos de construcción y el área de tierra de un solo mástil. En 1924, Stuart Ballantine publicó dos artículos históricos que llevaron al desarrollo de la antena de mástil único. En el primero, derivó la resistencia a la radiación de un conductor vertical sobre un plano de tierra . Descubrió que la resistencia a la radiación aumentaba a un máximo a una longitud de 12 de  longitud de onda , por lo que un mástil alrededor de esa longitud tenía una resistencia de entrada que era mucho más alta que la resistencia del suelo, reduciendo la fracción de potencia del transmisor que se perdía en el suelo. sistema sin utilizar una carga superior capacitiva. En un segundo artículo del mismo año, mostró que la cantidad de energía irradiada horizontalmente en las ondas terrestres alcanzaba un máximo a una altura de mástil de 58 de  longitud de onda .

Mástiles del transmisor Rugby VLF cerca de Rugby , Inglaterra

En 1930, el gasto de la antena en T llevó a las emisoras a adoptar la antena del radiador del mástil , en la que la estructura metálica del mástil funciona como antena. Uno de los primeros tipos utilizados fue el voladizo de diamantes o la torre Blaw-Knox . Esto tenía una forma de diamante ( romboédrico ) que lo hacía rígido, por lo que solo se necesitaba un juego de líneas de sujeción, en su amplia cintura. El extremo inferior puntiagudo de la antena terminaba en un gran aislante cerámico en forma de rótula sobre una base de hormigón, aliviando los momentos de flexión en la estructura. El primero, un mástil de media onda de 665 pies (203 m) se instaló en el transmisor de 50 kW de Wayne, Nueva Jersey de la estación de radio WABC en 1931. Durante la década de 1930 se descubrió que la forma de diamante de la torre Blaw-Knox tenía una corriente desfavorable. distribución que aumentó la potencia emitida en ángulos altos, causando desvanecimiento por trayectos múltiples en el área de escucha. En la década de 1940, la industria de la radiodifusión AM había abandonado el diseño de Blaw-Knox por el mástil de celosía de sección transversal estrecha y uniforme que se usaba en la actualidad, que tenía un mejor patrón de radiación.

El auge de las transmisiones de radio y televisión FM en las décadas de 1940 y 1950 creó la necesidad de mástiles aún más altos. La radiodifusión AM anterior utilizaba bandas de ondas kilométricas y hectométricas , donde las ondas de radio se propagan como ondas terrestres que siguen el contorno de la Tierra. Las olas que abrazan el suelo permitieron que las señales viajaran más allá del horizonte, a cientos de kilómetros. Sin embargo, los transmisores de TV y FM más nuevos usaban la banda VHF , en la que las ondas de radio viajan por la línea de visión , por lo que están limitadas por el horizonte visual . La única forma de cubrir áreas más grandes es elevar la antena lo suficientemente alto para que tenga una línea de visión directa hacia ellas.

Hasta el 8 de agosto de 1991, el mástil de radio de Varsovia era la estructura con soporte más alta del mundo en tierra; su colapso dejó el mástil KVLY / KTHI-TV como el más alto. Hay más de 50 estructuras de radio en los Estados Unidos que miden 600 m (1968,5 pies) o más.

Materiales

Celosía de acero

Una torre de televisión tipo 3803 KM ubicada en Penza

La celosía de acero es la forma de construcción más extendida. Proporciona gran resistencia, bajo peso y resistencia al viento, y economía en el uso de materiales. Las celosías de sección transversal triangular son las más comunes, y las celosías cuadradas también se utilizan ampliamente. A menudo se utilizan mástiles arriostrados ; los tensores de apoyo soportan fuerzas laterales como cargas de viento, lo que permite que el mástil sea muy estrecho y de construcción sencilla.

Cuando se construye como una torre, la estructura puede tener lados paralelos o ahusarse en parte o en toda su altura. Cuando se construye con varias secciones que se estrechan exponencialmente con la altura, a la manera de la Torre Eiffel , se dice que la torre es Eiffelizada. La torre Crystal Palace de Londres es un ejemplo.

Acero tubular

Mástil de celosía atirantado triangular típico de 200 pies (61 m) de una estación de radio AM en Mount Vernon, Washington , EE. UU.

Los mástiles arriostrados a veces también se construyen con tubos de acero. Este tipo de construcción tiene la ventaja de que los cables y otros componentes pueden protegerse de la intemperie dentro del tubo y, en consecuencia, la estructura puede parecer más limpia. Estos mástiles se utilizan principalmente para la radiodifusión de FM / TV, pero a veces también como radiador de mástil. El gran mástil de la estación transmisora ​​Mühlacker es un buen ejemplo de ello. Una desventaja de este tipo de mástil es que se ve mucho más afectado por los vientos que los mástiles con cuerpos abiertos. Se han derrumbado varios mástiles arriostrados tubulares. En el Reino Unido, los mástiles de las estaciones de televisión de Emley Moor y Waltham colapsaron en la década de 1960. En Alemania, el transmisor Bielstein colapsó en 1985. No se construyeron mástiles tubulares en todos los países. En Alemania, Francia, Reino Unido, República Checa, Eslovaquia, Japón y la Unión Soviética, se construyeron muchos mástiles tubulares arriostrados, mientras que casi ninguno en Polonia o América del Norte.

Se construyeron varios mástiles con arriostramiento tubular en ciudades de Rusia y Ucrania. Estos mástiles presentaban barras transversales horizontales que iban desde la estructura del mástil central hasta las vigas y fueron construidos en la década de 1960. Los travesaños de estos mástiles están equipados con una pasarela que sostiene antenas más pequeñas, aunque su propósito principal es la amortiguación de oscilaciones. La designación de estos mástiles es 30107 KM y se utilizan exclusivamente para FM y TV y miden entre 150 y 200 metros (490–660 pies) de altura con una excepción. La excepción es el mástil en Vinnytsia, que tiene una altura de 354 m (1161 pies) y actualmente es el mástil tubular arriostrado más alto del mundo después de que la estación de transmisión de Belmont se redujo en altura en 2010.

Concreto reforzado

Torre de televisión en Stuttgart , Alemania: la primera torre de televisión de hormigón armado.

Las torres de hormigón armado son relativamente caras de construir, pero proporcionan un alto grado de rigidez mecánica con vientos fuertes. Esto puede ser importante cuando se utilizan antenas con anchos de haz estrechos, como las que se utilizan para enlaces punto a punto de microondas, y cuando la estructura debe ser ocupada por personas.

En la década de 1950, AT&T construyó numerosas torres de hormigón, más parecidas a silos que torres, para su primera ruta transcontinental de microondas.

En Alemania y los Países Bajos, la mayoría de las torres construidas para enlaces de microondas de punto a punto están construidas con hormigón armado , mientras que en el Reino Unido la mayoría son torres de celosía .

Las torres de hormigón pueden formar hitos prestigiosos, como la Torre CN en Toronto , Canadá. Además de albergar al personal técnico, estos edificios pueden tener áreas públicas como miradores o restaurantes.

La torre de televisión de Stuttgart fue la primera torre del mundo construida en hormigón armado. Fue diseñado en 1956 por el ingeniero civil local Fritz Leonhardt .

Fibra de vidrio

Los postes de fibra de vidrio se utilizan ocasionalmente para balizas no direccionales de baja potencia o transmisores de radiodifusión de onda media.

Fibra de carbon

Los monopolos y torres de fibra de carbono han sido tradicionalmente demasiado costosos, pero los desarrollos recientes en la forma en que se hila el cable de fibra de carbono han dado como resultado soluciones que ofrecen resistencias superiores al acero (10 veces) por una fracción del peso (70% menos) que ha permitido los monopolos. y las torres se construirán en lugares que sean demasiado costosos o de difícil acceso con el equipo de elevación pesado que se necesita para una estructura de acero.

En general, una estructura de fibra de carbono es de 40 a 50% más rápida de montar en comparación con los materiales de construcción tradicionales.

Torre de televisión Kamzík , con vistas a Bratislava , Eslovaquia.

Madera

La madera ha sido reemplazada en uso por metal y compuestos para la construcción de torres. Muchas torres de madera se construyeron en el Reino Unido durante la Segunda Guerra Mundial debido a la escasez de acero. En Alemania, antes de la Segunda Guerra Mundial, las torres de madera se usaban en casi todos los sitios de transmisión de onda media que han sido demolidos, excepto la Torre de Radio de Gliwice .

La estación de retransmisión de televisión de Ferryside es un ejemplo de un transmisor de retransmisión de TV que utiliza un poste de madera.

Otros tipos de soportes y estructuras de antenas

Polos

Los mástiles más cortos pueden consistir en un poste de madera autoportante o arriostrado, similar a un poste de telégrafo. A veces se utilizan postes de acero galvanizado tubulares autoportantes : estos pueden denominarse monopolos.

Edificios

En algunos casos, es posible instalar antenas transmisoras en los techos de edificios altos. En América del Norte , por ejemplo, hay antenas de transmisión en el Empire State Building , Willis Tower , Prudential Tower , 4 Times Square y One World Trade Center . La Torre Norte del World Trade Center original también tenía una antena de telecomunicaciones de 110 metros (360 pies) sobre su techo, construida en 1978-1979, y comenzó a transmitirse en 1980. Cuando los edificios colapsaron, varias estaciones de radio y televisión locales fueron derribadas. fuera del aire hasta que los transmisores de respaldo puedan ponerse en servicio. Estas instalaciones también existen en Europa , en particular para servicios de radio portátiles y estaciones de radio FM de baja potencia . En Londres , la BBC erigió en 1936 un mástil para transmitir la televisión antigua en una de las torres de un edificio victoriano, el Alexandra Palace . Todavía está en uso.

Esta cruz de 30 m (100 pies) de altura oculta el equipo de T-Mobile en la Iglesia Luterana Epiphany en Lake Worth, Florida , EE. UU. Terminado en diciembre de 2009.

Sitios celulares disfrazados

A veces, los sitios celulares disfrazados se pueden introducir en entornos que requieren un resultado visual de bajo impacto, haciéndolos parecer árboles, chimeneas u otras estructuras comunes.

Muchas personas ven las torres de telefonía celular desnudas como feas y como una intrusión en sus vecindarios. Aunque las personas dependen cada vez más de las comunicaciones celulares, se oponen a que las torres desnudas echen a perder vistas panorámicas. Muchas empresas ofrecen 'ocultar' torres de telefonía celular en árboles, torres de iglesias, postes de banderas, tanques de agua y otras características. Hay muchos proveedores que ofrecen estos servicios como parte del servicio normal de instalación y mantenimiento de torres. Generalmente se les llama "torres furtivas" o "instalaciones furtivas", o simplemente sitios celulares ocultos .

Torre de comunicaciones, en el horizonte a la derecha, camuflada como un árbol alto.

El nivel de detalle y realismo logrado por las torres de telefonía celular disfrazadas es notablemente alto; por ejemplo, tales torres disfrazadas de árboles son casi indistinguibles de las reales. Estas torres se pueden colocar discretamente en parques nacionales y otros lugares protegidos, como torres disfrazadas de cactus en el Bosque Nacional Coronado de los Estados Unidos .

Sin embargo, incluso cuando se disfrazan, tales torres pueden crear controversia; una torre que se dobla como un asta de bandera atrajo controversia en 2004 en relación con la campaña presidencial de Estados Unidos de ese año , y destacó el sentimiento de que tales disfraces sirven más para permitir la instalación de tales torres en un subterfugio lejos del escrutinio público en lugar de servir para el embellecimiento del paisaje.

Radiadores de mástil

Un radiador de mástil o antena de mástil es una torre de radio o mástil en el que toda la estructura es una antena. Las antenas de mástil son las antenas transmisoras típicas de la radiodifusión de onda larga o media .

Estructuralmente, la única diferencia es que algunos radiadores de mástil requieren que la base del mástil esté aislada del suelo. En el caso de una torre aislada, normalmente habrá un aislante que soporte cada pata. Sin embargo, algunos diseños de antenas de mástil no requieren aislamiento, por lo que el aislamiento de la base no es una característica esencial.

Torres telescópicas, de bombeo y basculante

Una forma especial de la torre de radio es el mástil telescópico . Estos se pueden montar muy rápidamente. Los mástiles telescópicos se utilizan principalmente para establecer enlaces de radio temporales para informar sobre los principales eventos noticiosos y para comunicaciones temporales en emergencias. También se utilizan en redes militares tácticas. Pueden ahorrar dinero al tener que soportar fuertes vientos solo cuando se levantan y, como tales, se utilizan ampliamente en radioaficionados .

Los mástiles telescópicos constan de dos o más secciones concéntricas y vienen en dos tipos principales:

  • Los mástiles de bombeo se utilizan a menudo en vehículos y se elevan a su altura máxima de forma neumática o hidráulica. Por lo general, solo son lo suficientemente fuertes como para soportar antenas bastante pequeñas.
  • Los mástiles de celosía telescópicos se elevan mediante un cabrestante, que puede ser accionado manualmente o con un motor eléctrico. Estos tienden a adaptarse a mayores alturas y cargas que el tipo de bomba. Cuando se retrae, el conjunto completo a veces se puede bajar a una posición horizontal por medio de un segundo cabrestante basculante. Esto permite instalar y ajustar antenas a nivel del suelo antes de levantar el mástil.

Globos y cometas

Un globo atado o una cometa pueden servir como soporte temporal. Puede llevar una antena o un cable (para VLF, LW o MW) hasta una altura adecuada. Ocasionalmente, agencias militares o radioaficionados utilizan tal arreglo. La emisora ​​estadounidense TV Martí transmitió un programa de televisión a Cuba mediante dicho globo.

Drones

En 2013, comenzó el interés en utilizar vehículos aéreos no tripulados (drones) para fines de telecomunicaciones.

Otras estructuras especiales

Para dos transmisores VLF, se utilizan antenas de alambre hiladas a través de valles profundos. Los cables están sostenidos por pequeños mástiles o torres o anclajes de roca. La misma técnica también se utilizó en la estación de radio Criggion .

Para los transmisores ELF se utilizan antenas dipolo de tierra . Tales estructuras no requieren mástiles altos. Consisten en dos electrodos enterrados profundamente en el suelo al menos a unas pocas docenas de kilómetros de distancia. Desde el edificio del transmisor hasta los electrodos, corren líneas de alimentación aéreas. Estas líneas parecen líneas eléctricas del nivel de 10 kV y están instaladas en torres similares.

Caracteristicas de diseño

Consideraciones económicas y estéticas

  • El costo de un mástil o torre es aproximadamente proporcional al cuadrado de su altura.
  • Un mástil arriostrado es más barato de construir que una torre autoportante de igual altura.
  • Un mástil arriostrado necesita tierra adicional para acomodar a los muchachos y, por lo tanto, se adapta mejor a ubicaciones rurales donde la tierra es relativamente barata. Una torre sin vigas encajará en una parcela mucho más pequeña.
  • Una torre de celosía de acero es más barata de construir que una torre de hormigón de igual altura.
  • Dos torres pequeñas pueden ser menos intrusivas, visualmente, que una grande, especialmente si se ven idénticas.
  • Las torres se ven menos feas si ellas y las antenas montadas en ellas parecen simétricas.
  • Las torres de hormigón se pueden construir con un diseño estético, especialmente en Europa continental. A veces se construyen en lugares destacados e incluyen plataformas de observación o restaurantes.
Un radioaficionado , hágalo usted mismo , torre de celosía de acero
Antena de Bergwacht con una cámara web montada para ayudar en el pronóstico del tiempo y las observaciones de la meseta de Großer Feldberg .

Mástiles para antenas HF / onda corta

Para las transmisiones en el rango de onda corta , es poco lo que se gana elevando la antena a más de unas pocas longitudes de onda por encima del nivel del suelo. Los transmisores de onda corta rara vez utilizan mástiles de más de 100 metros de altura.

Acceso para aparejadores

Debido a que los mástiles, las torres y las antenas montadas en ellos requieren mantenimiento, es necesario el acceso a toda la estructura. Por lo general, se accede a las estructuras pequeñas con una escalera . Las estructuras más grandes, que tienden a requerir un mantenimiento más frecuente, pueden tener escaleras y, a veces, un ascensor, también llamado ascensor de servicio.

Funciones de advertencia de aeronaves

Las estructuras altas que superan ciertas alturas legisladas a menudo están equipadas con luces de advertencia de aeronaves , generalmente rojas, para advertir a los pilotos de la existencia de la estructura. En el pasado, se usaban lámparas de filamento reforzadas y de bajo funcionamiento para maximizar la vida útil de la bombilla. Alternativamente, se utilizaron lámparas de neón. Hoy en día, estas lámparas tienden a utilizar matrices de LED .

Los requisitos de altura varían según los estados y países, y pueden incluir reglas adicionales como requerir una luz estroboscópica blanca intermitente durante el día y luces rojas pulsantes durante la noche. Es posible que también se requiera pintar las estructuras que superan una cierta altura con esquemas de colores contrastantes , como blanco y naranja o blanco y rojo, para hacerlas más visibles contra el cielo.

Contaminación lumínica e iluminación molesta

En algunos países donde la contaminación lumínica es una preocupación, las alturas de las torres pueden estar restringidas para reducir o eliminar la necesidad de luces de advertencia de aeronaves. Por ejemplo, en los Estados Unidos, la Ley de Telecomunicaciones de 1996 permite que las jurisdicciones locales establezcan alturas máximas para las torres, como limitar la altura de la torre a menos de 200 pies (61 m) y, por lo tanto, no requiere iluminación de aeronaves según las reglas de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) de EE. UU .

Oscilaciones inducidas por el viento

Un problema con los mástiles de radio es el peligro de las oscilaciones inducidas por el viento. Esto es particularmente una preocupación con la construcción de tubos de acero. Se puede reducir esto construyendo amortiguadores cilíndricos en la construcción. Uno encuentra estos amortiguadores, que parecen cilindros más gruesos que el mástil, por ejemplo, en los mástiles de radio de DHO38 en Saterland . También existen construcciones, que consisten en una torre autoportante, generalmente de hormigón armado , sobre la que se instala un mástil de radio arriostrado. Un ejemplo es la Torre Gerbrandy en Lopik , Países Bajos. Más torres de este método de construcción se pueden encontrar cerca de Smilde , Holanda y Fernsehturm en Waldenburg , Alemania.

Peligro para las aves

Torre de radio en Jamshoro

Se ha documentado que las torres de radio, televisión y telefonía celular representan un peligro para las aves. Se han emitido informes que documentan muertes de aves conocidas y exigen investigación para encontrar formas de minimizar el peligro que las torres de comunicaciones pueden representar para las aves.

También ha habido casos de aves raras que anidan en torres de celdas y, por lo tanto, impiden los trabajos de reparación debido a la legislación destinada a protegerlas.

Colapsos catastróficos

Ver también

Referencias

Otras lecturas

  • Sreevidya, S. y Subramanian, N., Evaluación estética de las torres de antena, Revista de ingeniería arquitectónica, Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles, vol. 9, núm. 3, septiembre de 2003, págs. 102–108

enlaces externos