Кіріспе
Антенналарды ұстауға арналған биік құрылым. Радио мачталары мен мұнаралары әдетте телекоммуникация және хабар тарату, оның ішінде теледидар үшін антенналарды ұстауға арналған биік құрылымдар болып табылады. Екі негізгі түрі бар: сымдармен бекітілген және өздігінен тұрған құрылымдар. Олар адам жасаған ең биік құрылыстардың қатарында. Мачталар көбінесе оларды бастап салған немесе қазір пайдаланатын хабар тарату ұйымдарының атымен аталады. Маст-радиатор немесе сәулелендіретін мұнара – металл мачтаның немесе мұнараның өзі энергиямен қамтамасыз етіліп, тарату антеннасы ретінде жұмыс істейтін құрылым.
Radio masts and towers are typically tall structures designed to support antennas for telecommunications and broadcasting, including television. There are two main types: guyed and self supporting structures. They are among the tallest human made structures. Masts are often named after the broadcasting organizations that originally built them or currently use them. A mast radiator or radiating tower is one in which the metal mast or tower itself is energized and functions as the transmitting antenna.
Терминология
"Мачта" және "мұнара" терминдері көбінесе бір-бірін алмастырып қолданылады. Дегенмен, конструкциялық инженерлік тұрғысынан алғанда, мұнара – өзін-өзі ұстап тұратын немесе консольдік құрылым, ал мачта – тұрақтармен немесе жіптермен тіреліп тұрады. Мачта – жіптермен тірелген мачта, өздігінен тұруға қажетті қиылыс беріктігі жоқ, жұқа құрылым, тұрақтылық үшін бекітілген жіптерді пайдаланады. Оларды жерге немесе ғимараттардың үстіне орнатуға болады. Көбінесе мачталар болат тордан немесе құбырлы болаттан жасалады. Мачталарды салу арзанрақ, бірақ оларды айналасындағы кең аумақ қажет. Мұнара – өзін-өзі ұстап тұратын құрылым, сонымен қатар шатырға да орналастырылуы мүмкін, ол сәулелендіретін антенналарды қажетті биіктікке көтерудің бірдей мақсатын орындайды. Жіптерді бекітуге жер қажет болмағандықтан, мұнаралар көбінесе жер тапшылығы бар қалаларда қолданылады. Ішінара еркін тұратын және ішінара жіптермен тірелген, қосымша жіптермен тірелген мұнаралар деп аталатын бірнеше аралық конструкциялар бар. Мысалдар: Гербранди мұнарасы – үстінде мачтасы бар өзін-өзі ұстап тұратын мұнарадан тұрады. Блау Нокс мұнаралары: әлі тұрған бірнеше мұнаралар керісінше құрылымға ие: олардың төменгі бөлігі жіптермен тірелген, ал үстінде еркін тұратын бөлігі орналасқан. Зендстанция Смильда – үстінде жіптермен тірелген мачтасы бар биік мұнара, ал жіптер жерге бекітілген. Torre de Collserola – мұнара бөлігі еркін тұрмайтын, мұнараның үстінде мачтасы бар жіптермен тірелген мұнара.
Gerbrandy tower consists of a self supporting tower with a guyed mast on top. Blaw Knox towers Those few of the towers still standing do the opposite: They have a guyed lower section surmounted by a freestanding part. Zendstation Smilde is a tall tower with a guyed mast on top with guys which go to ground. Torre de Collserola is a guyed tower with a guyed mast on top where the tower portion is not free standing.
Тарих
Радиобайланыс бойынша алғашқы тәжірибелерді 1894 жылы Гульельмо Маркони жүргізді. 1895–1896 жылдары ол тік монополь немесе Маркони антеннасын ойлап тапты, ол бастапқыда биік ағаш бағанаға ілінген сымнан тұратын. Ол антеннаның қаншалықты биікке орналасса, соғұрлым алысқа сигнал жібере алатынын анықтады, бұл антенналардың биіктігінің маңыздылығын алғаш рет көрсетті. 1900 жылға қарай радио телеграфтық байланыс үшін коммерциялық түрде қолданыла бастады. АМ радио хабарлауы шамамен 1920 жылы басталды. Орта толқындар жиілігін хабарлауға бөлу, жоғарғы жүктемесіз бір тік мачталарды пайдалану мүмкіндігін тудырды. 1920 жылдарға дейін хабар тарату үшін қолданылған антенна – Т антеннасы болды, ол екі мачтадан тұратын, олардың арасында жүктемелі сымдар тартылған, бұл бір мачтаға қарағанда екі есе көп құрылыс шығындары мен жер аумағын қажет етті. Ол сәулелену кедергісінің белгілі бір ұзындықта максималды мәнге жететінін анықтады, сондықтан осы ұзындықтағы мачтаның кіріс кедергісі жер кедергісінен әлдеқайда жоғары болды, бұл жер жүйесіндегі таратушы қуатының жоғалуын азайтты. Осы жылы жарияланған екінші мақаласында, жер толқынында көлденең сәулеленген қуаттың мөлшері, толқын ұзындығына тең емес мачта биіктігінде максималды деңгейге жететінін көрсетті. 1930 жылдары Blaw Knox мұнарасының алмаз тәрізді пішінінің токты дұрыс таратпайтыны анықталды, бұл жоғары бұрыштармен қуатты арттырып, тыңдау аймағында көп жолды әлсіреуге (multipath fading) себеп болды.
Болат тор
Болат тор – құрылыс салудың ең көп таралған түрі. Ол үлкен беріктік, төмен салмақ, желге қарсы тұру қабілеті және материалдарды үнемді пайдалануды қамтамасыз етеді. Үшбұрышты қималы торлар ең көп кездеседі, сондай-ақ төртбұрышты торлар да кеңінен қолданылады. Көбінесе қабысқан мачталар қолданылады; оларды тартқыш сымдар желдің күші сияқты көлденең жүктемелерді қабылдайды, бұл мачтаның өте жіңішке және қарапайым болуына мүмкіндік береді. Мұнара ретінде салынған жағдайда, құрылым параллель қабырғалы немесе биіктігінің бір бөлігінде немесе толығымен конус тәрізді болуы мүмкін. Егер мұнара Эйфель мұнарасы сияқты биіктігімен бірнеше бөліктерге бөлініп, экспоненциалды түрде тарылса, онда ол "Эйфельдік" мұнара деп аталады. Мысалы, Лондондағы Кристалл сарайының мұнарасы.
Құбырлық болат
Кейде бұрандалы мачталар да болат құбырлардан жасалады. Бұл конструкция түрі кабельдер мен басқа да бөлшектерді құбырдың ішіндегі ауа райынан қорғай алады, сондықтан конструкция тазалаулы көрінеді. Бұл мачталар негізінен FM/TV хабар тарату үшін, бірақ кейде мачта-радиатор ретінде де қолданылады. Мюльлакер хабар тарату станциясының үлкен мачтасы осыған жақсы мысал. Бұл мачтаның кемшілігі – оның ашық корпусты мачталарға қарағанда желге көбірек сезімтал болуы. Бірнеше құбырлы мачталар құлап кеткен. Ұлыбританияда 1960 жылдары Эмли Мур және Уолтхэм телестанцияларының мачталары құлады. Германияда 1985 жылы Бильштайн хабар тарату станциясы құлады. Құбырлы мачталар барлық елдерде салынбаған. Германияда, Францияда, Ұлыбританияда, Чехияда, Словакияда, Жапонияда және КСРО-да көптеген құбырлы мачталар салынған, ал Польшада немесе Солтүстік Америкада олар дерлік жоқ. Ресей мен Украина қалаларында бірнеше құбырлы мачталар салынған. Бұл мачталар орталық мачта конструкциясынан жіптерге дейін созылған көлденең арқалықтармен жабдықталған және 1960 жылдары салынған. Бұл мачталардың көлденең арқалықтары кішкентай антенналарды орналастыруға арналған өтпе жолмен жабдықталған, бірақ олардың басты мақсаты – тербелісті басу. Бұл мачталардың жобалық белгісі 30107 КМ, олар тек FM және теледидар хабарларын тарату үшін қолданылады және бір ерекшелік болмаса, бірдей биіктікте болады. Осы ерекшелік – Виницадағы 354 м (1161 фут) биіктігі бар мачта, ол 2010 жылы Белмонт хабар тарату станциясының биіктігі төмендетілгеннен кейін әлемдегі ең биік құбырлы мачта болып табылады.
Арматуралы бетон
Темір бетон мұнараларды салу салыстырмалы түрде қымбат, бірақ олар күшті желде жоғары деңгейде механикалық беріктікті қамтамасыз етеді. Бұл тар сәуле кеңдігі бар антенналар қолданылған кезде, мысалы, микротолқындық нүктеден нүктеге байланыс үшін қолданылатын антенналар, және құрылымда адамдар орналасқан кезде маңызды болуы мүмкін. 1950 жылдары AT&T өзінің алғашқы құрлықарлық микротолқынды бағыты үшін мұнараларға қарағанда силосқа көбірек ұқсайтын көптеген темір бетон мұнаралар салды. Германия мен Нидерландыда нүктеден нүктеге микротолқынды байланыс үшін салынған мұнаралардың көпшілігі темір бетоннан жасалған, ал Ұлыбританияда көбінесе торлы мұнаралар қолданылады. Темір бетон мұнаралар, мысалы, Канаданың Торонто қаласындағы CN мұнарасы сияқты, мәртебелі ескерткіштерді құрауы мүмкін. Техникалық қызметкерлерді орналастырудан басқа, мұндай ғимараттарда бақылау алаңдары немесе мейрамханалар сияқты қоғамдық кеңістіктер де болуы мүмкін. Орталық Үндістандағы Мадхья-Прадеш штатындағы Джабалпур қаласының жанындағы Катанга телемұнарасында Doordarshan және Prasar Bharati телеарналарының жоғары қуатты трансляциялағышы орналасқан. Штутгарт телемұнарасы – әлемдегі темір бетоннан салынған алғашқы мұнара. Оны 1956 жылы жергілікті инженер Фриц Леонхардт жобалаған.
Шыны талшығы
Шыны талшықты тіреулер кейде аз қуатты, бағытталмаған радиомаяктар немесе орта толқынды хабар тарату станциялары үшін пайдаланылады.
Көміртек талшығы
Көміртекті монополдар мен мұнаралар дәстүрлі түрде тым қымбат болған, бірақ көміртекті талшықты иіру тәсіліндегі соңғы жетістіктер болаттан 10 есе артық күшті, ал салмағы 70% жеңіл болатын шешімдерге әкелді. Бұл монополдар мен мұнараларды болат конструкцияларға қажетті ауыр көтергіш техникамен жеткізу қиын немесе қымбат болған жерлерде салуға мүмкіндік берді. Жалпы, көміртекті конструкцияны дәстүрлі құрылыс материалдарымен салыстырғанда 40-50% жылдам орнатуға болады.
Ағаш
2022 жылдан бастап, бұрын телекоммуникациялық мұнаралар салу үшін жиі қолданылатын ағаш, одан да көп қолданыла бастады. 2022 жылы Италиядағы алғашқысы болған ағаштан жасалған телекоммуникациялық мұнара, бұрынғы болат конструкцияның орнына қойылды, бұл оның айналасындағы орманмен үйлесуіне мүмкіндік берді. Телекоммуникациялық компаниялардың ағашты таңдауының басты себептерінің бірі – бұл материал телекоммуникация саласында климатқа оң әсер ететін жалғыз материал болып табылады. Осы себепті, кейбір электр желілері таратушылары 5G инфрақұрылымының артуына байланысты ағаш мұнараларды ұсынуды бастады. Мысалы, АҚШ-та ағаш тіреулерді таратумен айналысатын Bell Lumber & Pole компаниясы телекоммуникация саласы үшін жаңа өнімдерді әзірлеуге кірісті.
Поляктар
Қысқа мачталар телеграф бағанасына ұқсас өздігінен тірелетін немесе сымдармен бекітілген ағаш бағанадан тұруы мүмкін. Кейде өздігінен тірелетін құбырлы мырышталған болат бағаналар қолданылады: мұндайларын монопольдер деп атайды.
Ғимараттар
Кейбір жағдайларда биік ғимараттардың төбесіне хабар тарату антенналарын орнату мүмкін. Мысалы, Солтүстік Америкада "Эмпайр Стейт Билдинг", "Уиллис мұнарасы", "Пруденциал мұнарасы", "Таймс-сквер 4" және "One World Trade Center" ғимараттарында хабар тарату антенналары орнатылған. Алғашқы Дүниежүзілік сауда орталығының солтүстік мұнарасында 1978–1979 жылдары салынған және 1980 жылы хабар таратуды бастаған телекоммуникациялық антенна болған. Ғимараттар құлағанда бірнеше жергілікті телеарналар мен радиостанциялар қосалқы тарату құрылғылары іске қосылғанға дейін эфирден тоқтатылды. Мұндай нысандар Еуропада да бар, әсіресе ұялы радио байланысы және аз қуатты FM радиостанциялары үшін. 1936 жылы Лондонда BBC Виктория дәуіріндегі "Александра сарайы" ғимаратының біріне ерте теледидар хабарларын таратуға арналған мачта орнатты. Ол әлі де пайдаланылуда.
Жасырын жасушалар
Кейде жасырын жасушалық байланыс станциялары ағаштар, мұржалар немесе басқа да көп кездесетін құрылымдарға ұқсату арқылы көріністік әсері аз қажетті ортаға енгізілуі мүмкін. Көптеген адамдар жалаңаш ұялы телефон мұнараларын көріксіз деп санайды және олардың өз үйлерінің маңына бұзып кіргені ретінде қарастырады. Адамдар ұялы байланысқа барған сайын көбірек тәуелді болғанымен, жалаңаш мұнаралардың әдемі көріністерді бұзғанына қарсы шығады. Көптеген компаниялар ұялы телефон мұнараларын ағаштардың, шіркеу мұнараларының, ту тіректерінің, су резервуарларының және басқа да нысандардың ішінде немесе олардың орнына 'жасыруды' ұсынады. Мұндай қызметтерді әдеттегі мұнараны орнату және күтіп ұстау қызметтерінің бір бөлігі ретінде ұсынатын көптеген провайдерлер бар. Бұлар әдетте "жасырын мұнаралар" немесе "жасырын орнатулар" немесе жай ғана жасырылған жасушалық байланыс станциялары деп аталады. Жасырылған ұялы телефон мұнараларының егжей-тегжейлілігі мен шынайылығының деңгейі таң қалдырады; мысалы, ағашқа ұқсас мұнараларды нағыз ағаштан ажырату өте қиын. Мұндай мұнараларды ұлттық саябақтарда және басқа да қорғалатын жерлерде, мысалы, АҚШ-тың Коронадо ұлттық орманындағы кактустарға ұқсатып орналастыруға болады. Дегенмен, жасырылған кезде де мұндай мұнаралар пікір қақтығыстарын тудыруы мүмкін; 2004 жылы АҚШ президенттік науқанына қатысты ту тірегі ретінде екі рет қолданылған мұнара дау тудырды және мұндай жасырулар пейзажды әдемілеуге емес, керісінше, мұндай мұнараларды жасырын түрде, жұртшылықтың назарынан тыс орнатуға мүмкіндік береді деген пікірді күшейтті.
Маст радиаторлары
Маст радиаторы немесе маст антеннасы – радио мұнарасы немесе маст, оның барлық конструкциясы антенна қызметін атқарады. Маст антенналары ұзақ немесе орта толқынды хабар таратуға арналған таратушы антенналардың типік мысалы болып табылады. Құрылымдық жағынан, айырмашылық тек сонда ғана болады, кейбір маст радиаторларына маст негізін жерден оқшаулау қажет. Оқшауланған мұнара болған жағдайда, әдетте әр тіреуге бір изолятор орнатылады. Дегенмен, кейбір маст антенналарының конструкцияларында оқшаулау қажет болмайды, сондықтан негізді оқшаулау міндетті талап емес.
Баллондар мен желкендер
Байланыстырылған шар немесе желкен уақытша тірек ретінде қолданылуы мүмкін. Ол антеннаны немесе сымды (VLF, LW немесе MW үшін) қажетті биіктікке көтеруге болады. Мұндай тәсілді әскери мекемелер немесе радио әуесқойлары кейде пайдаланады. Американдық "TV Martí" телеарнасы осындай шардың көмегімен Кубаға телебағдарлама таратыпты.
Ұшқыштар
2013 жылы ұшқышсыз әуе кемелерін (дрондарды) телекоммуникация саласында пайдалануға қызығушылық артты.
Басқа арнайы құрылымдар
Екі VLF хабар таратушы үшін терең аңғарлар арқылы созылған сым антенналар пайдаланылады. Сымдар шағын мачталармен, мұнаралармен немесе тас ілмектерімен тіреліп тұрады. Осындай тәсіл Криггион радиостанциясында да қолданылған. ELF хабар таратушыларында жер диполі антенналары қолданылады. Мұндай құрылымдарға биік мачталардың қажеті жоқ. Олар бір-бірінен кем дегенде бірнеше ондаған шақырым қашықтықта жерге терең көмілген екі электродтан тұрады. Хабар таратушы ғимаратынан электродтарға дейін жоғары кернеулі қоректендіру желілері тартылған. Бұл желілер 10 кВ деңгейіндегі электр желілеріне ұқсас және осындай тіреулерге орнатылған.
Экономикалық және эстетикалық мәндер
Мачтаның немесе мұнараның құны оның биіктігінің квадратына шамамен пропорционал. Сымдармен бекітілген мачта, бірдей биіктіктегі өздігінен тұрған мұнараға қарағанда салынуы арзан. Сымдармен бекітілген мачтаға сымдарды орналастыру үшін қосымша жер қажет, сондықтан ол жердің салыстырмалы түрде арзан болған ауылдық жерлерге жақсырақ сәйкес келеді. Өздігінен тұрған мұнара әлдеқайда кішкентай жерге сыяды. Болат торлы мұнараны салу, бірдей биіктіктегі бетон мұнарадан арзан. Екі кішкентай мұнара, бір үлкен мұнараға қарағанда, әсіресе егер олар бірдей болса, көз жазбайтын жағынан аз кедергі келтіруі мүмкін. Мұнаралар мен оларға орнатылған антенналар симметриялы болса, олар көрінісі жағынан жағымсыз болмайды. Бетон мұнаралар эстетикалық дизайнды ескере отырып салынуы мүмкін. Кейде олар көрнекті жерлерге салынып, бақылау алаңдары немесе мейрамханалармен жабдықталады.
Қосқабатты/қысқа толқынды антенналар үшін мачталар
Қысқа толқын диапазонындағы хабар тарату үшін антеннаны толқын ұзындығының жартысынан үштен екі бөлігіне дейін жерден жоғары көтерудің көп пайдасы жоқ, ал төмен жиіліктерде және ұзын толқын ұзындықтарында биіктік тым үлкен болып кетеді. Қысқа толқынды таратушылар көбінесе 100 метрден биік мачталарды қолданбайды.
Жабдықтаушылар үшін кіру
Мачталар, мұнаралар және оларға орнатылған антенналар күтін-жөндеуді қажет ететіндіктен, бүкіл құрылымға қол жеткізу қажет. Кішкентай құрылымдарға көбінесе баспалдақпен өтіледі. Ал үлкен құрылымдар, көбінесе жиі күтін-жөндеуді талап ететіндіктен, баспалдақтан және кейде лифтен, оны қызметтік лифт деп те атайды, жабдықталуы мүмкін.
Әуе кемесінің ескерту белгілері
Заңмен белгіленген биіктіктен асатын биік құрылыстар көбінесе ұшақтарды ескерту үшін, әдетте қызыл түсті шамдармен жабдықталады, бұл ұшқыштарға құрылыстың бар екенін хабарлайды. Бұрын шамның қызмет ету мерзімін ұзарту үшін арнайы бекітілген және төмен қуатпен жұмыс істейтін қыздырғыш шамдар қолданылатын. Балама ретінде неон шамдары да пайдаланылды. Бүгінде мұндай шамдар көбінесе LED жинақтарын қолданады. Биіктік талаптары штаттар мен елдер арасында әртүрлі болуы мүмкін, сондай-ақ күндіз ақ түсті жыпылықтайтын стробтарды, ал түнде қызыл түсті импульстік шамдарды талап ететін қосымша ережелер де болуы мүмкін. Белгілі бір биіктіктен жоғары құрылыстарды аспанға қарсы жақсы көрінуі үшін ақ және қызғылт сары немесе ақ және қызыл сияқты контрастты түстермен бояу қажет болуы мүмкін.
Жарықпен ластану және зиянды жарықтандыру
Кейбір елдерде жарық ластану алаңдату тудырса, ұшақтарға ескерту шамдарын қажет етуді азайту немесе жою мақсатында мұнаралардың биіктігі шектелуі мүмкін. Мысалы, АҚШ-та 1996 жылғы Телекоммуникациялар заңы жергілікті билік органдарына мұнаралардың ең жоғары биіктігін белгілеуге рұқсат береді, мысалы мұнара биіктігін 200 футтан (61 метр) төмен шектеу арқылы АҚШ Федералдық байланыс комиссиясының (FCC) ережелеріне сәйкес ұшақтарды жарықтандыру талабынан босатуға болады.
Желден туындаған тербелістер
Радио мачталарының бір мәселесі – желдің әсерінен туындайтын тербелістердің қаупі. Бұл әсіресе болат құбырлы конструкциялар үшін маңызды. Цилиндрлік амортизаторларды конструкцияға енгізу арқылы бұл қауіпті азайтуға болады. Мұндай амортизаторларды, мачтадан қалың цилиндрлерге ұқсас, мысалы, Сатерландтағы DHO38 радио мачталарында кездестіруге болады. Сонымен қатар, әдетте темір бетоннан жасалған, дербес тұрған мұнараға орнатылған, сымдармен бекітілген радио мачтадан тұратын конструкциялар да бар. Мысалы, Нидерландыдағы Лопиктегі Гербранди мұнарасы. Осы құрылыс әдісімен салынған басқа да мұнараларды Нидерландының Смильде қаласының жанында және Германияның Вальденбург қаласындағы "Fernsehturm" мұнарасында табуға болады.
Құстарға қауіп
Радио, теледидар және ұялы байланыс мұнаралары құстарға қауіпті екені анықталды. Құстардың қаза болуы туралы есептер жарияланып, байланыс мұнаралары құстарға келтіретін қауіпті азайту жолдарын табу үшін зерттеулер жүргізуге шақырылды. Сондай-ақ, сирек кездесетін құстар ұялы байланыс мұнараларында ұя салған жағдайлар болды, бұл оларды қорғауға бағытталған заңнамаға байланысты жөндеу жұмыстарын жүргізуге кедерес келтірді.