uma. Torres autoportantes (Lattice/monopolo)

torres autoportantes, incluindo treliços e desenhos de monopolo, são amplamente utilizados para sua estabilidade e adaptabilidade.

• torres treliçadas: Caracterizado por seções transversais triangulares ou quadradas, Essas torres fornecem alta rigidez e capacidade de carga, Ideal para montar várias antenas . Sua ampla base reduz os influências, Garantir o alinhamento consistente da antena e os padrões de radiação. Contudo, Sua estrutura volumosa pode aumentar a tensão da carga do vento, potencialmente alterar os níveis de lóbano da antena .
• Torres Monopole: Estruturas de um polo, como monopoles tubulares ou cônicos, são eficientes em termos espaciais e esteticamente adequados para áreas urbanas. Enquanto seu design compacto minimiza a intrusão visual, O espaço de montagem limitado pode restringir a colocação da antena, afetando a cobertura direcional e otimização de ganho .

b. Torres Estaiadas

Towers de robusto confiam em cabos tensionados para estabilidade, permitindo alturas mais altas a custos de material mais baixos. Contudo:

• Sway e oscilação: Os fios do Guy introduzem suscetibilidade a oscilações induzidas pelo vento, que pode desestabilizar o alinhamento da antena. Isso pode degradar a consistência do sinal, especialmente para bandas de alta frequência (v.g., 5G Amwave) exigindo linha de visão precisa .
• Interferência eletromagnética (EMI): Os fios de aço podem atuar como condutores parasitas, Introdução à EMI que distorce padrões de radiação da antena ou aumenta o ruído .

c. Torres montadas no teto

Estruturas montadas no telhado (v.g., mastros ou estruturas) enfrentar desafios únicos:

• Limitações de altura: Restrito pela altura do edifício, Antenas pode sofrer raio reduzido de cobertura. Por exemplo, Uma torre de telhado de 30m normalmente cobre 1 a 3 km, enquanto uma torre de 40m+ se estende para 5 km .
• Carga estrutural e vibração: A ressonância de construção e a expansão/contração térmica podem mudar as posições da antena, alterando a eficiência da radiação e a pureza de polarização .

2. Altura da torre e desempenho da antena

A altura da torre se correlaciona diretamente com a propagação e cobertura do sinal:

• Raio de cobertura: Torres mais altas estendem o horizonte de rádio, Superando a curvatura da Terra. Uma torre de 305m atinge ~ 40 km de linha de visão, enquanto uma antena montada em balões de 3.000 m se estende a 200 km . Contudo, A altura excessiva introduz trade-offs de perda de caminho e atraso de sinal devido ao aumento das superfícies refletidas (v.g., terreno ou edifícios) .
• Ganho e direcionalidade: Antenas elevadas reduzem as reflexões do solo e a interferência de múltiplos, aprimorando o ganho. Por exemplo, O aumento da elevação de 0 ° a 60 ° melhora a qualidade do sinal por 9.1 dB em frequências UHF .
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3. Propriedades do material e efeitos dielétricos

Os materiais da torre influenciam a eficiência da antena através da condutividade e perdas dielétricas:

• Materiais condutores: Cobre e alumínio minimizam perdas resistivas (Efeito da pele), crítico para antenas de alta frequência. Ferro ou aço, Apesar da maior força, Aumentar as perdas ôhmicas, reduzindo a eficiência da radiação até 2.65 dB em matrizes de baixa impedância .
• Substratos dielétricos: Torres com materiais compostos (v.g., radomos de fibra de vidro) deve equilibrar constante dielétrico (e) e perda tangente (Tanδ). Altos materiais ε reduzem o tamanho da antena, mas aumentam as perdas induzidas por umidade, Enquanto baixos substratos ε (v.g., Rogers® laminados) otimize a largura de banda e ganho .

4. Estressores ambientais e mecânicos

uma. Carga de vento

O vento exerce torção (K-Factor) e forças laterais nas torres:

• Ressonância estrutural: As antenas atuam como velas, Amplificando a carga do vento. Por exemplo, uma 30 O vento MPH gera inércia suficiente para colapso seções de treliça mal apoiadas .
• Distorção do padrão de radiação: Antenas oscilantes interrompem a precisão da forma, crescendo níveis laterais e reduzindo a diretividade .

b. Variações de temperatura

A expansão/contração térmica altera a geometria da torre:

• Fadiga material: Ciclismo térmico repetido enfraquece as juntas, causando desalinhamento. As torres de aço se expandem ~ 1,2 mm por 10 ° C por 100m, Antena potencialmente mudando azimute .
• Mudanças de propriedade dielétrica: As flutuações de temperatura mudam o substrato ε e o tanδ, Antenas ressonantes de detenção e largura de banda estreitando .

5. Estudos de caso e padrões de projeto

A pesquisa destaca a interação entre o design da torre e o desempenho da antena:

• Padrões TIA-222: Estudos comparativos mostram torres de treliça projetadas sob resistência ao TIA-222-G 15% Cargas de vento mais altas do que as estruturas compatíveis com TIA-222-H, Garantir padrões de radiação estáveis ​​em condições extremas .
• Técnicas de fortalecimento: Reforço no nível do componente (v.g., Seção de ângulo, suporte) reduz o deslocamento por 20% em torres adaptadas, Melhorando a estabilidade da montagem da antena .

6. Estratégias de otimização

Para mitigar efeitos adversos:

• Design Aerodinâmico: Monopoles simplificados ou seções de treliça em cobertura reduzem a carga do vento por 30% .
• Seleção de Materiais: Força elevada, ligas de baixa perda (v.g., aço galvanizado) Durabilidade de equilíbrio e condutividade .
• Amortecedores dinâmicos: Os amortecedores de massa afinados suprimem oscilações de torre, Mantendo o alinhamento da antena dentro de ± 0,5 ° durante as tempestades .

Conclusão

As estruturas de torre influenciam profundamente o desempenho da antena através da estabilidade mecânica, propriedades dos materiais, e resiliência ambiental. O design ideal requer o equilíbrio da robustez estrutural com eficiência eletromagnética, Guiados por padrões como TIA-222 e simulações específicas de caso. Tendências futuras, como torres montadas em drones , pode ainda despopular as limitações de altura de restrições estruturais, Revolucionando arquiteturas de comunicação sem fio.