
無線塔やマストは、一般的に通信や放送(テレビを含む)用のアンテナを支えるために設計された高層構造物です。支柱式と自立式の2つの主要なタイプがあります。これらは人工構造物の中でも最も高いものの一つです。マストは、最初に建設した、または現在使用している放送局にちなんで名付けられることがよくあります。
マストラジエーターまたは放射塔は、金属製のマストまたは塔自体に電力が供給され、送信アンテナとして機能するものです。

「マスト」と「タワー」という用語はしばしば同じ意味で使われます。しかし、構造工学用語では、タワーは自立構造または片持ち構造であり、マストは支柱または支線によって支えられた構造です。[ 1 ]
一部が自立式で一部が支柱で支えられている、いわゆる「支柱付きタワー」と呼ばれる境界線上の設計がいくつかあります。例:
無線通信の最初の実験は、1894年にグリエルモ・マルコーニによって開始されました。 1895年から1896年にかけて、彼は垂直モノポールアンテナ、すなわちマルコーニアンテナを発明しました。これは当初、高い木の棒から吊り下げられた電線でした。彼は、アンテナを高く吊り下げるほど、より遠くまで送信できることを発見し、アンテナの高さの必要性を初めて認識しました。無線は1900年頃に無線電信通信に商業的に利用され始めました。 [ 2 ]
商用ラジオの最初の20年間は、現在ではほとんど使われていないほど長い波長の超低周波帯域を使用して長距離伝送を行う無線電信局が主流でした。この超低周波帯域の波長は1キロメートルから数キロメートルであったため、比較すると実現可能な最も高いアンテナでさえも電気的に短すぎ、その結果、本質的に非常に低い放射抵抗(わずか5~25オーム)しかありませんでした。どのアンテナでも、放射抵抗が低いと周囲の接地システムで過度の電力損失が発生します。これは、低抵抗のアンテナは高抵抗の地面と電力を効果的に競合できないためです。これを部分的に補うために、無線電信局は、効率を高めるために、複数の100~300メートル(330~980フィート)の鉄塔の間に水平方向に張られたワイヤで構成される、巨大な容量性トップロードフラットトップアンテナを使用しました。[ 2 ](pp 77~78)

AMラジオ放送は1920年頃に始まりました。中波周波数が放送用に割り当てられたことで、トップローディングなしで単一の垂直マストを使用できる可能性が生まれました。1920年代を通して放送に使用されたアンテナはTアンテナで、2本のマストの間に張られた上部にローディングワイヤが付いたもので構成され、単一のマストの2倍の建設コストと敷地面積が必要でした。[ 2 ](pp 77–78) 1924年にスチュアート・バランタインは、シングルマストアンテナの開発につながった2つの歴史的な論文を発表しました。[ 2 ](pp 77–78)最初の論文で彼は、グランドプレーン上の垂直導体の放射抵抗を導きました。[ 3 ](pp 833–839)彼は、放射抵抗が長 さで最大に増加することを発見しました 1 /2波長なので、その長さのマストの入力抵抗は接地抵抗よりもはるかに高く、容量性トップロードの補助なしに地上システムで失われる送信電力の割合を減らすことができました。同年の2番目の論文では、地上波で水平方向に放射される電力量は、マストの高さが のときに最大に達することを示しました。 5 /8波長。[ 3 ] (pp 823–832)

1930年までにT型アンテナの費用高騰により、放送局はマスト放射アンテナを採用するようになった。このアンテナでは、マストの金属構造自体がアンテナの役割を果たしていた。[ 2 ] (pp 79–81) 最初に使用されたタイプの1つは、ダイヤモンドカンチレバー、またはブロー・ノックスタワーであった。これはダイヤモンド(菱面体)形状で剛性が高く、広い胴体部分に1組の支線のみが必要であった。アンテナの尖った下端は、コンクリート製の土台の上にボールソケットジョイントの形をした大きなセラミック絶縁体で終わっており、構造にかかる曲げモーメントを軽減していた。最初の半波長マストは、1931年にニュージャージー州ウェインのラジオ局WABCの50kW 送信機に、665フィート(203メートル)で設置されました。 [ 4 ] [ 5 ] 1930年代に、ダイヤモンド型のBlaw-Knox塔は不利な電流分布を持ち、高角度で放射される電力を増加させ、リスニングエリアでマルチパスフェーディングを引き起こすことが判明しました。[ 2 ](pp 79–81) 1940年代までに、AM放送業界はBlaw-Knox設計を放棄し、今日使用されている、より優れた放射パターンを持つ狭く均一な断面の格子マストを採用しました。
1940年代から1950年代にかけてFMラジオとテレビ放送が普及したことで、さらに高いアンテナが必要になりました。初期のAM放送ではLF帯とMF帯が使用されていました。これらの帯域では、電波は地表波として地球の輪郭に沿って伝播します。地表に沿った電波は、信号が地平線を越えて数百キロメートル先まで到達することを可能にしていました。しかし、新しいFMおよびテレビ送信機はVHF帯を使用していました。VHF帯では電波は見通し線に沿って伝播するため、到達範囲は地平線によって制限されます。より広いエリアをカバーするには、アンテナを十分な高さに設置し、見通し線が確保できる状態にするしかありませんでした。
1991年8月8日まで、ワルシャワの無線塔は陸上にある世界で最も高い支持構造物でした。しかし、その崩壊により、KVLY/KTHI-TVのアンテナが世界最高となりました。アメリカ合衆国には、高さ600メートル(1,968.5フィート)以上の無線構造物が50以上あります。[ 6 ]
鋼製ラティスは最も広く普及している構造形式です。優れた強度、軽量、低風圧、そして材料使用量の節約という利点があります。三角形断面のラティスが最も一般的ですが、正方形のラティスも広く使用されています。支線マストもよく使用されます。支線が風荷重などの横方向の力を担うため、マストを非常に細く、シンプルな構造にすることができます。
塔として建設される場合、その構造は平行な側面を持つか、高さの一部または全体が細くなることがあります。エッフェル塔のように、高さとともに指数関数的に細くなる複数のセクションで構成されている塔は、エッフェル化された塔と呼ばれます。ロンドンのクリスタル・パレス・タワーがその一例です。
支線マストは鋼管で作られることもあります。この構造の利点は、ケーブルやその他の部品を管内の天候から保護できるため、構造がきれいに見えることです。これらのマストは主に FM/TV 放送に使用されますが、マスト ラジエーターとして使用されることもあります。ミューラッカー送信所の大きなマストがその良い例です。このタイプのマストの欠点は、本体が開いたマストよりも風の影響をはるかに受けやすいことです。管状の支線マストがいくつか倒壊しています。英国では、 1960 年代にEmley MoorとWaltham のテレビ局のマストが倒壊しました。ドイツでは、 1985 年にBielstein 送信所が倒壊しました。管状のマストはすべての国で構築されたわけではありません。ドイツ、フランス、英国、チェコ共和国、スロバキア、日本、ソビエト連邦では、多くの管状の支線マストが構築されましたが、ポーランドや北アメリカにはほとんどありません。
ロシアとウクライナの都市には、支柱付きの管状マストが複数建設されました。これらのマストは、中央のマスト構造から支柱まで水平に走る横木を備え、1960年代に建設されました。これらのマストの横木には、小型アンテナを固定するためのギャングウェイが備え付けられていますが、主な目的は振動の抑制です。これらのマストの設計番号は30107 KMで、FMとテレビ専用であり、高さは150~200メートル(490~660フィート)ですが、例外が1つあります。その例外とは、ヴィーンヌィツャのマストで、高さ354メートル(1161フィート)あり、2010年にベルモント送信所の高さが下げられた ため、現在世界で最も高い支柱付きの管状マストとなっています。

鉄筋コンクリート製の塔は建設コストが比較的高いものの、強風下でも高い機械的剛性を発揮します。これは、マイクロ波ポイントツーポイントリンクなどに使用されるビーム幅の狭いアンテナを使用する場合や、構造物に人が居住する場合に重要となります。

1950年代、AT&Tは初の大陸横断マイクロ波ルートのために、タワーというよりはサイロに似たコンクリート製の塔を多数建設した。[ 7 ] [ 8 ]
ドイツとオランダでは、ポイントツーポイントのマイクロ波リンク用に建設された塔のほとんどが鉄筋コンクリートで造られていますが、英国ではほとんどが格子塔です。
コンクリート製の塔は、カナダのトロントにあるCNタワーのように、格式高いランドマークとなることがあります。これらの建物には、技術スタッフの居住スペースに加えて、展望台やレストランなどの公共エリアが設けられることもあります。
インド中部のマディヤ・プラデーシュ州ジャバルプル近郊のカタンガ・テレビ塔には、国営放送局のドゥルダルシャンとプラサール・バラティの高出力送信機が設置されている。
シュトゥットガルトテレビ塔は、世界初の鉄筋コンクリート造の塔です。1956年に地元の土木技師フリッツ・レオンハルトによって設計されました。
グラスファイバー製のポールは、低電力の無指向性ビーコンや中波放送送信機に使用されることがあります。
炭素繊維のモノポールやタワーは、従来高価すぎましたが、炭素繊維の糸を紡ぐ方法の最近の進歩により、重量が鋼鉄の何分の一か(70%少ない[ 9 ])で強度(鋼鉄の10倍)を超えるソリューションが生まれ、これにより、鋼鉄構造物に必要な重量物の持ち上げ装置が高価すぎたり、アクセスが困難だったりする場所にもモノポールやタワーを建設できるようになりました。
全体的に、炭素繊維構造は従来の建築材料に比べて 40 - 50% 速く建設できます。

2022年現在、木材は通信塔の建設にはこれまで珍しい材料であったが、ますます一般的になり始めている。2022年には、周囲の木々に溶け込むように、既存の鉄骨構造に代えてイタリアで初めての木製通信塔が建てられた。[ 10 ] 通信会社が木材を選択する理由として最もよく挙げられるのは、木材が業界で唯一クライメート・ポジティブな材料だからである。[ 11 ] このため、一部の電柱販売業者は、5Gインフラの需要の高まりに対応するために木製塔の提供を開始した。例えば米国では、木製電柱販売業者のベル・ランバー・アンド・ポールが通信業界向け製品の開発を開始した。[ 12 ]
短いマストは、電信柱のように、自立型または支柱付きの木製の柱で構成されている場合があります。また、自立型の亜鉛メッキ鋼管製の柱が使用されることもあり、これらはモノポールと呼ばれることもあります。
場合によっては、高層ビルの屋上に送信アンテナを設置できる。北米では、たとえばエンパイア・ステート・ビル、ウィリス・タワー、プルデンシャル・タワー、タイムズスクエア4番地、ワン・ワールド・トレード・センターに送信アンテナがある。元祖ワールド・トレード・センターのノース・タワーにも、屋上に110メートル(360フィート)の通信アンテナがあり、1978~1979年に建設され、1980年に送信を開始した。このノース・タワーが崩壊すると、バックアップの送信機が稼働するまで、いくつかの地元のテレビ局とラジオ局は放送を停止した。[ 13 ] このような施設はヨーロッパにも存在し、特にポータブル・ラジオ・サービスや低出力FMラジオ局向けである。ロンドンでは、BBCが1936年にビクトリア朝の建物であるアレクサンドラ・パレスの塔の1つに初期のテレビ放送用のマストを建てた。それは現在も使用されている。
偽装セル サイトは、木、煙突、その他の一般的な構造物に見せかけることで、視覚的な影響が少ないことが求められる環境に導入されることがあります。
むき出しの携帯電話基地局は、多くの人々にとって見苦しく、近隣への侵入物とみなされます。携帯電話通信への依存度は高まっているにもかかわらず、むき出しの基地局が本来の景観を損なうことには反対の声が上がっています。多くの企業が、携帯電話基地局を樹木、教会の塔、旗竿、貯水タンクなどの中に、あるいはそれらの姿に「隠す」サービスを提供しています。[ 14 ] 通常の基地局設置・保守サービスの一環として、こうしたサービスを提供する事業者も数多く存在します。これらは一般に「ステルス基地局」または「ステルス設置」、あるいは単に「隠蔽基地局」と呼ばれています。

偽装された携帯電話基地局の精細さとリアルさのレベルは驚くほど高く、例えば木に偽装された基地局は本物とほとんど区別がつかない。[ 15 ]このような基地局は国立公園などの保護された場所 に目立たないように設置することができ、例えばアメリカのコロナド国立森林公園にあるサボテンに偽装された基地局などがある。[ 16 ]
しかし、偽装されていても、このような塔は論争を巻き起こす可能性がある。旗竿を兼ねた塔は、2004年の米国大統領選挙に関連して論争を巻き起こし、このような偽装は景観を美化するというよりも、世間の監視を逃れるためにこのような塔を設置することを可能にするという感情を浮き彫りにした。[ 17 ]
マスト放射器またはマストアンテナは、構造全体がアンテナとなっている無線塔またはマストです。マストアンテナは、長波または中波放送に典型的な送信アンテナです。
構造上の唯一の違いは、一部のマスト放射器ではマスト基部を地面から絶縁する必要があることです。絶縁塔の場合、通常、各脚を1つの絶縁体で支えます。ただし、一部のマストアンテナ設計では絶縁が不要なため、基部の絶縁は必須ではありません。
無線塔の特殊な形態として、伸縮式マストがあります。これは非常に迅速に設置できます。伸縮式マストは主に、主要なニュース報道や緊急時の臨時通信のための臨時無線回線の設置に使用されます。また、軍事戦術ネットワークにも使用されています。マストを立てた時のみ強風に耐える必要があるため、コスト削減が可能であり、アマチュア無線でも広く利用されています。
伸縮マストは 2 つ以上の同心円セクションで構成され、主に次の 2 つのタイプがあります。
係留気球や凧は一時的な支えとして機能します。アンテナやワイヤー(VLF、LW、MW用)を適切な高さまで運ぶことができます。このような配置は、軍事機関やアマチュア無線家によって時折使用されます。アメリカの放送局TV Martíは、このような気球を使って キューバにテレビ番組を放送しました。
2013年には、無人航空機(ドローン)を通信目的で利用することに関心が集まり始めました。[ 18 ]
2基のVLF送信機には、深い谷間に張られたワイヤーアンテナが使用されています。ワイヤーは小型のマスト、タワー、または岩のアンカーで支えられています。同じ技術がクリギオン無線局でも使用されていました。
ELF送信機には、地上ダイポールアンテナが使用されます。この構造は高いマストを必要としません。少なくとも数十キロメートル離れた2つの電極を地中深くに埋め込むことで構成されます。送信機建屋から電極までは、架空給電線が通っています。これらの給電線は10kVレベルの送電線に似ており、同様の鉄塔に設置されています。


短波帯での送信では、アンテナを地上から波長の半分から4分の3以上高くしても効果はほとんどなく、周波数が低く波長が長い場合は、高さが85メートル(279フィート)を超えると実現不可能になります。短波送信機では、約100メートルを超える高さのアンテナ塔が使用されることはほとんどありません。
マスト、タワー、そしてそれらに設置されたアンテナはメンテナンスが必要となるため、構造物全体へのアクセスが必要です。小規模な構造物は通常、はしごでアクセスします。メンテナンス頻度が高い傾向にある大規模な構造物には、階段が設置されている場合があり、場合によってはサービスエレベーターと呼ばれるエレベーターが設置されていることもあります。
法定高さを超える高層建築物には、パイロットにその存在を警告するために、航空機警告灯(通常は赤色)が備え付けられることがよくあります。かつては、電球寿命を最大化するために、耐久性の高い短寿命のフィラメントランプが使用されていました。あるいは、ネオンランプが使用されていました。現在では、このようなランプにはLEDアレイが使用される傾向があります。

高さに関する要件は州や国によって異なり、昼間は白色の点滅ストロボ、夜間は赤色の点滅灯の設置など、追加の規則が適用される場合があります。また、一定の高さを超える建造物については、空に映えて目立つように、白とオレンジ、白と赤など、対照的な配色で塗装することが義務付けられる場合もあります。
光害が懸念される国では、航空機警告灯の必要性を軽減または排除するために、塔の高さが制限される場合があります。例えば、米国では1996年の電気通信法により、地方自治体が塔の高さの上限を定めることが認められています。例えば、塔の高さを200フィート(61メートル)未満に制限することで、米国連邦通信委員会(FCC)の規則に基づく航空機照明の設置が不要となります。
無線塔の問題の一つは、風による振動の危険性です。これは特に鋼管構造の場合に懸念されます。円筒形の緩衝装置を構造に組み込むことで、この問題を軽減できます。マストよりも太い円筒形の緩衝装置の例としては、ザターラントにあるDHO38の無線塔が挙げられます。また、通常は鉄筋コンクリート製の自立型タワーに支柱付きの無線塔を設置する構造もあります。その一例が、オランダのロピックにあるゲルブランディタワーです。この建築方式で建てられた他のタワーは、オランダのシュミルデ近郊や、ドイツのヴァルデンブルクにあるテレビ塔で見られます。
| シリーズの一部 |
| 無線 |
|---|
| フォーム |
| 用途と形態 |
| 開発 |
| 物理学と工学 |
ラジオ、テレビ、携帯電話の塔が鳥類に危険を及ぼすことは既に報告されています。既知の鳥類の死亡例を記録した報告書が発行され、通信塔が鳥類に及ぼす危険を最小限に抑える方法を見つけるための研究が求められています。[ 19 ] [ 20 ]
また、珍しい鳥が携帯電話の基地局に巣を作り、その保護を目的とした法律により修理作業が妨げられる例もある。[ 21 ] [ 22 ]
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