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방송탑

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1. 개요

방송탑은 무선 통신을 위한 안테나를 설치하는 데 사용되는 구조물로, 마스트와 타워로 구분된다. 마스트는 가이 와이어로 지지되는 반면, 타워는 자체 지지 구조를 갖는다. 전파탑이라는 용어는 자립식 타워와 지선식 마스트를 모두 포함하며, 1894년 굴리엘모 마르코니의 무선 통신 실험 이후 발전해왔다. 방송탑은 구조, 재료, 기능에 따라 다양한 종류가 있으며, 강철, 철근 콘크리트, 유리 섬유, 탄소 섬유, 목재 등이 사용된다. 최근에는 주변 환경과 조화를 이루기 위해 위장형 기지국이 사용되기도 한다. 방송탑은 항공 안전을 위한 조명과 도색, 풍력에 의한 진동 방지, 조류의 위험 등 다양한 설계 특징을 가지며, 대한민국에서는 방송 송출 및 이동 통신 기지국, 군사 통신을 위해 널리 사용된다.

2. 용어

"마스트"와 "타워"라는 용어는 종종 같은 의미로 사용되지만, 구조 공학적 용어에서 '''타워'''는 자체 지지 또는 캔틸레버 구조물인 반면, '''마스트'''는 스테이 또는 가이 와이어(지선)에 의해 지지되는 구조물이다.[1]

거의 모든 측면 지지대가 가이 와이어(지선)로 제공되는 모습을 보여주는 라디오 마스트 베이스

  • '''마스트''': 가이 마스트는 지지 없이 서 있을 전단 강도가 없는 얇은 구조물로, 안정성을 위해 부착된 가이 라인을 사용한다. 지상 또는 건물 위에 설치할 수 있다. 일반적인 ''마스트''는 강철 격자 또는 강철 튜브 구조로 되어 있다. 마스트는 건설 비용이 저렴한 경향이 있지만, 가이 와이어를 수용하기 위해 주변에 넓은 영역이 필요하다.

  • '''타워''': 실제 방사 안테나를 기능적인 높이로 올리는 동일한 목적을 달성하는 자체 지지 구조물로, 지붕 위에 설치할 수도 있다. 가이 라인을 고정할 토지 면적이 필요 없기 때문에, 타워는 토지 부족이 심한 도시에서 더 일반적으로 사용된다.


도쿄 스카이트리는 2012년에 세계에서 가장 높은 독립형 타워였다.


일부는 독립형이고 일부는 가이 와이어로 지지되는 몇 가지 경계 설계가 있으며, 이를 ''부가적으로 가이 와이어를 사용하는 타워''라고 한다.

영어에서는 "mast(마스트)" 또는 "tower(타워)"가 사용된다. 이 둘은 종종 혼동되지만, 엄밀한 공학 용어에서 "타워"는 자립탑 또는 외팔보를 사용한 건조물인 반면, "마스트"는 건물 자체가 외부의 지주나 가새에 의해 지지되는 건조물이다. 일반적으로 마스트는 건축비가 저렴하게 들지만, 구조상 건물 주변의 넓은 범위에 가새를 설치할 토지가 필요하기 때문에 설치할 수 있는 곳이 인구가 적은 평야부에 한정되는 반면, 그 토지를 확보할 수 없는 도시부나 산간부 등에서는 자립탑인 타워를 세우는 경우가 많다.

아마추어 무선가들도 일반적으로 전력을 전파로 방사하는 장치를 "안테나"(전파법 용어로는 "공중선"), 그것을 설치하기 위해 세우는 탑을 "타워"라고 명확히 구분한다.

3. 역사

1894년 굴리엘모 마르코니가 최초의 무선 통신 실험을 수행하면서 전파탑의 역사가 시작되었다. 마르코니는 안테나를 높이 달수록 통신 거리가 늘어난다는 사실을 발견하고, 더 높은 안테나 설치의 필요성을 처음으로 인지하였다.[2] 1900년대 초, 무선은 무선 전신 통신에 상업적으로 사용되기 시작했다. 초기에는 장거리 통신을 위해 초저주파수 대역의 거대한 용량성 상부 부하 플랫톱 안테나가 사용되었다.[2]

1920년대 AM 라디오 방송이 시작되면서 중파 주파수 대역에 맞는 기둥 복사기 안테나가 개발되었다. 1924년 스튜어트 볼란타인은 단일 기둥 안테나 개발에 기여한 두 개의 중요한 논문을 발표했다.[2] 그는 1/2 파장 길이의 기둥이 방사 저항이 최대가 되어 접지 시스템에서 손실되는 전력 비율을 줄일 수 있다는 것과, 5/8 파장 높이의 기둥이 지표파에서 수평으로 방사되는 전력의 양을 최대화한다는 것을 밝혀냈다.[3]

영국 러그비 VLF 송신기의 기둥


1930년대에는 T-안테나의 높은 건설 비용 때문에 기둥 자체를 안테나로 사용하는 기둥 복사기 안테나가 채택되었다.[2] 초기에는 다이아몬드 캔틸레버 (블라우-녹스 타워)가 사용되었으나,[4][5] 방사 패턴 문제로 인해 1940년대 이후에는 좁고 균일한 단면 격자 기둥으로 대체되었다.[2]

1940~1950년대 FM 라디오와 텔레비전 방송의 시작으로 VHF 대역의 전파를 더 멀리 보내기 위해 더 높은 전파탑이 필요하게 되었다. VHF 대역에서는 전파가 시선 전파로 전파되어 시각적 지평선에 의해 통신 가능 거리가 제한되기 때문이다.

4. 종류

철근 콘크리트 (Reinforced concrete)철근과 콘크리트를 결합한 구조강풍에 강함건설 비용이 높음좁은 빔폭의 안테나, 사람이 거주해야 할 때
슈투트가르트 TV 타워(Fernsehturm Stuttgart): 최초의 철근 콘크리트 TV 타워

카탕가 TV 타워(Katanga TV tower)
유리 섬유 (Fiberglass)유리 섬유를 사용하여 만든 구조저전력 무지향성 비콘, 중파 방송 송신기탄소 섬유 (Carbon Fiber)탄소 섬유를 사용하여 만든 구조강철보다 강하고 가벼움, 설치 속도가 빠름최근 사용 증가목재 (Wood)목재를 사용하여 만든 구조기후 긍정적최근 사용 증가--



이 외에도 다음과 같은 기타 구조물이나 방식을 이용하기도 한다.

4. 1. 구조에 따른 분류

"마스트"와 "타워"라는 용어는 종종 같은 의미로 사용되지만, 구조 공학적 용어에서 '''타워'''는 자체 지지 또는 캔틸레버 구조물인 반면, '''마스트'''는 스테이 또는 가이 와이어에 의해 지지된다.[1]

일부는 독립형이고 일부는 가이 와이어로 지지되는 몇 가지 경계 설계가 있으며, 이를 ''부가적으로 가이 와이어를 사용하는 타워''라고 한다.

강철 격자 구조는 가장 널리 사용되는 구조 형태이다. 이는 뛰어난 강도, 낮은 무게, 풍압 저항성, 그리고 자재의 경제성을 제공한다. 삼각형 단면의 격자 구조가 가장 흔하며, 사각형 격자 구조도 널리 사용된다. 가이 마스트가 자주 사용되며, 지지하는 가이 로프는 바람 하중과 같은 횡력을 전달하여 마스트를 매우 좁고 간단하게 건설할 수 있게 한다.

타워로 건설될 때, 구조물은 평행한 측면을 가질 수도 있고, 높이의 일부 또는 전체에 걸쳐 좁아질 수도 있다. 에펠탑과 같이 높이에 따라 지수적으로 좁아지는 여러 섹션으로 구성된 경우, 해당 타워는 에펠식 타워라고 한다.

지지 마스트는 때때로 강철 튜브로도 제작된다. 이러한 구조는 케이블과 기타 부품을 튜브 내부에서 날씨로부터 보호할 수 있다는 장점이 있으며, 결과적으로 구조가 더 깨끗해 보인다. 이러한 마스트는 주로 FM/TV 방송에 사용되지만 때로는 마스트 방사체로도 사용된다. 이러한 종류의 마스트의 단점은 몸체가 개방된 마스트보다 바람의 영향을 훨씬 더 많이 받는다는 것이다.

튜브형 마스트는 모든 국가에서 건설된 것은 아니다. 독일, 프랑스, 영국, 체코, 슬로바키아, 일본, 소련에서는 많은 튜브형 지지 마스트가 건설되었지만 폴란드나 북미에는 거의 없다.

러시아와 우크라이나의 여러 도시에서 여러 튜브형 지지 마스트가 건설되었다. 이 마스트는 중앙 마스트 구조에서 지지대까지 수평 가로대를 특징으로 하며 1960년대에 건설되었다.

영어에서는 "mast(마스트)" 또는 "tower(타워)"가 사용된다. 이 둘은 종종 혼동되지만, 엄밀한 공학 용어에서 "타워"는 자립탑 또는 외팔보를 사용한 건조물인 반면, "마스트"는 건물 자체가 외부의 지주나 가새에 의해 지지되는 건조물이다. 일반적으로 마스트는 건축비가 저렴하게 들지만, 구조상 건물 주변의 넓은 범위에 가새를 설치할 토지가 필요하기 때문에 설치할 수 있는 곳이 인구가 적은 평야부에 한정되는 반면, 그 토지를 확보할 수 없는 도시부나 산간부 등에서는 자립탑인 타워를 세우는 경우가 많다.

4. 2. 재료에 따른 분류

방송탑은 사용되는 재료에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.
펜자에 위치한 3,803 km 형 TV 타워

4. 3. 기타

전신주는 짧은 마스트에 사용될 수 있다. 때로는 자체 지지식 튜브형 아연 도금 강철 기둥이 사용되는데, 이를 모노폴이라고 부를 수 있다.

고층 건물의 옥상에 송신 안테나를 설치하는 경우도 있다. 북아메리카에는 엠파이어 스테이트 빌딩, 윌리스 타워, 프루덴셜 타워, 4 타임스 스퀘어, 원 월드 트레이드 센터에 송신 안테나가 설치되어 있다.

미국 플로리다주 레이크 워스의 에피파니 루터교회에 있는 높이의 십자가는 T-Mobile의 장비를 숨기고 있다. 2009년 12월 완공.


주변 환경과 조화되도록 위장한 기지국도 있다. 나무, 굴뚝, 교회 탑, 깃대, 물탱크 또는 기타 일반적인 구조물처럼 보이도록 만들어 시각적 영향을 최소화한다. 이러한 타워는 국립공원 및 기타 보호 구역과 같이 눈에 띄지 않게 설치할 수 있다.

오른쪽 지평선에 있는 통신 타워가 키 큰 나무로 위장되어 있다.


신축식 마스트는 매우 빠르게 설치할 수 있는 마스트로, 임시 통신 등에 사용된다. 펌프식 마스트는 차량에 자주 사용되며, 공압 또는 유압 방식으로 완전히 높이 솟아오른다. 신축식 격자 마스트는 수동 또는 전동 모터로 구동되는 윈치를 사용하여 설치된다.

묶인 기구 또는 연은 임시 지지대로 사용될 수 있다. 안테나 또는 와이어를 적절한 높이까지 운반할 수 있다. 이러한 방식은 군 기관이나 아마추어 무선가들이 가끔 사용한다.

2013년부터 통신 목적으로 무인 항공기 (드론)를 사용하는 것에 대한 관심이 시작되었다.[18]

5. 설계 특징

6. 주요 전파탑 목록 (참고)

탑 이름국가도시
CN 타워캐나다토론토
베를린 TV 타워독일베를린
바르샤바 라디오 타워폴란드마조비에츠
오스탄키노 타워러시아모스크바
보르제 밀라드이란테헤란
타슈켄트 타워우즈베키스탄타슈켄트
에펠탑프랑스파리
삿포로 TV 타워일본홋카이도 삿포로시
도쿄 스카이트리일본도쿄도
도쿄 타워일본도쿄도
나고야 TV 타워일본아이치현 나고야시
후쿠오카 타워일본후쿠오카현 후쿠오카시
광저우 타워중국광둥성 광저우시
동방명주 타워중국상하이시
산시성 텔레비전 타워중국산시성 시안시
랴오닝 방송 텔레비전 타워중국랴오닝성 선양시
톈진 텔레비전 타워중국톈진시
중앙방송텔레비전타워중국베이징시
주저우 텔레비전 타워중국후난성 주저우시
N서울타워대한민국서울특별시
페치 텔레비전 타워헝가리페치


참조

[1] 웹사이트 Telecom Tower Types https://telecomtower[...] Honekai Media 2010-10-31
[2] 서적 Radio Antenna Engineering McGraw-Hill Book Co.
[3] 논문 On the optimum transmitting wave length for a vertical antenna over perfect earth Institute of Electrical and Electronics Engineers 1924-12
[4] 뉴스 Half wave mast antenna: A 665 foot structure which constitutes a new departure http://www.americanr[...] Techni-Craft Publishing Corp. 1931-11
[5] 뉴스 WABC's new "wire-less" antenna http://www.americanr[...] Teck Publishing Corp. 1931-12
[6] 웹사이트 Diagrams http://skyscraperpag[...] Skyscraper Source Media
[7] 웹사이트 AT&T's Concrete Microwave Towers http://long-lines.ne[...] 2008-05-26
[8] 웹사이트 The Stations of AT&T's First Transcontinental Microwave Radio Route http://long-lines.ne[...] 2010-07-31
[9] 뉴스 edotco Pioneers the First Carbon Fibre Tower in Asia https://edotcogroup.[...] 2021-08-11
[10] 간행물 Wooden-structured telecommunication towers introduce a low-carbon option for Europe's accelerating 5G market https://forest.fi/ar[...] 2022-01-13
[11] 간행물 A celebration of the innovations and inventors that are shaping connectivity https://wia.org/a-ce[...] 2022-05-03
[12] 웹사이트 Treated wood utility poles: A beginners' guide https://bellstructur[...]
[13] 뉴스 Some New York City TV and radio stations off the air after World Trade Center collapse http://www.tvantenna[...]
[14] AV media Cell towers http://www.ece.uncc.[...] University of North Carolina 2006-05-22
[15] 웹사이트 Cell phone trees (fake tree) https://www2.palomar[...]
[16] 웹사이트 Sabino Canyon Recreational Area http://www.marlaine.[...]
[17] 웹사이트 Stealth cell towers and the 2004 U.S. Presidential Elections http://www.lightwatc[...]
[18] 뉴스 Telecom-equipped drones could revolutionize wireless market http://archive.azcen[...] 2013-04-27
[19] 보고서 Communication towers: A deadly hazard to birds http://www.earthjust[...] American Bird Conservancy 2000-06
[20] 보고서 Avian Collisions at Communication Towers: Sources of information http://www.fws.gov/m[...] U.S. Fish and Wildlife Service 2009-06
[21] 웹사이트 Nesting falcon hits Vodafone customers in Southampton https://www.bbc.co.u[...] BBC News 2013-04-15
[22] 뉴스 Angry Birds fire back: Vulture cousins menace U.K. city's mobiles https://www.theregis[...] 2013-04-17
[23] 문서



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