Nie wszyscy czytelnicy mogą pamiętać czasy, gdy większość wsi w Polsce nie posiadała telefonu, a w miastach marzeniem wielu był stacjonarny telefon we własnym mieszkaniu. Dzisiaj sytuacja zmieniła się radykalnie. Mam jednak nadzieję, szanowny czytelniku, że podczas lektury tego artykułu nie odezwie się twój telefon komórkowy. A gdyby zadzwonił, to tym bardziej warto przyjrzeć się radiokomunikacyjnej infrastrukturze, dzięki której tak łatwo dziś o telefoniczną rozmowę.
Kilka definicji
Może wyda się to dziwne, ale telekomunikacja jest rodzajem transportu, tyle że transportowana jest dość trudno dostrzegalna informacja. Podobnie jak do funkcjonowania innych rodzajów transportu tak i tutaj konieczna jest odpowiednia infrastruktura. Budowa tej infrastruktury należała zawsze do budownictwa telekomunikacyjnego, zwanego inaczej budownictwem łączności. Dziedziną telekomunikacji jest radiokomunikacja, skupiona na radiowej, czyli bezprzewodowej transmisji informacji. W radiokomunikacji każda antena (zespół anten) wyznacza lokalizację STACJI. W skład stacji wchodzi ponadto aparatura elektroniczna, kontenery, instalacja odgromowa oraz rozmaite konstrukcje wsporcze (maszty, wieże, drabiny kablowe itp.). Przyjrzyjmy się pokrótce rozwiązaniom konstrukcyjnym stacji (obiektów) radiokomunikacyjnych.
Fot. 1. Stacja VHF
Stacje VHF
Radiokomunikacja, rozumiana jako dwustronna łączność radiowa, przez długie lata była zarezerwowana dla wojska oraz dla służb publicznych. Radiotelefonami VHF (ang. Very High Frequences) posługiwały się i posługują się nadal pogotowie ratunkowe, straż pożarna, policja czy przedsiębiorstwa transportowe. Dostrzegalnym elementem sieci łączności radiotelefonicznej były i są stacje bazowe VHF. Zasięg użyteczny takich stacji wynosi kilkanaście kilometrów i zależy od wysokości zawieszenia anteny nad otaczającym terenem/zabudową. Dlatego anteny montowane są najczęściej na kilkunastometrowych masztach posadowionych na budynkach – fot. 1.
Maszt to zwykle pojedyncza stalowa rura oraz cięgna linowe kotwione do ścian budynku. Do konserwacji anten i kabli służą proste stopnie włazowe. Stacje takie istnieją głównie w miastach, gdzie działalność służb publicznych jest bardziej intensywna niż na terenach wiejskich. Rozbudowany układ antenowy stacji VHF pracującej w systemie zarządzania kryzysowego został pokazany na fot. 2. Anteny zainstalowane są na szczycie 15-metrowego masztu, posadowionego na budynku o wysokości 25 m. Składowe sił (pozioma i pionowa) działających na podporę trzonu masztu wynoszą ok. 20 kN. Najłatwiejszym sposobem zaradzenia takim siłom jest praktykowane, lecz kosztowne wzmacnianie budynków przez konstruktorów. Obciążenia powodowane wiatrem czy oblodzeniem wydają się mało istotne ze względu na małą powierzchnię anten. Tym niemniej odpowiednie obliczenia należy wykonać (rys. 1).
Warto dodać, że wyliczenie faktycznych przemieszczeń węzłów ustroju (anten) jest możliwe jedynie po uwzględnieniu nieliniowej pracy odciągów.
Fot. 2. Zespół anten VHF
Fot. 3. Stacja GSM wolno stojąca
Stacje GSM
Rozwój elektroniki pozwolił na upowszechnienie łączności radiotelefonicznej. Na rys. 2 przedstawiono uproszczony schemat sieci GSM (ang. Global System Mobile) zwanej potocznie siecią komórkową.
W centrum każdej komórki znajduje się stacja tzw. bazowa. W ciągu ostatnich kilkunastu lat wybudowano w Polsce kilkanaście tysięcy takich stacji. Stacje łatwo dostrzec poza miastami, gdzie jako konstrukcje wsporcze anten służą stalowe wieże kratowe o wysokości 30–50 m, a ostatnio także słupy strunobetonowe (fot. 3).
W miastach budowa wież antenowych jest nie do zaakceptowania ze względów architektonicznych – zakłócają ład przestrzenny. Do budowy stacji GSM łatwiej adaptować istniejące obiekty, podobnie jak miało to miejsce w przypadku stacji radiotelefonicznych VHF. W każdej stacji GSM anteny połączone są specjalnymi kablami z urządzeniami elektronicznymi umieszczonymi w klimatyzowanym kontenerze lub w zaadaptowanym pomieszczeniu. Kontenery takie można zauważyć przy podstawie wież antenowych lub na dachach budynków.
Interesującym, lecz jak się okazało ryzykownym przykładem wykorzystania istniejącego obiektu do budowy stacji GSM, było obserwatorium meteorologiczne na Śnieżce. Anteny GSM pracowały w nadzwyczaj trudnych warunkach a instalacja uległa zniszczeniu w niedawnej katastrofie budowlanej (fot. 5).
Fot. 4. Stacja GSM na budynku
Fot. 5. Zniszczenia jednego z dysków obserwacyjnych IMGW na Śnieżce, marzec br.
Fot. 6. Elementy stacji CLR
Fot. 7. Anteny CLR na budynku
Fot. 8. Anteny na budynkach
Stacje CLR
Zasadnicza różnica pomiędzy siecią radiotelefoniczną VHF a siecią telefonii komórkowej GSM polega na tym, że poruszający się abonent automatycznie przełączany jest ze stacji o mniejszym poziomie sygnału do stacji, z której sygnały radiowe są silniejsze; przełączanie to ma być niezauważalne dla abonenta. Z tego względu stacje bazowe muszą być połączone z tzw. sterownikiem. Do tych połączeń wykorzystuje się najczęściej cyfrowe linie radiowe, tj. zespoły urządzeń radiokomunikacyjnych, gdzie oddalone o kilka czy kilkanaście kilometrów anteny „widzą się” wzajemnie. Charakterystycznym elementem stacji radioliniowej jest antena paraboliczna – fot. 6.
Dziesiątki takich anten można zaobserwować w dużych miastach, na najwyższych budynkach – fot. 7, oraz poza miastami, tyle że na stalowych wieżach GSM pokazanych wcześniej – fot. 3.
Projektowanie anten CLR na masztach czy wieżach kratowych jest dość trudnym zadaniem między innymi ze względu na konieczną sztywność konstrukcji. Wymagania są tutaj niejednokrotnie ostrzejsze, niż wynika to z ogólnych norm dla konstrukcji stalowych.
Fot. 9. Posadowienie masztu
Rys. 1. Ośrodek nadawczy RTV
Stacje RTV
Jak wyglądają dziś dachy budynków w miastach, pokazano na fot. 8. Większość widocznych anten to znane wszystkim odbiorcze anteny radiowo-telewizyjne. Jednak w perspektywie kilkunastu sytuacja może się zmienić i anteny takie będą służyły również jako anteny nadawcze. Zespól anten wraz z odbiornikiem i kablami łączącymi traktowany jest w budownictwie jako jedna z instalacji (§ 56 Roz. MI z 12 kwietnia 2002 r.).
Uproszczenie konstrukcji anten odbiorczych RTV wiąże się ze znacznym skomplikowaniem drugiej strony toru radiokomunikacyjnego, gdzie anteny nadawcze instalowane są niejednokrotnie na kilkusetmetrowych masztach (fot. 9).
Posadowienie takiego masztu jest bardziej skomplikowane niż masztu VHF czy GSM.
Trudno osadzić trzon masztu na sztywnej podporze, gdyż obciążenia wynikające z rozbudowanych układów antenowych są nieporównanie większe niż w przypadku stacji VHF czy GSM.
Fot. 11. Schemat zespołu anten VHS
Rys. 2. Elementy sieci GSM
Przepisy budowlane
Prawo budowlane w art. 14 ust. 1 wyróżnia telekomunikację jako specjalność równoważną architekturze czy elektryce. Wydaje się jednak, że obecne przepisy nie porządkują wielu zagadnień związanych z budową stacji (obiektów) radiokomunikacyjnych. Można mieć nadzieję, że niniejszy artykuł skłoni czytelników do dyskusji na temat budownictwa radiokomunikacyjnego, a szczególnie na temat odpowiedzialności uczestników tego procesu (art. 17 Prawa budowlanego).
Wojciech Pichura
Zdjęcia 1-4 i 6-9 autora
