CN111029710A - 天线的阻尼抱杆及通信塔的天线组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了天线的阻尼抱杆及通信塔的天线组件，涉及阻尼减振技术领域。一种天线的阻尼抱杆，用于将天线设备安装在通信塔上，抱杆包括抱杆上部、抱杆中部和抱杆下部，抱杆中部安装在塔主体上，在抱杆上部与抱杆中部和/或抱杆中部与抱杆下部之间设置有阻尼器，所述抱杆上部和抱杆下部与天线设备连接后作为一个刚性连接或半刚性的整体。发明将天线抱杆分为与塔主体连接部分和与天线设备连接部分，两部分之间通过阻尼器隔振连接，同时将天线抱杆和天线设备作为一个刚性连接或半刚性的整体，利用天线自身的结构构建阻尼系统，结构简单、紧凑，抗风振效果好。

Description

天线的阻尼抱杆及通信塔的天线组件

技术领域

本发明涉及阻尼减振技术领域，尤其涉及一种天线的阻尼抱杆。

背景技术

通信塔(也称为信号塔)属于信号发射塔的一种，主要功能支持信号，为信号发射天线做支撑，主要用于微波、超短波、无线网络信号的传输与发射。为了保证无线通信系统的正常运行，一般把通信天线安置到最高点以增加服务半径，以达到理想的通讯效果，而通信天线必须有通信塔来增加高度(所以通信铁塔在通讯网络系统中起了重要作用。

随着通信技术的发展，人们对通信网络覆盖面的要求越来越高。通信铁塔常见类型为角钢塔、单管塔、景观塔、拉线塔、仿生塔、美化塔、抱杆等。通信塔的天线通常位于通信塔上端，天线大多为铝制，长期在高空运作，在强风干扰下，由于缺少有效的消振措施，容易引起较大的振动频率和振幅，轻则影响信号接收性能，重则导致天线变形，出现弯折和折断现象。

目前，对于通信塔结构，为了适应越来越多的设备种类和数量，风荷载的常规解决方式一方面是增加塔桅结构数量或加大单个塔主体结构外观及钢材用量，另一方面是设置各种结构减振措施。

结构减振控制措施按控制方式不同，可分为主动控制、半主动控制、被动控制及混合控制。主动控制需要通过传感器监测参数计算出最优控制力，由作动器直接输出至被控结构，但其技术复杂，造价昂贵，维护要求高。半主动控制去除了需要外部大功率供电的作动器，根据传感器参数反馈，仅需微小电流的控制器对阻尼或刚度参数小范围调整，使阻尼器参数处于最优状态，但其仍然需要复杂的控制算法计算。混合控制是近年来发展的将主动与被动控制相结合的新型控制技术，可发挥被动控制与主动控制各自优点，但二者的协同与辅助控制组合方式尚不成熟。被动控制是当前发展较为成熟的结构减振技术，其主要通过合理的阻尼器参数设计与安装位置分布，达到控制工程结构有害振动响应的目的。

被动控制中，调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper，简称TMD)是一种常用的减振装置，是在高耸塔顶部或上部某位置上加上惯性质量，并配以弹簧和阻尼器与主体结构(高耸塔)相连。调谐质量阻尼器的振动频率接近主结构的频率，控制策略为应用子结构与主结构控制振型共振达到动力吸振的目的，应用阻尼结构不断消耗主结构和子结构的能量来降低主结构的动力响应。调谐质量阻尼装置从部件组成上通常分为刚度系统、质量系统和阻尼系统三大部分，这几部分通过不同组合方式可组成不同类型的阻尼装置，以常用的调谐质量阻尼装置为例，常规方案下，质量系统采用质量块，质量块底部设置滑轮，刚度系统采用弹簧，阻尼系统可采用杆式阻尼器或阻尼箱或电涡流阻尼器。

现有技术中用于通信塔上天线减振的阻尼装置很少，减振效果也难以达到预期。因此，亟需一种通信塔天线用阻尼装置。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供了一种天线的阻尼抱杆及通信塔的天线组件。本发明将天线抱杆分为与塔主体连接部分和与天线设备连接部分，两部分之间通过阻尼器隔振连接，同时将天线抱杆和天线设备作为一个刚性连接或半刚性的整体，利用天线自身的结构构建阻尼系统，结构简单、紧凑，抗风振效果好。

为实现上述目标，本发明提供了如下技术方案：

一种天线的阻尼抱杆，用于将天线设备安装在通信塔上，抱杆包括抱杆上部、抱杆中部和抱杆下部，抱杆中部安装在塔主体上，在抱杆上部与抱杆中部和/或抱杆中部与抱杆下部之间设置有阻尼器，所述抱杆上部和抱杆下部与天线设备连接后作为一个刚性连接或半刚性的整体。

进一步，抱杆上部与抱杆中部之间设置有第一阻尼器，抱杆中部与抱杆下部之间设置有第二阻尼器，抱杆中部通过横杆或者安装环固定安装在塔主体上。

进一步，所述整体与前述阻尼器形成调谐质量阻尼装置，所述阻尼器设置在抱杆中部和所述整体之间形成所述阻尼系统；所述抱杆上部和抱杆下部与天线设备形成质量系统；所述抱杆下部安装在塔主体上的工作平台上，所述抱杆下部作为质量系统的下部支撑形成刚度系统。

进一步，所述抱杆下部刚性连接有立柱式构件，立柱式构件的下部安装在工作平台上，所述立柱式构件在抱杆下部形成细杆支承形成所述刚度系统或刚度系统的一部分。

进一步，所述立柱式构件为金属杆、碳纤维棒或玻璃纤维杆构成的单根杆构件。

进一步，所述整体与前述阻尼器形成调谐质量阻尼装置，所述阻尼器设置在抱杆中部和刚性连接的整体之间形成阻尼系统；所述抱杆上部和抱杆下部与天线设备形成质量系统；所述抱杆上部安装在塔主体上的工作平台上，所述抱杆上部作为质量系统的上部悬挂形成刚度系统。

进一步，所述抱杆上部刚性连接有吊索或吊杆，吊索或吊杆的上部安装在工作平台上，所述吊索或吊杆在抱杆上部形成细杆悬挂形成所述调谐质量阻尼器的刚度系统或刚度系统的一部分。

进一步，所述阻尼器为粘滞阻尼器、金属阻尼器、粘弹性阻尼器或复合型阻尼器，粘滞体为流体或半流体。

本发明还提供了一种通信塔的天线组件，所述天线组件上设置有前述的阻尼抱杆。

进一步，所述天线设备通过安装片安装在抱杆上，通过所述安装片调整天线设备在抱杆上的位置。

本发明由于采用以上技术方案，与现有技术相比，作为举例，具有以下的优点和积极效果：将天线抱杆分为与塔主体连接部分和与天线设备连接部分，两部分之间通过阻尼器隔振连接，同时将天线抱杆和天线设备作为一个刚性连接或半刚性的整体，利用天线自身的结构构建阻尼系统，结构简单、紧凑，抗风振效果好。

附图说明

图1为本发明实施例提供的阻尼抱杆的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的采用下部支撑的阻尼抱杆的结构示意图。

图3为图2构建的调谐质量阻尼装置的工作原理图。

图4为本发明实施例提供的设置立柱式构件的阻尼抱杆的结构示意图。

图5为本发明实施例提供的采用上部悬挂的阻尼抱杆的结构示意图。

图6为图5构建的调谐质量阻尼装置的工作原理图。

图7为本发明实施例提供的设置吊索或吊杆的阻尼抱杆的结构示意图。

附图标记说明：

阻尼系统10，质量系统20，刚度系统30；

塔主体100；

阻尼抱杆200，天线设备210，抱杆220，抱杆上部221，抱杆中部222，抱杆下部223，阻尼器230，安装片240，立柱式构件、吊索或吊杆290；

工作平台300。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明公开的天线的阻尼抱杆及通信塔的天线组件作进一步详细说明。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

需说明的是，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所述的或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

实施例

参见图1所示，提供了一种天线的阻尼抱杆，其用于将天线设备安装在通信塔上。

所述通信塔包括塔主体100，所述塔主体100的上部安装有天线。所述天线包括天线设备210和用于将天线设备210安装在塔主体100上的抱杆220，所述抱杆220作为天线设备210的安装支架。

所述抱杆220被分为两部分：与塔主体连接部分和与天线设备连接部分，前述两部分之间通过阻尼器230连接进行隔振。

具体的，参见图1所示，所述抱杆220包括抱杆上部221、抱杆中部222和抱杆下部223，抱杆中部222安装在塔主体110上，在抱杆上部221与抱杆中部222之间设置有阻尼器，和/或在抱杆中部222与抱杆下部223之间设置有阻尼器。所述抱杆上部221和抱杆下部223与天线设备210连接后作为一个刚性连接或半刚性的整体，与前述阻尼器和抱杆中部222一起组成了阻尼抱杆。

上述结构利用天线自身的结构构建了抗振阻尼装置，以抱杆作为塔主体100与天线设备的分界面，界面清晰，振动时，前述整体移动不影响天线设备运行；并且，上述结构适用性强，便于对已有通信塔上的天线进行改建，只需将抱杆部分通过阻尼器隔振连接即可。该阻尼装置结构简单、紧凑，抗风振效果好。

本实施例中，优选的，抱杆220通过两个阻尼器进行隔振连接：所述抱杆上部221与抱杆中部222之间设置有第一阻尼器，抱杆中部222与抱杆下部223之间设置有第二阻尼器。

所述抱杆中部222可以通过横杆或者安装环固定安装在塔主体110上。

本实施例中，为提高阻尼装置的可靠性和抗振响应能力，前述整体还可以与前述阻尼器形成调谐质量阻尼装置。

在一种实施方式中，参见图2所示，可以在抱杆下部形成立杆支撑。

具体的，所述阻尼器230设置在抱杆中部222和所述整体之间形成调谐质量阻尼装置的阻尼系统；所述抱杆上部221和抱杆下部223与天线设备210形成调谐质量阻尼装置的质量系统；所述抱杆下部223安装在塔主体110上的工作平台300上，所述抱杆下部223作为质量系统的下部支撑形成调谐质量阻尼装置的刚度系统。

参见图3所示，上述方案中，抱杆上部221和抱杆下部223用于固定安装天线设备210并与天线设备形成刚性连接或半刚性的整体以构造质量系统20，同时，抱杆下部223的一端与工作平台300刚性连接，作为所述质量系统20的下部支撑形成调谐质量阻尼装置的刚度系统30。

组成阻尼系统10的阻尼器230一端连接质量系统20，另一端通过抱杆中部连接塔主体100。振动时，质量系统20能够以抱杆下部223作为支撑相对与塔主体100进行弹性摆动。振动时，上述结构可有效的减小天线的振动时间和振动行程，耗散振动能量。

本实施例中，所述天线设备210是通过安装片240安装在抱杆上的。

优选的，所述安装片240在抱杆上的位置可以调节，使得与安装片固定连接的天线设备在天线抱杆220上的位置可调节，从而能够调整整个质量系统与抱杆下部的相对高度以调整消振频率。

根据结构动力学，阻尼装置属于单自由度体系，阻尼装置身频率的计算公式如下：

其中，ω为圆频率；k为刚度；m为质量；f为频率。

针对立柱式结构，以实心圆心铁棒为例，

刚度k的计算公式如下：

其中，E为立柱材料的弹性模量；H为质量系统中心离立柱地面的高度；I为截面惯性矩。

其中截面惯性矩I的计算公式如下：

其中，D为立柱直径。

综合式(1))(4)，计算得出最终频率计算公式如下：

由公式(5)可知，当立柱截面、材料以及质量系统大小不变时，可通过调整质量系统与抱杆的相对高度来调整阻尼装置频率大小。

上述结构可以实现频率的连续性调节，调节方式方便、简单、有效；并且调节频率时可以不改变质量系统的质量大小，保证了减振效果。

参见图4所示，本实施例的另一实施方式中，所述抱杆下部223下部还可以刚性连接有立柱式构件290，立柱式构件290的下部安装在工作平台300上，所述立柱式构件290的上部与抱杆刚性连接。所述立柱式构件290在抱杆下部形成细杆支承，所述立柱式构件290形成所述调谐质量阻尼装置的刚度系统，或者立柱式构件290与抱杆下部一起形成所述调谐质量阻尼装置的刚度系统(此时，立柱式构件290为刚度系统的一部分)。

所述立柱式构件290优选为金属杆、碳纤维棒或玻璃纤维杆构成的单根杆构件，其水平刚度小于抱杆的水平刚度，相比于直接利用抱杆作为支撑结构相比，能够进一步提高灵敏度，可以对更微小的振动进行及时反应。

参见图5所示，为本实施例的另一实施方式，其用上部悬挂方式代替下部支撑方式，即将下固定点改为上固定点。

具体的，所述阻尼器230设置在抱杆中部222和前述整体之间形成调谐质量阻尼装置的阻尼系统；所述抱杆上部221和抱杆下部223与天线设备210形成调谐质量阻尼装置的质量系统；所述抱杆上部221安装在塔主体100上的工作平台上，所述抱杆上部221作为质量系统的上部悬挂形成调谐质量阻尼装置的刚度系统。

参见图6所示，上述方案中，抱杆上部221和抱杆下部223用于固定安装天线设备210并与天线设备形成刚性连接或半刚性的整体以构造质量系统20，同时，抱杆上部221的上端与工作平台300刚性连接，作为所述质量系统20的上部悬挂形成调谐质量阻尼装置的刚度系统30。

组成阻尼系统10的阻尼器230一端连接质量系统20，另一端连接通过抱杆中部连接塔主体100。振动时，质量系统20能够以抱杆上部作为摆杆相对与塔主体100进行弹性摆动。振动时，上述结构可有效的减小天线的振动时间和振动行程，耗散振动能量。

参见图7所示，所述抱杆上部还可以刚性连接有吊索或吊杆290，吊索或吊杆的上部安装在工作平台300上，所述吊索或吊杆在抱杆上部形成细杆悬挂形成所述调谐质量阻尼器的刚度系统，或者吊索或吊杆与抱杆上部一起形成所述调谐质量阻尼装置的刚度系统的一部分。

所述的吊索，优选的采用钢索。与下部支撑方式类似，安装片在抱杆上的位置可以调节，使得与安装片固定连接的天线设备在天线抱杆上的位置可调节，从而能够调整整个质量系统与抱杆上部的相对高度以调整消振频率。

根据结构动力学，阻尼装置属于单自由度体系，阻尼装置身频率的计算公式如下：

其中，ω为圆频率；k为刚度；m为质量；f为频率。

针对吊索/吊杆式结构，以吊索为例，

刚度k的计算公式如下：

其中，g为重力加速度；L为摆长，代表质量系统的中心与吊点的距离。

综合式(6)-(8)，计算得出最终频率计算公式，如下

由公式(9)可知，频率与摆长相关，可通过调整摆长(即质量系统的中心与吊点的距离)来调整阻尼装置频率大小。

上述结构质量系统直接悬挂在吊索/吊杆上，在其工作状态无需初始启动力，在微小振动时可以及时反应，灵敏度好；而且可以实现频率的连续性调节，调节方式方便、简单、有效；并且调节频率时可以不改变质量系统的质量大小，保证了减振效果。

本实施例中，优选的，所述阻尼器为粘滞阻尼器、金属阻尼器、粘弹性阻尼器或复合型阻尼器，粘滞体为流体或半流体。

本发明的另一实施例，还提供了一种通信塔的天线组件，所述天线组件上设置有前述的阻尼抱杆。

优选的，所述天线设备通过安装片安装在抱杆上，通过所述安装片可以调整天线设备在抱杆上的位置。

其它技术特征参考在前实施例，在此不再赘述。

需要说明的是，立柱式构件、吊索和吊杆可以采用金属材料或复合材料，形式可以为单根或多根，本领域技术人员可以根据实际需要进行适应性选择。

在上面的描述中，本发明的公开内容并不旨在将其自身限于这些方面。而是，在本公开内容的目标保护范围内，各组件可以以任意数目选择性地且操作性地进行合并。另外，像“包括”、“囊括”以及“具有”的术语应当默认被解释为包括性的或开放性的，而不是排他性的或封闭性，除非其被明确限定为相反的含义。所有技术、科技或其他方面的术语都符合本领域技术人员所理解的含义，除非其被限定为相反的含义。在词典里找到的公共术语应当在相关技术文档的背景下不被太理想化或太不实际地解释，除非本公开内容明确将其限定成那样。本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种天线的阻尼抱杆，用于将天线设备安装在通信塔上，其特征在于：抱杆包括抱杆上部、抱杆中部和抱杆下部，抱杆中部安装在塔主体上，在抱杆上部与抱杆中部和/或抱杆中部与抱杆下部之间设置有阻尼器，所述抱杆上部和抱杆下部与天线设备连接后作为一个刚性连接或半刚性的整体。

2.根据权利要求1所述的天线的阻尼抱杆，其特征在于：抱杆上部与抱杆中部之间设置有第一阻尼器，抱杆中部与抱杆下部之间设置有第二阻尼器，抱杆中部通过横杆或者安装环固定安装在塔主体上。

3.根据权利要求1或2所述的天线的阻尼抱杆，其特征在于：所述整体与前述阻尼器形成调谐质量阻尼装置，所述阻尼器设置在抱杆中部和所述整体之间形成阻尼系统；所述抱杆上部和抱杆下部与天线设备形成质量系统；所述抱杆下部安装在塔主体上的工作平台上，所述抱杆下部作为质量系统的下部支撑形成刚度系统。

4.根据权利要求3所述的天线的阻尼抱杆，其特征在于：所述抱杆下部刚性连接有立柱式构件，立柱式构件的下部安装在工作平台上，所述立柱式构件在抱杆下部形成细杆支承形成所述刚度系统或刚度系统的一部分。

5.根据权利要求4所述的天线的阻尼抱杆，其特征在于：所述立柱式构件为金属杆、碳纤维棒或玻璃纤维杆构成的单根杆构件。

6.根据权利要求1或2所述的天线的阻尼抱杆，其特征在于：所述整体与前述阻尼器形成调谐质量阻尼装置，所述阻尼器设置在抱杆中部和前述整体之间形成阻尼系统；所述抱杆上部和抱杆下部与天线设备形成质量系统；所述抱杆上部安装在塔主体上的工作平台上，所述抱杆上部作为质量系统的上部悬挂形成刚度系统。

7.根据权利要求6所述的天线的阻尼抱杆，其特征在于：所述抱杆上部刚性连接有吊索或吊杆，吊索或吊杆的上部安装在工作平台上，所述吊索或吊杆在抱杆上部形成细杆悬挂形成所述调谐质量阻尼器的刚度系统或刚度系统的一部分。

8.根据权利要求1所述的天线的阻尼抱杆，其特征在于：所述阻尼器为粘滞阻尼器、金属阻尼器、粘弹性阻尼器或复合型阻尼器，粘滞体为流体或半流体。

9.一种通信塔的天线组件，其特征在于：所述天线组件上设置有如权利要求1-8中任一项所述的阻尼抱杆。

10.根据权利要求9所述的天线组件，其特征在于：所述天线设备通过安装片安装在抱杆上，通过所述安装片调整天线设备在抱杆上的位置。

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