Windlast von Antennensystemen
ie Windlast spielt eine entscheidende Rolle bei der Planung, Errichtung und dem Betrieb von Telekommunikationsinfrastrukturen. Insbesondere Basisstationsantennen sind als exponierteste Bauelemente auf einem Standort maßgeblich für die mechanische Belastung von Masten und Türmen verantwortlich. Die Auslegung der Tragekonstruktionen für die Montage und Installation von Antennensystemen wird daher wesentlich durch die zu erwartenden Windlasten bestimmt. Zur Ermittlung dieser Windlasten hat sich die Untersuchung im Windkanal als Standardverfahren etabliert. Die NGMN BASTA-Richtlinie beschreibt einheitliche Verfahren zur Bestimmung und Dokumentation der Windlasten an Basisstationsantennen. In Nordamerika erfolgt die Bestimmung der Windlasten in der Regel gemäß der ANSI/TIA-222-Richtlinie, während in Europa und Asien die EN 1991-1-4-Norm maßgeblich ist. Diese Regelwerke fordern, dass Windlasten entweder rechnerisch oder durch Windkanalversuche ermittelt werden, wobei letztere insbesondere bei komplexen oder aerodynamisch anspruchsvollen Antennenformen bevorzugt werden.
Konfiguration
Die Antennensysteme werden für die Windkanaluntersuchungen zentral in der Mitte der offenen Messstrecke positioniert, wo eine Düse mit einem Durchmesser von 3 m zum Einsatz kommt, die maximale Luftgeschwindigkeiten von bis zu 40 m/s ermöglicht. Der Mast wird entsprechend der NGMN BASTA-Richtlinie am Boden des Windkanals befestigt. Zur Variation des Anströmwinkels dient ein Drehtisch, während eine am Mastfuß angebrachte Biegemomentenwaage die auftretenden Drehmomente erfasst. Aus den so gemessenen Momenten lassen sich über den bekannten Hebelarm und den jeweiligen Drehwinkel die angreifenden Widerstandskräfte berechnen. Um sicherzustellen, dass die ermittelten Kräfte ausschließlich der Antenne zuzuordnen sind, wird der Einfluss des Mastes auf die Messung separat erfass. Auf Grundlage dieser korrigierten Messwerte werden abschließend die dimensionslosen Widerstandsbeiwerte bestimmt, die eine von den spezifischen Versuchsbedingungen unabhängige Charakterisierung des aerodynamischen Verhaltens der Antennensysteme ermöglichen.
Testprozedur
Rahmen der Windkanaluntersuchungen werden zunächst 360°-Messungen im Winkelbereich von +190° bis −190° durchgeführt, um das Strömungsverhalten der Antennen über sämtliche Anströmrichtungen hinweg vollständig zu erfassen. Diese Messungen erfolgen bei einer Windgeschwindigkeit von 38 m/s und bilden die Grundlage für die anschließende Analyse der Reynoldszahlabhängigkeit.
Um eine zuverlässige Extrapolation der ermittelten Kraftbeiwerte auf eine Referenzgeschwindigkeit von 150 km/h zu ermöglichen, wird für jede Antenne die Abhängigkeit der Kraftbeiwerte von der Reynoldszahl an ausgewählten Ausrichtungen – mindestens jedoch bei 0° – bestimmt. Hierzu bleibt die Ausrichtung der Antenne konstant, während die Windgeschwindigkeit schrittweise von 12 m/s auf 40 m/s erhöht wird. Auf diese Weise lässt sich der Einfluss der Reynoldszahl systematisch erfassen und die Übertragbarkeit der Messergebnisse auf reale Einsatzbedingungen sicherstellen.