王呼達(dá)古拉 周鑫 馬宏

摘 要：由于廣播發(fā)射天線極易引雷，如果天線沒有得到良好的防護(hù)，雷電將從發(fā)射天線直接進(jìn)入調(diào)配室，經(jīng)過調(diào)配網(wǎng)絡(luò)又進(jìn)入發(fā)射機(jī)房破壞發(fā)射機(jī)及器件，因此，對發(fā)射臺發(fā)射天線及其天調(diào)網(wǎng)絡(luò)必須采取多重的防雷措施，確保廣播設(shè)施的安全。

關(guān)鍵詞：天線；天調(diào)網(wǎng)絡(luò)；防雷

引言

隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，廣播發(fā)送設(shè)備也有突飛猛進(jìn)的發(fā)展。目前，廣播發(fā)射機(jī)均已使用全固態(tài)發(fā)射機(jī)，其輸出功率均由多只MOSFET場效應(yīng)管組合而成。功放模塊雖然效率高，但是其安全工作電壓較低，所使用的場效應(yīng)管極易擊穿而損壞，為了防范雷電產(chǎn)生的強(qiáng)電壓、大電流損毀廣播設(shè)施及設(shè)備，采取措施防范雷擊是廣播發(fā)射機(jī)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的重要環(huán)節(jié)。而技術(shù)的進(jìn)步和更新，對天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的要求也越來越高，須采取多重措施進(jìn)行防雷。

1 雷電的特性

雷電是云與云之間或云與地之間產(chǎn)生的放電現(xiàn)象。

所謂雷擊，是指一部分帶電的云層與另一部分帶異種電荷的云層或者是對大地之間迅猛放電，也就是說，是大氣中攜帶正負(fù)電荷的云層碰撞時能量激烈釋放的過程。它產(chǎn)生的強(qiáng)大的雷電流可達(dá)數(shù)十至數(shù)百千安培，其時間極短：1～4us，主放電時間為30～50us，主放電的溫度會達(dá)20000度，它通過電磁效應(yīng)，靜電感應(yīng)以及直接雷擊等作用對房屋建、工業(yè)設(shè)施、電氣設(shè)備等造成巨大危害。

雷電雷擊點(diǎn)通常選擇在地面電荷最集中的地方，也就是地面電場強(qiáng)度最大的地方。（1）地面上導(dǎo)電良好的地形特別突出的地方，比附近其他地方密集了更多的電荷，那里的電場強(qiáng)度也就越大，成為遭受雷擊的目標(biāo)。（2）在地面上特別突出的地方離雷云最近，例如曠野中孤立的大樹、單獨(dú)的房屋、小丘頂部、房屋群眾中最高的建筑物的尖頂、高塔等都是最容易遭受雷擊的地方。

2 避雷原理

避雷的原理就是采取措施把電荷導(dǎo)入大地，使其不對高層建筑物或高塔構(gòu)成危害。（1）對高大建筑物群做等電位連接線，引下線接地。（2）把閃電的強(qiáng)大電流傳導(dǎo)入大地，從而防止閃電電流流經(jīng)設(shè)備。（3）接地目的就是把雷電流通過低電阻的接地體向大地泄放從而防護(hù)設(shè)施。

3 天線的防雷

天線通常是附近最高的建筑物，容易招引雷電。如果天線沒有得到良好的保護(hù)，由它引入的雷電將對發(fā)射機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞。雷擊時，由天線引進(jìn)的雷電能量經(jīng)打火隙入地。設(shè)放電電流為1000A，若地阻是5Ω，則塔基地電位就要瞬時上升到5kV，而離它遠(yuǎn)處的地才是真正的地電位，因此，就會有很大的電流流入發(fā)射機(jī)。減少強(qiáng)大電流的措施一般有：

（1）塔基接入放電球。當(dāng)發(fā)射天線遭遇雷擊，天線底座造成極高的電壓，為了避免天線被雷擊而產(chǎn)生的高電壓進(jìn)入發(fā)射機(jī)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)，在天線底座用一對半球狀金屬放電球?qū)Φ?，雷電產(chǎn)生的高壓通過放電球?qū)Φ胤烹姡固炀€阻抗被短路入地，發(fā)射機(jī)得到防護(hù)。

塔基放電球半徑約為10cm，兩個半球最小間隙為1cm，如果塔底高頻工作電壓峰值超過1萬伏，原則上按1kV/mm調(diào)整間隙。

（2）減少地網(wǎng)地電阻，天線地網(wǎng)是為射頻信號提供回路，減小地?fù)p耗，提高天線效率，同時也為雷電提供通暢的入地點(diǎn)。

（3）接地要講究，地阻越小，分流越小，因此，必須只有一個接地點(diǎn)，機(jī)房也必須集中接地。

4 網(wǎng)絡(luò)防雷措施

雷電的能量很大，有極大的破壞力。人類至今對它的研究還很有限，因此在天調(diào)網(wǎng)絡(luò)須采取多重防雷措施（圖1）。

（1）加裝石墨放電器。除天線基部安裝室外放電球外，在室內(nèi)從天線輸入端加裝一對平行圓柱形石墨放電器，其一端接天線，另一端接地，在接地引線上套有30-40只磁環(huán)。平行圓柱石墨的間隙可根據(jù)實(shí)際工作電壓大小適當(dāng)調(diào)節(jié)。

當(dāng)天線遭雷擊時，石墨放電。石墨本身具有一定的阻尼放電作用。如果發(fā)射機(jī)處于正常運(yùn)行期間天線遭遇雷擊，圓柱石墨放電器放電，巨大的電流量通過接地引線流進(jìn)大地，穿于接地引線上的磁環(huán)產(chǎn)生反向電動勢，起到阻尼放電作用，對發(fā)射機(jī)的高頻能量不會完全短路。這樣，在發(fā)射機(jī)控制電路保護(hù)動作之前就起到保護(hù)作用。

（2）微亨級的電感線圈Lo。天線串接一只微亨級電感線圈Lo到地，由于電感線圈是由粗銅管繞制的，而且銅管長度比較短，其電阻分量很小，雷電中的部分能量也通過Lo入地。

（3）隔直流電容器Co?？紤]到天線受雷擊時，還有一部分能量會經(jīng)饋線去發(fā)射機(jī)，為此，又增加一道“防護(hù)墻”。Co的容量一般選擇在1000～2000PF，在中波頻率上它不致產(chǎn)生過大的壓降，它的伏安量要選得大一些。當(dāng)發(fā)射機(jī)輸出功率越大時，Co選用的伏安量也應(yīng)越大。

（4）應(yīng)用相移網(wǎng)絡(luò)。在高頻通路中的網(wǎng)絡(luò)、傳輸線都會產(chǎn)生相移。當(dāng)天線遭遇雷擊放電球放電對地短路時，發(fā)射機(jī)負(fù)載驟變，這就容易造成發(fā)射機(jī)輸出端過壓，損壞功放管。為了避免發(fā)射機(jī)負(fù)載驟變，采用相移補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，其一端接饋線，另一端接天調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)塔基短路時，在發(fā)射機(jī)保護(hù)動作之前，發(fā)射機(jī)負(fù)載阻抗的變化還能夠在允許承受的范圍之內(nèi)，使網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的變化有個緩沖，從而保護(hù)功放管的損壞。

移相網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載應(yīng)為純電阻w，w也是饋線的特性阻抗，連接移相網(wǎng)絡(luò)后其輸入電阻仍為w，輸入電流和輸出電流幅度不變，但是有一相位差。即接入移相網(wǎng)絡(luò)并不影響天饋線之間的阻抗匹配。移相網(wǎng)絡(luò)可用T網(wǎng)絡(luò)或兀網(wǎng)絡(luò)。

由于天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的阻塞網(wǎng)絡(luò)、匹配網(wǎng)絡(luò)、隔直電容器Co、微亨電感Lo、甚至饋線的長短都在內(nèi)的各元件組成，各環(huán)節(jié)的相移計(jì)算比較繁瑣，在實(shí)際中采取測試法，即：把塔基短路，在不接入移相網(wǎng)絡(luò)的條件下，在機(jī)器出口處測阻值，此時機(jī)器的出口處應(yīng)為短路狀態(tài)，如果不對，應(yīng)微調(diào)之。移相網(wǎng)絡(luò)可用輸出網(wǎng)絡(luò)中的微調(diào)網(wǎng)絡(luò)替代。

5 結(jié)束語

廣播發(fā)射臺采取的防雷措施的好壞，直接影響著天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的好壞，而天調(diào)網(wǎng)絡(luò)又影響著發(fā)射機(jī)功率的發(fā)射，影響著發(fā)射機(jī)的工作效率。所以說天調(diào)防雷措施的應(yīng)用不僅是天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的一個重要環(huán)節(jié)，也是廣播發(fā)射機(jī)整個系統(tǒng)中不可缺少的一個重要環(huán)節(jié)。

參考文獻(xiàn)

[1]張丕灶，劉峰，等.全固態(tài)PDM中波廣播發(fā)送系統(tǒng)原理與維護(hù)[M].