發(fā)射機網(wǎng)絡的防雷措施分析

摘#8195;要 大功率廣播發(fā)射機電路多采用固態(tài)器件，對靜電和雷電的抵抗力弱。因此需要在更新發(fā)射機和天饋線系統(tǒng)時對接地防雷問題嚴格考慮。本文闡述了自然界中雷電的特點以及天線的防雷措施，著重介紹了天調網(wǎng)絡的防雷措施以及其在廣播發(fā)射機中的重要作用。

關鍵詞 發(fā)射機；天調網(wǎng)絡；防雷

中圖分類號 TP 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)012-0102-01

隨著科學的進步和發(fā)展，廣播發(fā)射機從全固態(tài)PDM，DX中波發(fā)射機到數(shù)字中波發(fā)射機，以及最新的數(shù)字幅相調制發(fā)射機，有了突飛猛進的發(fā)展。技術的進步和更新，對天調網(wǎng)絡的要求也越來越高，而一個好的天調網(wǎng)絡系統(tǒng)，防雷措施的好壞，至關重要。

本文將從以下幾個方面對天調的防雷措施進行闡述。

1 雷電的特性

雷電是一種大氣中帶有大量電荷的雷云放電的結果。雷電是通過電磁效應，靜電感應以及直接雷擊等作用對房屋建筑，工業(yè)設施，電氣設備造成巨大危害，我們常見的雷多是線狀雷，也有鏈形雷、帶形雷和球形雷現(xiàn)象。雷電放電，有時在云層與大地之間發(fā)生，有時在云層之間進行，前者稱之為落地雷。落地雷的雷電流可高達數(shù)十至數(shù)百千安培，其主放電時間為30μs～50 μs，波前時間為1μs～4 μs，陡度在7.5 Ka/μs左右，主放電的溫度會達20#8198;000℃，使周圍的空氣猛烈地膨脹，并出現(xiàn)耀眼的閃光和巨響。

雷的危害作用，是通過電磁效應、靜電感應等造成房層建筑、工業(yè)設施、電氣設備的燒毀、爆炸和崩塌。直接雷擊就是大氣放電直接通過建筑物或地面設備，強大的電流經(jīng)過這些物體入地，瞬間產(chǎn)生很大的機械振動力和高溫高熱，使物體遭到破壞。當雷電流通過具有電阻或電感的物體時，將產(chǎn)生很大電壓降和感應電壓，破壞絕緣產(chǎn)生火花引起燃燒和爆炸。

2 天線的防雷措施

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，由它引入的雷電就會對發(fā)射機產(chǎn)生嚴重的破壞。雷擊時，由天線引進的雷電能量經(jīng)打火隙入地。例如，若地阻是5 Ω，設放電電流為1#8198;000 A，則塔基地電位就要瞬時上升到5 kV，而離它遠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。

減少強大電流的措施一般有兩條：1）減少地網(wǎng)地電阻，天線地網(wǎng)的作用是為射頻信號提供回路，同時它也為雷電提供通暢的入地點；2）接地方式的要點，地阻越小，分流越小，所以，機房只能有一個接地點，機房也必須集中接地。

發(fā)射機自身的防雷包括發(fā)射機駐波比保護，過流過壓保護，天饋線駐波比保護等。上述這些保護只能有限地阻止雷電的破壞，但是天饋線系統(tǒng)的防雷是防雷體系的第一關，如果天饋線系統(tǒng)不能及時泄放掉雷電，后果是將會嚴重的損壞發(fā)射機。某國外一廠家的中波發(fā)射機在開播后多次出現(xiàn)一打雷就燒毀末級功率模塊的故障的現(xiàn)象，致使發(fā)射機無法正常工作，后來經(jīng)過該公司專家和該單位技術人員的詳細檢查、多次試驗，對接地系統(tǒng)進行完善，保證發(fā)射機及天饋線的良好接地，就有效地遏制了雷電對發(fā)射機的影響。

3 網(wǎng)絡防雷措施

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，因此在防護問題上必須采取多重防雷措施。

3.1 石墨打火隙裝置ZZ

除天線基部已安裝放電球外，在調配室里接入一只石墨放電裝置ZZ。其間隙可根據(jù)實際工作電壓大小適當調節(jié)。

在天線中可使用圓柱形石墨電極或平行板石墨電極，圓柱形石墨電極具有很好的放電特性。其放電電壓的變化隨放電面積的增加而減少；平行板石墨電極的放電特性比圓柱形電極更好一些。

無論是圓柱形石墨電極還是平板形電極的應用，減少了天線基座上雷擊引進的放電電壓變化。由于變化的減小，可以避免在發(fā)射機的功率放大器中使用的一些半導體器件的損壞，也減少了由發(fā)射機在保護動作前，因機器自身輸出功率引起的放電的次數(shù)。

在放電隙接地線上，一般是金屬桿，上面大約穿套50只磁環(huán)，在發(fā)射機正常工作的時候，上面的磁環(huán)不起任何作用；但是當天線受到雷擊，出現(xiàn)拉弧短路時，而發(fā)射機保護動作發(fā)生之前，可以起到提高短路阻抗的作用，這樣，就保護了發(fā)射機。因為雷電的主要能量是直流和低頻，所以它不影響雷電的入地通路。

3.2 微亨級的電感線圈L0

微亨級的電感線圈L0是為了代替?zhèn)鹘y(tǒng)的毫亨級的靜電泄放線圈，天線串接了一只微亨級電感線圈L0到地，銅管長度比較短，是由于電感線圈是由粗銅管繞制的，所以其電阻分量很小，雷電中的部分能量也通過L0入地。

在中波波段上，用毫亨級的靜電泄放線圈，不會影響天線阻抗的匹配；但是現(xiàn)在用微亨級的L0，就要考慮電感對天線阻抗的影響。計算時利用串并互化公式，將它和天線阻抗一起等效為一個新的阻抗。

3.3 隔直流電容器裝置C0

因天線受雷擊時，會有一部分能量會經(jīng)饋線去發(fā)射機，所以，設備又增加一道“防護墻”。C0的容量一般選擇在1#8198;000 PF～2#8198;000 PF，在此范圍內的電容，它的伏安量要選得大一些，中波頻率上它不致產(chǎn)生過大的壓降。隨著發(fā)射機輸出功率越大，C0選用的伏安量也就相應越大。

3.4 移相網(wǎng)絡的作用

若移相網(wǎng)絡的負載是純電阻W，W也是饋線的特性阻抗，連接移相網(wǎng)絡后其輸入電阻仍為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)絡并不影響天饋線之間的阻抗匹配。移相網(wǎng)絡可用T網(wǎng)絡和π網(wǎng)絡。

為了防止當負載短路時，在功放電路里產(chǎn)生過大的瞬間電壓和電流，把阻抗微調電路設計成相移為45°的網(wǎng)絡。根據(jù)仿真曲線原理，當負載短路時功放測得等效阻抗呈感性，其絕對值等于W，此時功放電路里產(chǎn)生的瞬間電壓和電流不超過功放管漏極的標稱值。但是在實際上，負載短路通常是鐵塔基部出現(xiàn)雷擊放電時引起的。因此為了有效防止雷擊對功放管的損壞，必須保證在塔基短路時，發(fā)射機出口處也是短路狀態(tài)。根據(jù)長線理論，要做到這一點就必須使這兩點的相位差為180°的整數(shù)倍，從發(fā)射機到塔基的所有部件，包括饋線的長短，高頻濾波器，匹配網(wǎng)絡，隔直電容器C0，微亨電感L0在內的各元件，都會有一定的相移引入。綜合后的相移通常和π的整數(shù)倍有出入，為了把相移補償?shù)溅姓麛?shù)倍，通?？刹迦胍葡嗑W(wǎng)絡。

設計防雷移相網(wǎng)絡時必須知道從機器出口至天線塔基的整個鏈路的相移量，由于環(huán)節(jié)比較多，各環(huán)節(jié)的相移計算比較繁瑣，在實際中除了采用計算外，還可以采取測試法即在整個鏈路調整基本就緒后，把塔基短路，在不接入移相網(wǎng)絡的條件下于機器出口處測阻值，此時機器的出口處應為短路狀態(tài)，如不對，應微調之。移相網(wǎng)絡也可用輸出網(wǎng)絡中的微調網(wǎng)絡替代。

4 結束語

對于防雷的好壞，直接影響著天調網(wǎng)絡的好壞，而天調網(wǎng)絡又影響著整個發(fā)射機系統(tǒng)功率的發(fā)射，影響著整個發(fā)射機系統(tǒng)的工作效率。所以說天調防雷措施的應用不僅是天調網(wǎng)絡的一個重要環(huán)節(jié)，也是廣播發(fā)射機整個系統(tǒng)中不可缺少的一個重要環(huán)節(jié)。

參考文獻

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