基于自立式中波天線防雷設(shè)計(jì)方案

歐陽開勤

（貴州省廣播電視局七0六臺(tái)，貴州 凱里 556000）

【摘要】廣播發(fā)射臺(tái)自立式中波天線建設(shè)定型以后，自立式中波天線存在雷電流通過放電線圈入地，這就有可能導(dǎo)致雷擊發(fā)射機(jī)故障。為長期、徹底地解決自立式中波天線可能發(fā)生的天線引雷隱患，很有必要對(duì)自立式中波天線進(jìn)行最簡(jiǎn)單、又經(jīng)濟(jì)的技術(shù)改造。

【關(guān)鍵詞】廣播;自立式中波天線;防雷;技改

中圖分類號(hào)：TN98? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1673-0348（2020）013-076-03

Lightning protection scheme based on self-standing medium wave antenna

Ouyang Kaiqin

（Guizhou Radio and Television Bureau 706， Kaili 556000， Guizhou）

Abstract： After the construction of the self-supporting medium wave antenna in the broadcasting transmitting station is finalized， the lightning current of the self-supporting medium wave antenna enters the ground through the discharge coil， which may lead to the failure of the lightning strike transmitter. In order to thoroughly solve the potential lightning hazard of the self-supporting medium wave antenna for a long time， it is necessary to carry out the simplest and economical technical transformation of the self-supporting medium wave antenna.

Keywords： Broadcasting; Self-standing medium wave antenna： Lightning protection; Technological transformation

廣播電視工作本質(zhì)上就是政治工作。廣播電臺(tái)節(jié)目，是晨煉人、是車船工作者、是野外工作者必不可少的節(jié)目信號(hào)源。作為國家級(jí)重點(diǎn)單位，七0六臺(tái)的政治宣傳范圍大，地波覆蓋本地區(qū);天波覆蓋我國沿海地區(qū)、臺(tái)灣省、東南亞地區(qū)。貴州省廣播電視局七0六臺(tái)200KW發(fā)射機(jī)開始播出起，與七0六臺(tái)頻率相近的美國之音、臺(tái)灣之聲、越南之聲等在我國沿海地區(qū)、臺(tái)灣省、東南亞地區(qū)就完全失去了影響力，這些“敵臺(tái)”的聲音統(tǒng)統(tǒng)都鴉雀無聲。在我國沿海地區(qū)、臺(tái)灣省、東南亞地區(qū)只能收聽貴州人民廣播電臺(tái)的節(jié)目，純潔了收音機(jī)聽眾的心靈。

七0六臺(tái)的過去、現(xiàn)在的政治歷史業(yè)績是都是非常輝煌的。作為新一代廣播人，在工作中，采取一切措施，降低停播率。在技術(shù)崗位上特別是搞好防雷工作設(shè)計(jì)、施工，就是做出了自己的貢獻(xiàn)。

廣播電視發(fā)射機(jī)設(shè)備與時(shí)俱進(jìn)，現(xiàn)在中波廣播發(fā)射機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了三化，信號(hào)源系統(tǒng)設(shè)備全部集成化。集成化設(shè)備最怕雷電攻擊。為確保發(fā)射機(jī)及其附屬設(shè)備的安全，必須搞好防雷工作。

1. 第一代桅桿式中波天線防雷情況

貴州省廣播電視局七0六臺(tái)播出廣播節(jié)目頻率為1359KHz和927KHz。我臺(tái)的第一代中波天線是162m桅桿式拉線鐵塔。如圖1所示。

706臺(tái)第一代中波天線是桅桿式中波天線。在雷雨季節(jié)，特別是在春夏雷雨季節(jié)的晚上，在雷擊瞬間，鐵塔上形似籃球大小的火球，3、5成串、自上而下襲擊天線。以前的電子管發(fā)射機(jī)的工作電壓是10KV級(jí)的，在雷雨季節(jié)仍然時(shí)有雷擊設(shè)備的故障發(fā)生。這是地網(wǎng)接地電阻偏大的現(xiàn)象之一，最重要的原因，還是中波天線被雷擊時(shí)，天線上的雷電波能量不能直接入地引起。

隨著國家政治、經(jīng)濟(jì)等各個(gè)方面的繁榮富強(qiáng)，隨著城市大都市化發(fā)展，通過土地置換，在凱里市環(huán)境優(yōu)美的九寨大坡重新建設(shè)了一個(gè)水電路三通、房屋建筑、機(jī)房所有設(shè)備全部現(xiàn)代化的、新的七0六臺(tái)。

2. 中波天線類型與雷電流入地說明

現(xiàn)在建設(shè)的自立式中波天線有兩種形式。如圖2所示。

在圖2b并饋式中波天線中，發(fā)射機(jī)信號(hào)源從a點(diǎn)輸入，用λ/4終端短路傳輸線理論分析，線段ac與線段bc等于λ/4。Acb線段就是λ/4終端短路傳輸線，ab兩點(diǎn)的阻抗無窮大。發(fā)射機(jī)信號(hào)不入地，而是全部送上天線發(fā)射出去。

從防雷的角度討論，圖2b為并饋式中波天線，該天線徹底解決了防雷問題，雷擊時(shí)，雷電流波直接入地。圖2a為自立式中波天線，雷電流放電回路主要依靠放電線圈。雷電流特別大時(shí)，放電線圈上產(chǎn)生的電壓有可能導(dǎo)致發(fā)射機(jī)設(shè)備故障。

中波發(fā)射機(jī)輸出阻抗50Ω，中波天線的輸入阻抗不是固定值。所以中波天線都有天調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)。我臺(tái)自立式中波天線的天調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。

我臺(tái)播出2套節(jié)目，圖3為f1發(fā)射機(jī)天調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)原理圖，圖3中C3、L3阻止f2信號(hào)源反饋到f1發(fā)射機(jī);L5、C5并聯(lián)諧振阻止f1信號(hào)入地。L5等于9.153微亨，L5就是微亨級(jí)雷電流波放電線圈。

在圖3中，所有電容的最高耐壓為25KV。圖3電路防雷原理，就是設(shè)計(jì)圖3電路中A點(diǎn)瞬間電壓達(dá)到15KV時(shí)，石墨放電器立即發(fā)生空氣擊穿，引起短路保護(hù)，達(dá)到防雷擊目的。

3. λ/4終端短路傳輸線工作原理

終端短路傳輸線有多種型式。最簡(jiǎn)單的終端短路傳輸線如圖4所示。

圖4a中為平行傳輸線，平行傳輸線的特性阻抗固定不變，等于Z0。圖4b中，傳輸線在不同線段位置的特性阻抗是變化的。不論傳輸線的特性阻抗值是大是小，不論傳輸線的特性阻抗是固定值或者是變化的，圖4中，λ/4終端短路傳輸線，就是指圖4中C點(diǎn)短路，a、b兩點(diǎn)之間的阻抗都為無窮大。

4. 自立式中波天線防雷技改

圖2a為自立式中波天線，對(duì)圖2a進(jìn)行防雷技改原理說明圖，如圖5所示。

4.1 自立式中波天線變化成為并饋式中波天線

我臺(tái)自立式中波天線為三角形鐵塔，鐵塔底部為陶瓷絕緣。圖5中，在自立式中波天線的λ/4高度處，建一個(gè)平臺(tái)，再在該平臺(tái)的中點(diǎn)焊接一根（或多根并聯(lián)線）直徑較粗的銅芯護(hù)導(dǎo)線直接入地，技改結(jié)果就是直接將雷電流入地。圖5完成了的中波天線利用終端短路傳輸線的工作原理來實(shí)現(xiàn)自立式中波天線技改成為并饋式中波天線，技改簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。

例：我臺(tái)的工作頻率為1359KHz，在圖5中，加接的一根較粗的銅芯護(hù)導(dǎo)線的長度：

在圖5中，加接一根五十多米的銅芯護(hù)導(dǎo)線，這樣就完成了自立式中波天線的防雷技改。

4.2 技改條件是工作地網(wǎng)的接地電阻很小

我臺(tái)播出頻率為1359KHz和927KHz。已知土壤的介電常數(shù)εr=3～7，計(jì)算時(shí)取εr=5。波長分別是為220.75m和323.97m。在土壤中的實(shí)際波長是100m和145m。

施工中，鐵塔高度96m，天線埋地（埋地深度500mm）部分的銅管半波長度統(tǒng)一取80m。以便天線能夠同時(shí)作為1359KHz和927KHz的負(fù)載。鐵塔1、鐵塔2總銅管長度20000m。

20000m銅管的接地電阻計(jì)算

已知：

L—水平接地極的總長度：20000m

H—水平接地極的埋設(shè)深度大于0.5m。

d—水平接地極的直徑（d=3mm=0.003m）

A=5.6（由表1定）Φ=1.8（表2定）

土壤電阻率： p2=100 Ω·m。

20000m銅管水平接地極的接地電阻計(jì)算：

埋地銅管計(jì)算得到工作地網(wǎng)的接地電阻值R=0.02Ω（計(jì)算略）?？傊?，中波臺(tái)工作地網(wǎng)的接地電阻值都是很小的。

5. 自立式中波天線防雷技改效果

自立式中波天線具有防雷功能的理論，一是依靠微亨級(jí)放電線圈放電，雷擊瞬間依靠石墨放電器來實(shí)現(xiàn)防雷。缺點(diǎn)是雷電流不能直接入地，存在發(fā)生大故障的隱患。在工作實(shí)際中，自立式中波天線的壞處是：在雷雨天氣，值班人員總是提心吊膽，精神高度緊張，隨時(shí)準(zhǔn)備排除可能發(fā)生的雷擊故障。

在自立式中波天線鐵塔λ/4高度處建設(shè)一個(gè)平臺(tái)，從平臺(tái)中間焊接一根粗銅護(hù)導(dǎo)線連接入地網(wǎng)（圖5所示）。這樣的技改，將自立式中波天線改造成為并饋式中波天線。這就長期、徹底地解決了自立式中波天線的防雷問題。在雷雨天氣，保證了發(fā)射機(jī)工作安全。