民航空管通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施設(shè)備防雷關(guān)鍵技術(shù)研究

曹馳健

（中國民用航空西北地區(qū)空中交通管理局寧夏分局 寧夏回族自治區(qū)銀川市 750001）

在航空通信系統(tǒng)中，空管通信導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)施是主要的載體之一，對于保證地-空、地-地等的通信保障有著重要作用，從而保證飛行的安全性。但是在實(shí)際運(yùn)行過程中，空管通信導(dǎo)航監(jiān)測設(shè)備容易遭受雷擊，導(dǎo)致設(shè)備損壞，無法正常運(yùn)行，因此為了保證民航空管通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施設(shè)備正常運(yùn)行，需要加強(qiáng)防雷技術(shù)的研究，防止雷擊對其的影響，從而更好的保障飛行的安全性。基于此本文對民航空管通信導(dǎo)航監(jiān)測設(shè)施設(shè)備防雷關(guān)鍵技術(shù)和策略進(jìn)行了探討。

1 空管設(shè)施設(shè)備防雷工作的必要性

1.1 空管設(shè)備對保證民航飛行安全有重要作用

民航空管通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施設(shè)備對于保證飛機(jī)運(yùn)行的安全具有重要作用，這些設(shè)備為空中管制提供著重要支持，保證著飛行的安全，是保證飛行安全的整個鏈條中非常重要的一環(huán)，因此保證其正常運(yùn)行非常重要，是技術(shù)保障人員的重要職責(zé)。在民航系統(tǒng)中，空管系統(tǒng)非常重要，是民航運(yùn)行的樞紐，空管設(shè)備為民航從起飛到降落的全過程提供連續(xù)穩(wěn)定可靠的通信保障服務(wù)，對于保證民航航班正常、安全飛行具有重要意義，是不可替代的重要技術(shù)支撐。若空管設(shè)備遭受雷擊而不能正常運(yùn)行，會嚴(yán)重影響管制指揮的效率和準(zhǔn)確性，給飛機(jī)的飛行帶來安全風(fēng)險，甚至引發(fā)安全事故。因此，做好空管設(shè)備的防雷工作，降低雷電對空管設(shè)備的威脅具有重要意義。

1.2 空管設(shè)備自身容易受到雷擊

空管設(shè)備容易遭受雷擊的影響，一方面空管設(shè)備中應(yīng)用了大量的電子元器件，自身容易受到雷擊，另一方面空管設(shè)備布設(shè)的地理位置多為高地或者空曠區(qū)域，兩方面因素導(dǎo)致容易遭受雷擊?？展茉O(shè)備中的微電子器件數(shù)量多，這些器件應(yīng)用了大規(guī)模集成電路，具有集成化程度高，體積小等優(yōu)點(diǎn)，但是耐壓能力較差，只能夠承受微安級的流量，承受電壓、電流等沖擊的能力弱，因此容易受到雷擊影響而出現(xiàn)損壞。由于空管設(shè)備多是先進(jìn)的設(shè)備，大部分需要從國外進(jìn)口，成本較高，若其由于遭受雷擊而無法工作，維修和更換元器件等的費(fèi)用較高，會帶來非常大的損失，因此做好空管設(shè)備的防雷工作是非常重要的。

1.3 地理環(huán)境惡劣，容易遭受雷擊

在空管通信導(dǎo)航監(jiān)測設(shè)備設(shè)施布設(shè)時，基于設(shè)備的不同功能和作用，需要安裝在不同的地點(diǎn)。為了避免干擾，提高設(shè)備的性能，這些設(shè)備通常安裝在地勢較高或者空曠區(qū)域，這些地理位置都是容易遭受雷擊的位置。舉例來說，雷達(dá)、甚高頻等民航空管通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)備需要安裝在地勢比較高的位置，或者是高山上；導(dǎo)航設(shè)備一般需要安裝在空曠地帶，或者是高山上。由于其安裝位置周圍較為空曠，且高度較高，因此非常容易受到雷擊的影響。

2 民航空管通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施設(shè)備的防雷策略

雷擊對于民航空管通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施設(shè)備有著比較大的影響，可能會導(dǎo)致其不能夠正常運(yùn)行，因此研究人員在民航空管通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施設(shè)備防雷方面進(jìn)行了大量的研究，下面對相關(guān)技術(shù)和策略進(jìn)行探討。

2.1 直擊雷防護(hù)

安裝避雷針是一種最原始的防雷措施，當(dāng)前仍然是一種常用的民航空管通信導(dǎo)航監(jiān)測設(shè)備防雷措施，而且具有良好的效果，不過為了充分發(fā)揮出避雷針的作用，在進(jìn)行避雷針的安裝時需要注意多方面的問題。在進(jìn)行避雷針安裝位置、數(shù)量和材質(zhì)等參數(shù)的選擇時，需要綜合考慮天線和設(shè)備類型以及性能參數(shù)等多方面的因素，從而最大程度上降低屏蔽效應(yīng)的影響，使天線波束可以正常工作，同時起到良好的防雷效果。在進(jìn)行避雷針的安裝時還需要注意，天線安裝的高度和位置都應(yīng)完全處于接閃器（避雷針、避雷帶（線）、避雷帶網(wǎng)）滾球半徑保護(hù)范圍內(nèi)，這樣避雷針的作用才能夠充分的發(fā)揮，保護(hù)天線等不受到直擊雷的影響。

當(dāng)前，在民航空管通信導(dǎo)航監(jiān)測設(shè)備中，對于甚高頻設(shè)備、一次/二次雷達(dá)設(shè)備、導(dǎo)航無方向信標(biāo)NDB設(shè)備、場監(jiān)雷達(dá)設(shè)備等，都采用單獨(dú)建造天線塔的方式完成室外天線的制作，通常室外天線塔采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)，在塔頂安裝天線，進(jìn)行天線的安裝時需要確保其安裝位置在避雷接閃器滾球半徑保護(hù)范圍內(nèi)，同時為了避免天線和接閃器發(fā)生碰撞，二者之間應(yīng)保持合適的距離。此外，金屬材料可能會對電磁場波束產(chǎn)生遮蔽等作用，因此在選擇避雷接閃器的支撐桿時，若存在干擾的情況應(yīng)選擇玻璃鋼等非金屬材質(zhì)的支撐桿。當(dāng)前，玻璃鋼材料是場監(jiān)雷達(dá)避雷針支撐桿、一次雷達(dá)和二次雷達(dá)等的首選材料。

2.2 天饋系統(tǒng)的浪涌保護(hù)措施

通常采取波導(dǎo)、同軸電纜外互層接地等措施來進(jìn)行防雷，在具體的實(shí)施過程中應(yīng)注意以下幾方面內(nèi)容：

對于架設(shè)在鐵塔上的波導(dǎo)以及同軸電纜金屬外護(hù)層進(jìn)行接地保護(hù)時，需要應(yīng)用三點(diǎn)接地法，即在塔頂上端、離開塔頂?shù)南露宋恢靡约霸O(shè)備機(jī)房入口處外側(cè)三個位置都就近接地，來有效的進(jìn)行防雷。若波導(dǎo)和同軸電纜的長度比較長，超過了40m，除了進(jìn)行上述三點(diǎn)接地之外，在鐵塔的中部還要增加一接地端。室外電纜走線橋架首尾兩端均應(yīng)做接地連接。采取上述措施，在波導(dǎo)和同軸電纜金屬外護(hù)層感受到的雷電電流能夠被迅速的泄入大地，從而保護(hù)機(jī)房內(nèi)的設(shè)備不受到雷電電流的沖擊。在采取這些技術(shù)的基礎(chǔ)上，再設(shè)置各級浪涌避雷器，對設(shè)備進(jìn)行防護(hù)，可以最大程度上避免受到雷擊。

對于天饋系統(tǒng)中需要引入機(jī)房的線路，包括饋線、電源線和信號線等，在機(jī)房的入口處都應(yīng)采取防雷措施，常用的方法時安裝和功能適配的SPD浪涌避雷器，通過這樣的方式來對雷擊浪涌進(jìn)行抑制，保證機(jī)房內(nèi)設(shè)備的安全。在安裝SPD浪涌避雷器時應(yīng)注意，其參數(shù)應(yīng)適配被保護(hù)設(shè)備的工作要求，在選擇避雷器的類型時應(yīng)綜合考慮被保護(hù)設(shè)備的工作頻率、接口類型、饋線特性阻抗、駐波比等各種參數(shù)，確保其滿足這些參數(shù)的要求，從而確保其防雷作用可以發(fā)揮出來，同時不對設(shè)備的正常運(yùn)行造成影響。在進(jìn)行天饋線路的SPD的安裝時需要注意，接地線的長度應(yīng)控制在0.5m之內(nèi)，而且應(yīng)盡量的短而直，這樣保證其就近接地，可以減少分布電感對雷擊電磁脈沖能力泄放的影響，從而起到更好的保護(hù)效果。

2.3 信號傳輸系統(tǒng)與電源的電涌保護(hù)

在民航空管通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)中，信號傳輸系統(tǒng)和電源是重要組成部分，做好其電涌防護(hù)，防止其受到雷擊具有重要作用。

在受到雷擊或者擾亂信號時，民航空管通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施設(shè)備容易出現(xiàn)電涌的情況，為了做好設(shè)備的電涌防護(hù)，通常采取安裝信號避雷設(shè)備、電源避雷器和接地線等手段來降低設(shè)備被雷擊電涌沖擊的風(fēng)險，通常會安裝多個信號避雷設(shè)備，安裝的位置包括各種電纜的進(jìn)口、雷電分區(qū)界面等。需要注意的是，采用的信號避雷器的特性和參數(shù)應(yīng)滿足空管設(shè)施設(shè)備的實(shí)際需求，從而確保其可以正常運(yùn)行。對于航管業(yè)務(wù)樓，需要特別重視電涌保護(hù)工作，在總配線架每個信道甚高頻收發(fā)線輸入端都應(yīng)該安裝信號浪涌保護(hù)器來進(jìn)行防雷保護(hù)。

當(dāng)前，在民航空管地面通信系統(tǒng)，光纖具有廣泛的應(yīng)用，各種設(shè)備之間信號的傳輸?shù)榷疾捎霉饫|，因此需要采取有效的措施使其避免雷擊。雷電是不能夠?qū)饫|內(nèi)的信號傳輸產(chǎn)生干擾的，但是光纜常使用金屬保護(hù)層以及金屬加強(qiáng)芯，它們?nèi)菀资艿嚼纂姷挠绊?，并且在影響下產(chǎn)生雷電壓和雷電流，因此對于帶有金屬加強(qiáng)芯或者金屬保護(hù)層的光纜而言，若應(yīng)用這類光纜，就有可能將雷電引入到機(jī)房，為了消除這一風(fēng)險，對于這類光纜和后級傳輸設(shè)備都應(yīng)進(jìn)行雷電防護(hù)，采取有效的防雷措施，可以采取以下措施：

（1）在帶有金屬加強(qiáng)芯或者金屬保護(hù)層的光纜接入到建筑物內(nèi)時，都需要界面入戶端采取就近接地的措施；對于機(jī)房內(nèi)部的設(shè)備，包括光纖電纜架和光傳輸設(shè)備機(jī)柜等，都應(yīng)進(jìn)行接地。

（2）在界面位置更換光纖，改為尾纖。

（3）若區(qū)域內(nèi)雷擊比較頻繁，應(yīng)避免使用金屬加強(qiáng)芯或者是金屬外護(hù)層的光纜，采用無金屬構(gòu)件的光纜，降低雷擊風(fēng)險。

（4）若采用的是點(diǎn)對點(diǎn)傳輸信號的光端機(jī)，應(yīng)采取防雷保護(hù)措施來保護(hù)其通信接口，降低雷擊風(fēng)險。在光導(dǎo)纖維接收器、發(fā)送器的入口處，安裝信號避雷器來進(jìn)行保護(hù)，并且將信號避雷器等電位的連接到機(jī)箱。對于光端機(jī)電源輸入端，應(yīng)安裝電源浪涌避雷器，通過采取這樣的措施，避免雷擊導(dǎo)致電源出現(xiàn)過壓、過流等情況，對電源進(jìn)行保護(hù)。

光端機(jī)和PCM相連，在數(shù)據(jù)接口處的位置，應(yīng)安裝信號避雷器，同時為了保證設(shè)備連接電源處的安全，在電源輸入端也需要安裝電源浪涌避雷器。

對于電源設(shè)備，應(yīng)采取措施防止電源電涌，常用的措施是采用多級浪涌保護(hù)器，應(yīng)根據(jù)電源的參數(shù)選擇適配的浪涌保護(hù)器來對電源進(jìn)行保護(hù)。在安裝時應(yīng)注意，浪涌保護(hù)器兩端的接導(dǎo)線盡可能的短直，兩段導(dǎo)線的總長度應(yīng)控制在0.5m以內(nèi)。應(yīng)根據(jù)設(shè)備的保護(hù)級別來選擇安裝浪涌保護(hù)器的級別，如特級保護(hù)的設(shè)備設(shè)施，應(yīng)安裝四級浪涌保護(hù)器，甲級和乙級設(shè)施應(yīng)分別安裝三級和兩極浪涌保護(hù)器。在系統(tǒng)中，二次雷達(dá)、場監(jiān)雷達(dá)等安裝在室外的天線設(shè)備，也需要有電源供電，這些供電電源容易受到雷電的沖擊，應(yīng)特別做好這些工作電源的保護(hù)，在電源線兩端都應(yīng)安裝電源避雷器，同時還需要做好接地連接，從而降低雷電對其造成的沖擊。對于應(yīng)用不到的管道、電纜等設(shè)施，需要及時的進(jìn)行拆除，或者對其進(jìn)行接線處理。在電纜的鋪設(shè)時應(yīng)注意，避雷網(wǎng)、接線器引下線等位置是絕對不能夠進(jìn)行纜線的系掛和鋪設(shè)的。

2.4 屏蔽與等電位連接

在民航空管通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)施設(shè)備防雷工作中，可以采取各種屏蔽措施以及等電位連接的方式來提高設(shè)施設(shè)備的防雷水平。通過采取這些方式，可以使被保護(hù)設(shè)備處在防雷區(qū)的格柵形空間屏蔽內(nèi)，提高防雷屏蔽的效果，同時能夠?qū)崿F(xiàn)磁場屏蔽，避免設(shè)備受到磁場干擾。完成屏蔽之后，對于傳入屏蔽的導(dǎo)電金屬，需要在附近進(jìn)行等電位連接，確保各設(shè)備處于同一電位，不存在電位差，這樣當(dāng)出現(xiàn)雷擊的時候，不會產(chǎn)生地電位差反擊，進(jìn)而避免由于地電位差反擊而損害設(shè)備。

通過做好電磁屏蔽，能夠防止雷電電磁感應(yīng)的產(chǎn)生，從而避免其對設(shè)備造成干擾。具體來說可以采取以下措施進(jìn)行屏蔽：在建筑物、房間外部等位置安裝屏蔽層，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證線纜路徑合理，做好線纜屏蔽。為空管設(shè)備各單元都應(yīng)設(shè)置有空間屏蔽體，各種線路包括天饋線、信號線和電源線等，在進(jìn)入空間屏蔽體之前，都需要采取屏蔽措施，而且這些線纜應(yīng)采用屏蔽電纜，最好實(shí)現(xiàn)360°的屏蔽。同時，應(yīng)在電纜兩端應(yīng)設(shè)置有屏蔽層，同時在防雷區(qū)的交界的位置還需要進(jìn)行等電位的連接。若電纜需要通入到屏蔽的空間，則其屏蔽層必須要進(jìn)行接地處理。采取等電位連接的措施，避免出現(xiàn)低電位反擊的問題，根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求來進(jìn)行等電位連接，通過等電位連接和聯(lián)合接地形成法拉第籠式結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)對空間磁場的屏蔽，保證設(shè)備免受地電位反擊的影響。

3 結(jié)論

空管通信導(dǎo)航監(jiān)測設(shè)施設(shè)備的防雷工作對于保證民航的運(yùn)行安全具有重要作用，要做好雷電防護(hù)工作，需要注意防護(hù)工作的系統(tǒng)性，并且重視每一項(xiàng)細(xì)節(jié)，同時要不斷加強(qiáng)雷電防護(hù)技術(shù)的研究，提高雷電防護(hù)的水平。對于不同空管通信導(dǎo)航監(jiān)測設(shè)施設(shè)備而言，不同的設(shè)備對雷電防護(hù)水平的要求也是不同的，因此需要不斷提高雷電保護(hù)等級，降低雷電對設(shè)備設(shè)施的影響，保證空管通信導(dǎo)航監(jiān)測設(shè)施設(shè)備的安全運(yùn)行，保證飛機(jī)的運(yùn)行安全。