吉林微波天饋線系統(tǒng)與防雷接地應(yīng)用

張 野

（吉林省廣播電視局六五二臺(tái)，吉林 長(zhǎng)春 130000）

1 天饋線系統(tǒng)

天饋線系統(tǒng)是微波通信的重要組成部分，天線的作用是把發(fā)信機(jī)發(fā)出的能量定向發(fā)送出去，或者把接收下來(lái)的電波能量送進(jìn)收信機(jī)。目前我們常用的有拋物面天線和卡塞格倫天線及雙極化天線。當(dāng)前，吉林微波所用天線為單極化拋物面天線和雙極化拋物面天線。另外，天線口徑越大，增益越高，口徑增大一倍，增益提高6dB。我們通常所用的天線直徑一般為0.6、1.2、1.6、1.8、2.0、2.4、2.5、3.0、3.2m 等。微波天饋線為橢圓波導(dǎo)或矩軟波導(dǎo)及中頻電纜，橢圓波導(dǎo)單位長(zhǎng)度損耗小，適宜長(zhǎng)天饋線使用，一般用于2～11GHZ 頻段，是目前最常用的微波天饋線。矩軟波導(dǎo)用于ODU 和天線的連接，具有扭轉(zhuǎn)功能，但損耗大，中頻電纜有5D 電纜，RG-8U 電纜和1/2 英寸電纜三種類型。當(dāng)IDU 和ODU 距離小于120m時(shí)使用5D 電纜，5D 電纜一端需要制作N 型接頭連接ODU 中頻接口，一端制作TNC 型接頭連接IDU 中頻接口。當(dāng)距離在120m～180m 時(shí)使用RG-8U 電纜，當(dāng)距離在180m～300m 時(shí)使用1/2 英寸電纜，使用RG-8U 電纜和1/2 英寸電纜時(shí)，兩端均需制作N 型接頭分別連接ODU 中頻接口及IDU 中頻跳線。當(dāng)兩個(gè)ODU 共用1 面天線時(shí)，2 個(gè)或多個(gè)ODU 需要先連接到一個(gè)射頻信號(hào)合成器/分路器（簡(jiǎn)稱合路器Hybrid coupler），經(jīng)合路器再連接到天線。合路器有三種類型的接口，天線接口、主支路接口、副支路接口。合路器又有兩大系列，即3dB平衡式合路器和6dB 非平衡式合路器。3dB 平衡式合路器將一路射頻信號(hào)分路成兩路功率大致相同的射頻信號(hào)，每一路信號(hào)的功率與原有信號(hào)相比，衰減了約3dB；6dB 非平衡式合路器將一路射頻信號(hào)分成兩路功率不同的射頻信號(hào)，其中功率較小的分路信號(hào)的功率與原有信號(hào)相比，衰減了約6dB，功率較大的與原有信號(hào)相比，衰減了約2dB。另外，天饋線系統(tǒng)的良好程度直接影響著微波通信的傳輸效果。吉林微波2009 年改造時(shí)已對(duì)部分老舊天饋線進(jìn)行了更新，近幾年結(jié)合電路運(yùn)行情況又對(duì)部分傳輸指標(biāo)差的天饋線進(jìn)行了續(xù)進(jìn)更換。隨著現(xiàn)代科技和現(xiàn)代工藝水平的提高，當(dāng)前新?lián)Q天饋線的傳輸性能明顯好于老舊天饋線，但刨除硬件設(shè)施自身因素外，在傳輸使用中天饋線的日常維護(hù)和保護(hù)更為重要，尤其是塔上施工作業(yè)中對(duì)微波天饋線的磕碰損傷、人為踩踏碰撞等，在不同程度上直接造成天饋線的損傷，影響傳輸效果。因此要時(shí)刻警惕塔上施工的安全性，避免人為因素造成微波天饋線的損傷，影響傳輸。

1.1 日常維護(hù)重點(diǎn)

天饋線的日常維護(hù)包括：時(shí)常關(guān)注微波天線是否有偏移，防風(fēng)罩是否破裂，尤其在多風(fēng)季節(jié)和大風(fēng)過(guò)后更要查看，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后應(yīng)立即上報(bào)省微波管理中心；日常查看天饋線卡子有無(wú)脫落、有線有無(wú)懸空擺動(dòng)等現(xiàn)象，充氣機(jī)狀態(tài)是否良好，干燥劑是否變色（正常為橙色，藍(lán)色為已受潮失效），對(duì)于已失效的干燥劑要及時(shí)更換。

1.2 天饋線故障現(xiàn)象

結(jié)合多年的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)將微波天饋線常見(jiàn)故障現(xiàn)象、處理方法及典型案例歸納如下：

1.2.1 天線偏移

天線偏移后直接導(dǎo)致微波收信電平降低，偏移過(guò)大會(huì)中斷傳輸，此現(xiàn)象在高山站（臺(tái)）及春秋季節(jié)風(fēng)力較大的平原地區(qū)容易出現(xiàn)。目前新?lián)Q天線均布置了防風(fēng)罩，有效減小了風(fēng)阻，收到了一定的效果，但這不是絕對(duì)的。前幾年出現(xiàn)過(guò)多起天線偏移的故障現(xiàn)象，原因是由于安裝固定螺絲松動(dòng)，拉桿松動(dòng)，拉桿固定角度小緊固不牢靠等造成。近年來(lái)，吉林微波工程技術(shù)人員每年都對(duì)微波天饋線進(jìn)行巡檢巡查，發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)處理，加固、緊固，極大地改善了天線偏移現(xiàn)象。

1.2.2 天線掛高與高差

天線在塔上的掛高直接影響傳輸路由的余隙，（C段面）余隙過(guò)大，容易產(chǎn)生多徑反射，在氣候變化時(shí)易產(chǎn)生深衰落；余隙過(guò)小，傳輸中損耗較大，接收電平低，在正常衰落范圍內(nèi)容易產(chǎn)生信號(hào)中斷。另外，通信兩端天線掛高直接決定了傳輸路徑中反射點(diǎn)的位置，反射點(diǎn)若不理想又間接影響傳輸效果，故此在傳輸余隙允許的范圍內(nèi)，適當(dāng)調(diào)整通信兩端天線的高差也是改變傳輸效果的另一途徑。2016 年經(jīng)過(guò)詳細(xì)計(jì)算后，集中對(duì)白城地區(qū)部分路由的天線掛高進(jìn)行了調(diào)整，增大了路由間兩端天線的高差，改變了原路徑中的反射點(diǎn)，取得了良好效果。具體是將安廣-鎮(zhèn)賚方向安廣站的天線降低至距地面50m 處，將白城-鎮(zhèn)賚方向白城站天線提升至距地面90m 處，將莫莫格-鎮(zhèn)賚方向莫莫格站天線降至了距地面32m 處。經(jīng)過(guò)此番調(diào)整，該路徑中的衰落現(xiàn)象得到了明顯改善，衰落值基本在10～15dB，滿足了微波傳輸要求。對(duì)于余隙過(guò)小的，受塔高限制，沒(méi)有太好的解決辦法，只有增加塔高（具備加高條件）或另建高塔解決。

1.2.3 路由阻擋

在微波傳輸路由上，制高點(diǎn)阻擋及阻擋物高度的變化等直接影響接收電平或?qū)е码娐凡煌āＨ绻锹酚芍杏凶钄r點(diǎn)，又不能人工克服，只能加高通信兩端的鐵塔高度提高天線掛高來(lái)解決；對(duì)于樹(shù)木長(zhǎng)高后的阻攔，可以協(xié)調(diào)鋸掉阻擋部分；如果是中間有新建阻擋物，只能提高天線掛高使傳輸路徑越過(guò)阻擋點(diǎn)。

典型案例1：西崗站-寶泉站方向，中間有山頭阻擋，路由不通，2020 年7 月西崗站鐵塔加高后，天線掛高提高，路由通，調(diào)試設(shè)備，指標(biāo)良好，設(shè)備運(yùn)行正常，通信暢通。

典型案例2：2013 年7 月，梅河口站-輝南站方向接收電平下降，不能滿足傳輸要求，查看分析，是梅河口市區(qū)新建高層樓房阻擋路由，改換1.2m 天線提高至鐵塔頂端，接收電平改善，可以正常傳輸。

典型案例3：2018 年6 月，前郭站-松原站方向，微波接收電平下降，誤碼產(chǎn)生，通信中斷，現(xiàn)場(chǎng)上塔查看，發(fā)現(xiàn)前郭站北面約800m 處起一高層建筑，阻擋路由，將前郭站微波天線提高至能目視松原站鐵塔處，微波電路通，傳輸恢復(fù)正常。

典型案例4：2019 年5 月，松原中波-松原站小微波電路收信電平下降，影響傳輸，現(xiàn)地查看，松原中波院內(nèi)微波天線所對(duì)方向正前方樹(shù)木長(zhǎng)高，已明顯阻擋路由，站內(nèi)協(xié)調(diào)將阻擋樹(shù)木鋸除后，微波電路通暢，傳輸指標(biāo)達(dá)設(shè)計(jì)值。

1.2.4 天線饋源進(jìn)水、饋線腔體內(nèi)有潮氣

微波通信最忌諱的是水和潮氣，天線饋源進(jìn)水、天饋線腔體內(nèi)有潮氣必然會(huì)導(dǎo)致收發(fā)信電平衰減，通信質(zhì)量下降，通信傳輸中必須保證天線饋源和饋線腔體內(nèi)充分干燥。

故障案例1：2017 年7 月，烏蘭塔拉站-乾安站方向分集接收電平下降，天線工上塔調(diào)整分集天線，無(wú)任何效果，打開(kāi)天線饋源與饋線法蘭接口，發(fā)現(xiàn)有水，拆下饋源后從饋源接口直接倒出不少水，而后將饋源前端打開(kāi)，將腔體內(nèi)的積水徹底倒出后，使用吹風(fēng)設(shè)備干燥饋源內(nèi)部腔體。待其徹底干燥后，重新安裝饋源，效果立刻體現(xiàn)，接收電平恢復(fù)正常值。處理過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，饋源自身有小沙眼，雨水季節(jié)應(yīng)該是有水沿沙眼滲入饋源腔體，對(duì)沙眼處重新打膠密封后，至今未再出現(xiàn)問(wèn)題。

故障案例2：2018 年8 月，吉林站-吉林市臺(tái)方向小微波電平下降，影響傳輸，調(diào)整天線無(wú)效果，懷疑是否天線饋源有問(wèn)題。拆下饋源后發(fā)現(xiàn)有水跡，按烏蘭塔拉分集天線饋源處理方法現(xiàn)場(chǎng)處理后，電平恢復(fù)設(shè)計(jì)值，通信正常。

故障案例3：2017 年7 月，長(zhǎng)嶺站-烏蘭塔拉站微波電路，調(diào)試過(guò)程中電平始終上不去，電測(cè)電路通沒(méi)有問(wèn)題，而后懷疑饋線有問(wèn)題，考慮饋線雖然是新的，但在室外存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可能有濕氣進(jìn)入。隨后將饋線天線端和設(shè)備端拆開(kāi)后，用大功率吸塵器進(jìn)行抽氣去潮，約4h 后（因饋線較長(zhǎng)）重新連接天線和設(shè)備，接收電平值升至設(shè)計(jì)值，電路通信正常。

故障案例4：2019 年8 月，四方山站-輝南方向，主收、分集收電平均下降（并有差異度），影響傳輸。現(xiàn)場(chǎng)查看目測(cè)天線沒(méi)有偏移跡象，嘗試調(diào)試一下分集天線，沒(méi)有變化，而輝南方向天線此前已緊固過(guò)，并多年未曾有過(guò)偏移記錄。而后懷疑是否四方山主、分集饋線都有可能有潮氣，打開(kāi)分集饋線接口處，人手接觸感覺(jué)有潮濕跡象，隨后將分集饋線連接設(shè)備處打開(kāi)，用吸塵器抽氣去潮1h 后，對(duì)接接口一試，電平有明顯變化，隨后繼續(xù)進(jìn)行去潮2h 后，分集接收電平正常。之后按此方法對(duì)主饋線進(jìn)行相同處理方式，主接收電平值恢復(fù)，電路通信正常。

1.2.5 天饋線折癟

天饋線折癟部分對(duì)電磁波的傳輸會(huì)產(chǎn)生反射和折射，接收端容易產(chǎn)生誤碼和電平下降，有時(shí)會(huì)體現(xiàn)在多個(gè)波道上，有時(shí)會(huì)體現(xiàn)在單個(gè)波道上，絕大多數(shù)天饋線折癟都是因施工不注意或人為磕碰、踩踏造成的。因此，塔上施工應(yīng)嚴(yán)格遵守操作規(guī)程并制定施工預(yù)案和防范措施，考慮到微波天饋線為橢圓中空的腔體結(jié)構(gòu)，不受力，故此天饋線在走線架上盡量不要平鋪，盡最大可能地綁定在走線架的側(cè)面支架上。折癟故障案例及處理方法如下：

故障案例1：2017 年11 月，東豐站-梅河口方向微波告警，3 個(gè)波道均有高誤碼，電平比平時(shí)下降了十多個(gè)dB，電路傳輸質(zhì)量下降，下端站接收微波傳輸信號(hào)不好。緊急排查，發(fā)現(xiàn)東豐站塔上安裝地面數(shù)字電視的人員正在施工，沿微波天饋線走向手摸目測(cè)檢查發(fā)現(xiàn)微波天饋線已多處坑癟，而后調(diào)撥新天饋線重新安裝后，微波電平恢復(fù)正常值，誤碼消失，傳輸正常。

故障案例2：2018 年4 月，在巡檢巡查中發(fā)現(xiàn)天寶山站對(duì)圖們方向天饋線在鐵塔室外走線架上的部分有一處已經(jīng)破損并接近折斷，當(dāng)時(shí)傳輸還正常，無(wú)告警信息，但屬于重大隱患，隨后對(duì)其破損處鋸斷另做接頭對(duì)接后打膠密封處理，排除了該隱患。事后分析，應(yīng)為其他工程隊(duì)室外施工時(shí)防范措施不到位導(dǎo)致。

故障案例3：2019 年8 月，長(zhǎng)白站-西崗站微波電路不穩(wěn)定，西崗站微波3 系統(tǒng)電平比1、2 系統(tǒng)低十幾個(gè)dB 并伴有實(shí)時(shí)誤碼。經(jīng)排查后發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)白站天饋線有坑癟現(xiàn)象且較為嚴(yán)重。更換新天饋線后，3 系統(tǒng)電平恢復(fù)正常，誤碼消失。該案例是典型的當(dāng)站天饋線損傷造成對(duì)端站接收單波道不正常的典型范例。

故障案例4：2016 年7 月，網(wǎng)管顯示，蛟河站微波有誤碼。工程技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)查看分析，發(fā)現(xiàn)天饋線有一大段在機(jī)房頂上，該段有兩處輕微坑癟現(xiàn)象，試著用膠皮錘對(duì)其坑癟處敲擊復(fù)原，隨后誤碼逐漸消失，至今未再發(fā)生誤碼現(xiàn)象。

2 防雷接地

防雷接地是保證數(shù)字微波設(shè)備正常工作的前提條件，為防止通過(guò)交流電力引線、微波天饋線、信號(hào)線、進(jìn)出機(jī)房的其他線纜引入雷害，微波站應(yīng)采用避雷針、避雷網(wǎng)、避雷帶、避雷線或由其相互結(jié)合的防雷措施防止雷害發(fā)生。機(jī)房建設(shè)應(yīng)符合《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50057-2010）和《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》（GB 50343-2012）中的相關(guān)規(guī)定。微波站接地系統(tǒng)應(yīng)采用工作接地、保護(hù)接地、防雷接地三地合一的接地方式，系統(tǒng)的接地電阻平原≦1Ω，山區(qū)≦2Ω，特別是高山臺(tái)站，必須采取有效措施降低地阻，應(yīng)沿山頭設(shè)置均壓帶，有效防止?jié)L雷襲擊。各站在春秋兩季應(yīng)測(cè)量本站的接地電阻，發(fā)現(xiàn)不合格要及時(shí)處理。

2.1 防雷

微波站的防雷可分為電力防雷、電源設(shè)備防雷、鐵塔防雷、天饋線防雷和信號(hào)線防雷等。

2.1.1 電力防雷

電力變壓器設(shè)在站內(nèi)的，其高壓電力線應(yīng)采用地埋電力電纜進(jìn)入微波站，低壓電纜要采用鎧裝電纜通過(guò)地埋進(jìn)入機(jī)房配電柜，電纜鎧裝外皮應(yīng)在兩側(cè)就近接地。低壓入戶不宜采用明線，若用明線入機(jī)房，地處中雷區(qū)以上的微波站，在配電屏終端入口處應(yīng)安裝沖擊引流裝置，容量不小于100KA 的SPD（電涌保護(hù)器）。高壓地埋電力電纜應(yīng)采用相關(guān)防護(hù)措施：在電力電纜上方30cm左右敷設(shè)防雷線，防雷線宜采用截面積不小于50mm2的鍍鋅圓鋼，雷害嚴(yán)重的地區(qū)其截面積應(yīng)適當(dāng)加大或并排敷設(shè)兩根防雷線，防雷線不應(yīng)與電力電纜接地線連通，也不做接地裝置。

2.1.2 電源設(shè)備防雷

電力變壓器高、低壓側(cè)應(yīng)各裝一組避雷器，避雷器應(yīng)盡量靠近變壓器，雷電活動(dòng)頻繁地區(qū)高壓側(cè)也可采用安裝多級(jí)避雷器的措施。低壓側(cè)要采用三級(jí)以上防雷，防雷元件要選擇通流能力強(qiáng)，響應(yīng)快（納秒級(jí)）、殘壓低、性能穩(wěn)定、安全可靠的防雷元件，一般第一級(jí)防雷元件的通流能力應(yīng)選額定為80～100KA，第二級(jí)額定為40～60KA，第三級(jí)額定為10～20KA。

2.1.3 鐵塔防雷

鐵塔頂端要安裝避雷針，避雷針引下線與微波站接地網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)可靠電氣連接。鐵塔底部做好接地網(wǎng)，并與鐵塔基礎(chǔ)連接在一起，微波鐵塔宜采用太陽(yáng)能塔燈，不宜使用交流電的航空標(biāo)志燈。

2.1.4 天饋線防雷

天線與鐵塔要有良好連接，接觸電阻越小越好，不可絕緣。如天線架在樓頂（屋頂）時(shí)，天線與底座要連接良好，底座與樓頂避雷帶要多點(diǎn)焊接，避雷帶要用多條引下帶接在機(jī)房地網(wǎng)上。天饋線的金屬外護(hù)層應(yīng)在上部、下部和經(jīng)走線架進(jìn)機(jī)房入口處就近接地，并就近與地網(wǎng)引出的接地線妥善連通。

2.1.5 信號(hào)線防雷

出入機(jī)房的信號(hào)線（視音頻線）、公務(wù)線、數(shù)據(jù)線、室內(nèi)明走線路比較長(zhǎng)的信號(hào)線應(yīng)有金屬護(hù)套，護(hù)套接地，公務(wù)線要裝置避雷器，將雷電隔離從而保護(hù)設(shè)備，進(jìn)、出微波站機(jī)房的架空通信線纜應(yīng)安裝線路避雷器。

2.2 接地

接地系統(tǒng)的好壞是決定防雷效果的關(guān)鍵，尤其是鐵塔的接地，在防直擊雷中起到了極其重要的作用。因此，要將鐵塔接地電阻作為接地系統(tǒng)的首要問(wèn)題來(lái)解決。另外，微波站要按均電壓、等電位的原理將工作地、保護(hù)地和防雷接地組成一個(gè)聯(lián)合地網(wǎng)，接地引入線應(yīng)從接地匯集線或接地網(wǎng)上就近焊接引入，機(jī)房地線應(yīng)用不小于90mm2多股銅線從接地網(wǎng)引入，與機(jī)房?jī)?nèi)所有的地線匯接銅排焊接相連。保護(hù)地、工作地、機(jī)房?jī)?nèi)各種電纜的金屬外皮、設(shè)備金屬外殼和框架、走線架金屬門(mén)窗等都應(yīng)與接地銅排做良好的接地。各類設(shè)備保護(hù)地應(yīng)用多股銅線，其截面積可根據(jù)最大故障電流確定，但不宜小于35mm2。微波機(jī)房?jī)?nèi)應(yīng)圍繞機(jī)房敷設(shè)環(huán)形接地母線，環(huán)形接地母線一般應(yīng)采用截面積不小于70mm2多股銅線或銅排。機(jī)房接地網(wǎng)和房頂閉合均壓帶至少用4 條對(duì)稱布置的連接線相連。微波站的地網(wǎng)由機(jī)房地網(wǎng)、鐵塔地網(wǎng)和變壓器地網(wǎng)組成，其地網(wǎng)組圖參見(jiàn)圖1 接地網(wǎng)組成示意圖。

圖1 接地網(wǎng)組成示意圖

2.2.1 機(jī)房地網(wǎng)組成

機(jī)房地網(wǎng)應(yīng)沿機(jī)房建筑物散水點(diǎn)外設(shè)環(huán)形接地裝置，同時(shí)還應(yīng)利用機(jī)房建筑物基礎(chǔ)橫豎梁內(nèi)兩根以上主鋼筋共同組成機(jī)房地網(wǎng)。當(dāng)機(jī)房建筑物有地樁時(shí)應(yīng)將地樁內(nèi)兩根以上主鋼筋與機(jī)房地網(wǎng)焊接連通。

2.2.2 鐵塔地網(wǎng)組成

當(dāng)鐵塔位于機(jī)房旁邊時(shí)，鐵塔地網(wǎng)應(yīng)延伸到塔基四角外面1.5m 遠(yuǎn)的范圍，網(wǎng)格尺寸應(yīng)不大于3m×3m，其周邊為封閉式，同時(shí)還要利用塔基地樁內(nèi)兩根以上主鋼筋作為鐵塔地網(wǎng)的垂直接地體

2.2.3 變壓器地網(wǎng)組成

交流供電變壓器高、低壓避雷器接地端、變壓器鐵殼、低壓側(cè)中性線（零線）應(yīng)就近接在一起，再經(jīng)引下線接地。當(dāng)電力變壓器離站遠(yuǎn)時(shí)（大于30m），交流中性線（零線）應(yīng)按規(guī)定在入戶處做重復(fù)接地。

另外，機(jī)房?jī)?nèi)所布放的交流供電線路中的零線要與保護(hù)地、工作地分開(kāi)，應(yīng)采用絕緣導(dǎo)線，交流配電屏上的零線匯集排應(yīng)與機(jī)架的正常不帶電金屬部分絕緣。機(jī)房?jī)?nèi)所有交直流用電及配電設(shè)備均應(yīng)采取接地保護(hù)。交流保護(hù)地線應(yīng)從接地匯集線上來(lái)引，嚴(yán)禁采用零線作為交流保護(hù)地線。

3 結(jié)束語(yǔ)

天饋線系統(tǒng)和防雷接地設(shè)施是微波通信中的純硬件設(shè)施，并且均在室外，易損傷，因而在日常工作中需緊盯死守，秉承“一手抓建設(shè)，一手抓管理，兩手都要硬”的發(fā)展理念，加強(qiáng)防護(hù)，切實(shí)保證廣播電視微波電路的安全優(yōu)質(zhì)傳輸。