中波天調網絡的防雷措施

王呼達古拉 周鑫 馬宏

摘 要：由于廣播發射天線極易引雷，如果天線沒有得到良好的防護，雷電將從發射天線直接進入調配室，經過調配網絡又進入發射機房破壞發射機及器件，因此，對發射臺發射天線及其天調網絡必須采取多重的防雷措施，確保廣播設施的安全。

關鍵詞：天線；天調網絡；防雷

引言

隨著科技的進步和發展，廣播發送設備也有突飛猛進的發展。目前，廣播發射機均已使用全固態發射機，其輸出功率均由多只MOSFET場效應管組合而成。功放模塊雖然效率高，但是其安全工作電壓較低，所使用的場效應管極易擊穿而損壞，為了防范雷電產生的強電壓、大電流損毀廣播設施及設備，采取措施防范雷擊是廣播發射機天調網絡的重要環節。而技術的進步和更新，對天調網絡的要求也越來越高，須采取多重措施進行防雷。

1 雷電的特性

雷電是云與云之間或云與地之間產生的放電現象。

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，是大氣中攜帶正負電荷的云層碰撞時能量激烈釋放的過程。它產生的強大的雷電流可達數十至數百千安培，其時間極短：1～4us，主放電時間為30～50us，主放電的溫度會達20000度，它通過電磁效應，靜電感應以及直接雷擊等作用對房屋建、工業設施、電氣設備等造成巨大危害。

雷電雷擊點通常選擇在地面電荷最集中的地方，也就是地面電場強度最大的地方。（1）地面上導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，那里的電場強度也就越大，成為遭受雷擊的目標。（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入大地，使其不對高層建筑物或高塔構成危害。（1）對高大建筑物群做等電位連接線，引下線接地。（2）把閃電的強大電流傳導入大地，從而防止閃電電流流經設備。（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設施。

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，由它引入的雷電將對發射機產生嚴重的破壞。雷擊時，由天線引進的雷電能量經打火隙入地。設放電電流為1000A，若地阻是5Ω，則塔基地電位就要瞬時上升到5kV，而離它遠處的地才是真正的地電位，因此，就會有很大的電流流入發射機。減少強大電流的措施一般有：

（1）塔基接入放電球。當發射天線遭遇雷擊，天線底座造成極高的電壓，為了避免天線被雷擊而產生的高電壓進入發射機天調網絡，在天線底座用一對半球狀金屬放電球對地，雷電產生的高壓通過放電球對地放電，使天線阻抗被短路入地，發射機得到防護。

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調整間隙。

（2）減少地網地電阻，天線地網是為射頻信號提供回路，減小地損耗，提高天線效率，同時也為雷電提供通暢的入地點。

（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，機房也必須集中接地。

4 網絡防雷措施

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，因此在天調網絡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。平行圓柱石墨的間隙可根據實際工作電壓大小適當調節。

當天線遭雷擊時，石墨放電。石墨本身具有一定的阻尼放電作用。如果發射機處于正常運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大地，穿于接地引線上的磁環產生反向電動勢，起到阻尼放電作用，對發射機的高頻能量不會完全短路。這樣，在發射機控制電路保護動作之前就起到保護作用。

（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。考慮到天線受雷擊時，還有一部分能量會經饋線去發射機，為此，又增加一道“防護墻”。Co的容量一般選擇在1000～2000PF，在中波頻率上它不致產生過大的壓降，它的伏安量要選得大一些。當發射機輸出功率越大時，Co選用的伏安量也應越大。

（4）應用相移網絡。在高頻通路中的網絡、傳輸線都會產生相移。當天線遭遇雷擊放電球放電對地短路時，發射機負載驟變，這就容易造成發射機輸出端過壓，損壞功放管。為了避免發射機負載驟變，采用相移補償網絡，其一端接饋線，另一端接天調匹配網絡。當塔基短路時，在發射機保護動作之前，發射機負載阻抗的變化還能夠在允許承受的范圍之內，使網絡負載的變化有個緩沖，從而保護功放管的損壞。

移相網絡的負載應為純電阻w，w也是饋線的特性阻抗，連接移相網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。即接入移相網絡并不影響天饋線之間的阻抗匹配。移相網絡可用T網絡或兀網絡。

由于天調網絡的阻塞網絡、匹配網絡、隔直電容器Co、微亨電感Lo、甚至饋線的長短都在內的各元件組成，各環節的相移計算比較繁瑣，在實際中采取測試法，即：把塔基短路，在不接入移相網絡的條件下，在機器出口處測阻值，此時機器的出口處應為短路狀態，如果不對，應微調之。移相網絡可用輸出網絡中的微調網絡替代。

5 結束語

廣播發射臺采取的防雷措施的好壞，直接影響著天調網絡的好壞，而天調網絡又影響著發射機功率的發射，影響著發射機的工作效率。所以說天調防雷措施的應用不僅是天調網絡的一個重要環節，也是廣播發射機整個系統中不可缺少的一個重要環節。

參考文獻

[1]張丕灶，劉峰，等.全固態PDM中波廣播發送系統原理與維護[M].