吉林微波天饋線系統與防雷接地應用

張 野

（吉林省廣播電視局六五二臺，吉林 長春 130000）

1 天饋線系統

天饋線系統是微波通信的重要組成部分，天線的作用是把發信機發出的能量定向發送出去，或者把接收下來的電波能量送進收信機。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或矩軟波導及中頻電纜，橢圓波導單位長度損耗小，適宜長天饋線使用，一般用于2～11GHZ 頻段，是目前最常用的微波天饋線。矩軟波導用于ODU 和天線的連接，具有扭轉功能，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IDU 和ODU 距離小于120m時使用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。當距離在120m～180m 時使用RG-8U 電纜，當距離在180m～300m 時使用1/2 英寸電纜，使用RG-8U 電纜和1/2 英寸電纜時，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。當兩個ODU 共用1 面天線時，2 個或多個ODU 需要先連接到一個射頻信號合成器/分路器（簡稱合路器Hybrid coupler），經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分路成兩路功率大致相同的射頻信號，每一路信號的功率與原有信號相比，衰減了約3dB；6dB 非平衡式合路器將一路射頻信號分成兩路功率不同的射頻信號，其中功率較小的分路信號的功率與原有信號相比，衰減了約6dB，功率較大的與原有信號相比，衰減了約2dB。另外，天饋線系統的良好程度直接影響著微波通信的傳輸效果。吉林微波2009 年改造時已對部分老舊天饋線進行了更新，近幾年結合電路運行情況又對部分傳輸指標差的天饋線進行了續進更換。隨著現代科技和現代工藝水平的提高，當前新換天饋線的傳輸性能明顯好于老舊天饋線，但刨除硬件設施自身因素外，在傳輸使用中天饋線的日常維護和保護更為重要，尤其是塔上施工作業中對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 日常維護重點

天饋線的日常維護包括：時常關注微波天線是否有偏移，防風罩是否破裂，尤其在多風季節和大風過后更要查看，發現問題后應立即上報省微波管理中心；日常查看天饋線卡子有無脫落、有線有無懸空擺動等現象，充氣機狀態是否良好，干燥劑是否變色（正常為橙色，藍色為已受潮失效），對于已失效的干燥劑要及時更換。

1.2 天饋線故障現象

結合多年的運行維護經驗現將微波天饋線常見故障現象、處理方法及典型案例歸納如下：

1.2.1 天線偏移

天線偏移后直接導致微波收信電平降低，偏移過大會中斷傳輸，此現象在高山站（臺）及春秋季節風力較大的平原地區容易出現。目前新換天線均布置了防風罩，有效減小了風阻，收到了一定的效果，但這不是絕對的。前幾年出現過多起天線偏移的故障現象，原因是由于安裝固定螺絲松動，拉桿松動，拉桿固定角度小緊固不牢靠等造成。近年來，吉林微波工程技術人員每年都對微波天饋線進行巡檢巡查，發現隱患及時處理，加固、緊固，極大地改善了天線偏移現象。

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）余隙過大，容易產生多徑反射，在氣候變化時易產生深衰落；余隙過小，傳輸中損耗較大，接收電平低，在正常衰落范圍內容易產生信號中斷。另外，通信兩端天線掛高直接決定了傳輸路徑中反射點的位置，反射點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，適當調整通信兩端天線的高差也是改變傳輸效果的另一途徑。2016 年經過詳細計算后，集中對白城地區部分路由的天線掛高進行了調整，增大了路由間兩端天線的高差，改變了原路徑中的反射點，取得了良好效果。具體是將安廣-鎮賚方向安廣站的天線降低至距地面50m 處，將白城-鎮賚方向白城站天線提升至距地面90m 處，將莫莫格-鎮賚方向莫莫格站天線降至了距地面32m 處。經過此番調整，該路徑中的衰落現象得到了明顯改善，衰落值基本在10～15dB，滿足了微波傳輸要求。對于余隙過小的，受塔高限制，沒有太好的解決辦法，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，制高點阻擋及阻擋物高度的變化等直接影響接收電平或導致電路不通。如果是路由中有阻攔點，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解決；對于樹木長高后的阻攔，可以協調鋸掉阻擋部分；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阻擋點。

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，調試設備，指標良好，設備運行正常，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，誤碼產生，通信中斷，現場上塔查看，發現前郭站北面約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，現地查看，松原中波院內微波天線所對方向正前方樹木長高，已明顯阻擋路由，站內協調將阻擋樹木鋸除后，微波電路通暢，傳輸指標達設計值。

1.2.4 天線饋源進水、饋線腔體內有潮氣

微波通信最忌諱的是水和潮氣，天線饋源進水、天饋線腔體內有潮氣必然會導致收發信電平衰減，通信質量下降，通信傳輸中必須保證天線饋源和饋線腔體內充分干燥。

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，天線工上塔調整分集天線，無任何效果，打開天線饋源與饋線法蘭接口，發現有水，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，將腔體內的積水徹底倒出后，使用吹風設備干燥饋源內部腔體。待其徹底干燥后，重新安裝饋源，效果立刻體現，接收電平恢復正常值。處理過程中發現，饋源自身有小沙眼，雨水季節應該是有水沿沙眼滲入饋源腔體，對沙眼處重新打膠密封后，至今未再出現問題。

故障案例2：2018 年8 月，吉林站-吉林市臺方向小微波電平下降，影響傳輸，調整天線無效果，懷疑是否天線饋源有問題。拆下饋源后發現有水跡，按烏蘭塔拉分集天線饋源處理方法現場處理后，電平恢復設計值，通信正常。

故障案例3：2017 年7 月，長嶺站-烏蘭塔拉站微波電路，調試過程中電平始終上不去，電測電路通沒有問題，而后懷疑饋線有問題，考慮饋線雖然是新的，但在室外存放時間過長，可能有濕氣進入。隨后將饋線天線端和設備端拆開后，用大功率吸塵器進行抽氣去潮，約4h 后（因饋線較長）重新連接天線和設備，接收電平值升至設計值，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。現場查看目測天線沒有偏移跡象，嘗試調試一下分集天線，沒有變化，而輝南方向天線此前已緊固過，并多年未曾有過偏移記錄。而后懷疑是否四方山主、分集饋線都有可能有潮氣，打開分集饋線接口處，人手接觸感覺有潮濕跡象，隨后將分集饋線連接設備處打開，用吸塵器抽氣去潮1h 后，對接接口一試，電平有明顯變化，隨后繼續進行去潮2h 后，分集接收電平正常。之后按此方法對主饋線進行相同處理方式，主接收電平值恢復，電路通信正常。

1.2.5 天饋線折癟

天饋線折癟部分對電磁波的傳輸會產生反射和折射，接收端容易產生誤碼和電平下降，有時會體現在多個波道上，有時會體現在單個波道上，絕大多數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，塔上施工應嚴格遵守操作規程并制定施工預案和防范措施，考慮到微波天饋線為橢圓中空的腔體結構，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 個波道均有高誤碼，電平比平時下降了十多個dB，電路傳輸質量下降，下端站接收微波傳輸信號不好。緊急排查，發現東豐站塔上安裝地面數字電視的人員正在施工，沿微波天饋線走向手摸目測檢查發現微波天饋線已多處坑癟，而后調撥新天饋線重新安裝后，微波電平恢復正常值，誤碼消失，傳輸正常。

故障案例2：2018 年4 月，在巡檢巡查中發現天寶山站對圖們方向天饋線在鐵塔室外走線架上的部分有一處已經破損并接近折斷，當時傳輸還正常，無告警信息，但屬于重大隱患，隨后對其破損處鋸斷另做接頭對接后打膠密封處理，排除了該隱患。事后分析，應為其他工程隊室外施工時防范措施不到位導致。

故障案例3：2019 年8 月，長白站-西崗站微波電路不穩定，西崗站微波3 系統電平比1、2 系統低十幾個dB 并伴有實時誤碼。經排查后發現長白站天饋線有坑癟現象且較為嚴重。更換新天饋線后，3 系統電平恢復正常，誤碼消失。該案例是典型的當站天饋線損傷造成對端站接收單波道不正常的典型范例。

故障案例4：2016 年7 月，網管顯示，蛟河站微波有誤碼。工程技術人員現場查看分析，發現天饋線有一大段在機房頂上，該段有兩處輕微坑癟現象，試著用膠皮錘對其坑癟處敲擊復原，隨后誤碼逐漸消失，至今未再發生誤碼現象。

2 防雷接地

防雷接地是保證數字微波設備正常工作的前提條件，為防止通過交流電力引線、微波天饋線、信號線、進出機房的其他線纜引入雷害，微波站應采用避雷針、避雷網、避雷帶、避雷線或由其相互結合的防雷措施防止雷害發生。機房建設應符合《建筑物防雷設計規范》（GB 50057-2010）和《建筑物電子信息系統防雷技術規范》（GB 50343-2012）中的相關規定。微波站接地系統應采用工作接地、保護接地、防雷接地三地合一的接地方式，系統的接地電阻平原≦1Ω，山區≦2Ω，特別是高山臺站，必須采取有效措施降低地阻，應沿山頭設置均壓帶，有效防止滾雷襲擊。各站在春秋兩季應測量本站的接地電阻，發現不合格要及時處理。

2.1 防雷

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

2.1.1 電力防雷

電力變壓器設在站內的，其高壓電力線應采用地埋電力電纜進入微波站，低壓電纜要采用鎧裝電纜通過地埋進入機房配電柜，電纜鎧裝外皮應在兩側就近接地。低壓入戶不宜采用明線，若用明線入機房，地處中雷區以上的微波站，在配電屏終端入口處應安裝沖擊引流裝置，容量不小于100KA 的SPD（電涌保護器）。高壓地埋電力電纜應采用相關防護措施：在電力電纜上方30cm左右敷設防雷線，防雷線宜采用截面積不小于50mm2的鍍鋅圓鋼，雷害嚴重的地區其截面積應適當加大或并排敷設兩根防雷線，防雷線不應與電力電纜接地線連通，也不做接地裝置。

2.1.2 電源設備防雷

電力變壓器高、低壓側應各裝一組避雷器，避雷器應盡量靠近變壓器，雷電活動頻繁地區高壓側也可采用安裝多級避雷器的措施。低壓側要采用三級以上防雷，防雷元件要選擇通流能力強，響應快（納秒級）、殘壓低、性能穩定、安全可靠的防雷元件，一般第一級防雷元件的通流能力應選額定為80～100KA，第二級額定為40～60KA，第三級額定為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要實現可靠電氣連接。鐵塔底部做好接地網，并與鐵塔基礎連接在一起，微波鐵塔宜采用太陽能塔燈，不宜使用交流電的航空標志燈。

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，天線與底座要連接良好，底座與樓頂避雷帶要多點焊接，避雷帶要用多條引下帶接在機房地網上。天饋線的金屬外護層應在上部、下部和經走線架進機房入口處就近接地，并就近與地網引出的接地線妥善連通。

2.1.5 信號線防雷

出入機房的信號線（視音頻線）、公務線、數據線、室內明走線路比較長的信號線應有金屬護套，護套接地，公務線要裝置避雷器，將雷電隔離從而保護設備，進、出微波站機房的架空通信線纜應安裝線路避雷器。

2.2 接地

接地系統的好壞是決定防雷效果的關鍵，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的首要問題來解決。另外，微波站要按均電壓、等電位的原理將工作地、保護地和防雷接地組成一個聯合地網，接地引入線應從接地匯集線或接地網上就近焊接引入，機房地線應用不小于90mm2多股銅線從接地網引入，與機房內所有的地線匯接銅排焊接相連。保護地、工作地、機房內各種電纜的金屬外皮、設備金屬外殼和框架、走線架金屬門窗等都應與接地銅排做良好的接地。各類設備保護地應用多股銅線，其截面積可根據最大故障電流確定，但不宜小于35mm2。微波機房內應圍繞機房敷設環形接地母線，環形接地母線一般應采用截面積不小于70mm2多股銅線或銅排。機房接地網和房頂閉合均壓帶至少用4 條對稱布置的連接線相連。微波站的地網由機房地網、鐵塔地網和變壓器地網組成，其地網組圖參見圖1 接地網組成示意圖。

圖1 接地網組成示意圖

2.2.1 機房地網組成

機房地網應沿機房建筑物散水點外設環形接地裝置，同時還應利用機房建筑物基礎橫豎梁內兩根以上主鋼筋共同組成機房地網。當機房建筑物有地樁時應將地樁內兩根以上主鋼筋與機房地網焊接連通。

2.2.2 鐵塔地網組成

當鐵塔位于機房旁邊時，鐵塔地網應延伸到塔基四角外面1.5m 遠的范圍，網格尺寸應不大于3m×3m，其周邊為封閉式，同時還要利用塔基地樁內兩根以上主鋼筋作為鐵塔地網的垂直接地體

2.2.3 變壓器地網組成

交流供電變壓器高、低壓避雷器接地端、變壓器鐵殼、低壓側中性線（零線）應就近接在一起，再經引下線接地。當電力變壓器離站遠時（大于30m），交流中性線（零線）應按規定在入戶處做重復接地。

另外，機房內所布放的交流供電線路中的零線要與保護地、工作地分開，應采用絕緣導線，交流配電屏上的零線匯集排應與機架的正常不帶電金屬部分絕緣。機房內所有交直流用電及配電設備均應采取接地保護。交流保護地線應從接地匯集線上來引，嚴禁采用零線作為交流保護地線。

3 結束語

天饋線系統和防雷接地設施是微波通信中的純硬件設施，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，一手抓管理，兩手都要硬”的發展理念，加強防護，切實保證廣播電視微波電路的安全優質傳輸。