发射机网络的防雷措施分析

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摘 要 大功率广播发射机电路多采用固态器件，对静电和雷电的抵抗力弱。因此需要在更新发射机和天馈线系统时对接地防雷问题严格考虑。本文阐述了自然界中雷电的特点以及天线的防雷措施，着重介绍了天调网络的防雷措施以及其在广播发射机中的重要作用。

关键词 发射机；天调网络；防雷

中图分类号 TP 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)012-0102-01

随着科学的进步和发展，广播发射机从全固态PDM，DX中波发射机到数字中波发射机，以及最新的数字幅相调制发射机，有了突飞猛进的发展。技术的进步和更新，对天调网络的要求也越来越高，而一个好的天调网络系统，防雷措施的好坏，至关重要。

本文将从以下几个方面对天调的防雷措施进行阐述。

1 雷电的特性

雷电是一种大气中带有大量电荷的雷云放电的结果。雷电是通过电磁效应，静电感应以及直接雷击等作用对房屋建筑，工业设施，电气设备造成巨大危害，我们常见的雷多是线状雷，也有链形雷、带形雷和球形雷现象。雷电放电，有时在云层与大地之间发生，有时在云层之间进行，前者称之为落地雷。落地雷的雷电流可高达数十至数百千安培，其主放电时间为30μs～50 μs，波前时间为1μs～4 μs，陡度在7.5 Ka/μs左右，主放电的温度会达20 000℃，使周围的空气猛烈地膨胀，并出现耀眼的闪光和巨响。

雷的危害作用，是通过电磁效应、静电感应等造成房层建筑、工业设施、电气设备的烧毁、爆炸和崩塌。直接雷击就是大气放电直接通过建筑物或地面设备，强大的电流经过这些物体入地，瞬间产生很大的机械振动力和高温高热，使物体遭到破坏。当雷电流通过具有电阻或电感的物体时，将产生很大电压降和感应电压，破坏绝缘产生火花引起燃烧和爆炸。

2 天线的防雷措施

天线通常是附近最高的建筑物，容易招引雷电。如果天线没有得到良好的保护，由它引入的雷电就会对发射机产生严重的破坏。雷击时，由天线引进的雷电能量经打火隙入地。例如，若地阻是5 Ω，设放电电流为1 000 A，则塔基地电位就要瞬时上升到5 kV，而离它远处的地才是真正的地电位，因此，就会有很大的电流流入发射机。

减少强大电流的措施一般有两条：1）减少地网地电阻，天线地网的作用是为射频信号提供回路，同时它也为雷电提供通畅的入地点；2）接地方式的要点，地阻越小，分流越小，所以，机房只能有一个接地点，机房也必须集中接地。

发射机自身的防雷包括发射机驻波比保护，过流过压保护，天馈线驻波比保护等。上述这些保护只能有限地阻止雷电的破坏，但是天馈线系统的防雷是防雷体系的第一关，如果天馈线系统不能及时泄放掉雷电，后果是将会严重的损坏发射机。某国外一厂家的中波发射机在开播后多次出现一打雷就烧毁末级功率模块的故障的现象，致使发射机无法正常工作，后来经过该公司专家和该单位技术人员的详细检查、多次试验，对接地系统进行完善，保证发射机及天馈线的良好接地，就有效地遏制了雷电对发射机的影响。

3 网络防雷措施

雷电的能量很大，有极大的破坏力。人类至今对它的研究还很有限，因此在防护问题上必须采取多重防雷措施。

3.1 石墨打火隙装置ZZ

除天线基部已安装放电球外，在调配室里接入一只石墨放电装置ZZ。其间隙可根据实际工作电压大小适当调节。

在天线中可使用圆柱形石墨电极或平行板石墨电极，圆柱形石墨电极具有很好的放电特性。其放电电压的变化随放电面积的增加而减少；平行板石墨电极的放电特性比圆柱形电极更好一些。

无论是圆柱形石墨电极还是平板形电极的应用，减少了天线基座上雷击引进的放电电压变化。由于变化的减小，可以避免在发射机的功率放大器中使用的一些半导体器件的损坏，也减少了由发射机在保护动作前，因机器自身输出功率引起的放电的次数。

在放电隙接地线上，一般是金属杆，上面大约穿套50只磁环，在发射机正常工作的时候，上面的磁环不起任何作用；但是当天线受到雷击，出现拉弧短路时，而发射机保护动作发生之前，可以起到提高短路阻抗的作用，这样，就保护了发射机。因为雷电的主要能量是直流和低频，所以它不影响雷电的入地通路。

3.2 微亨级的电感线圈L0

微亨级的电感线圈L0是为了代替传统的毫亨级的静电泄放线圈，天线串接了一只微亨级电感线圈L0到地，铜管长度比较短，是由于电感线圈是由粗铜管绕制的，所以其电阻分量很小，雷电中的部分能量也通过L0入地。

在中波波段上，用毫亨级的静电泄放线圈，不会影响天线阻抗的匹配；但是现在用微亨级的L0，就要考虑电感对天线阻抗的影响。计算时利用串并互化公式，将它和天线阻抗一起等效为一个新的阻抗。

3.3 隔直流电容器装置C0

因天线受雷击时，会有一部分能量会经馈线去发射机，所以，设备又增加一道“防护墙”。C0的容量一般选择在1 000 PF～2 000 PF，在此范围内的电容，它的伏安量要选得大一些，中波频率上它不致产生过大的压降。随着发射机输出功率越大，C0选用的伏安量也就相应越大。

3.4 移相网络的作用

若移相网络的负载是纯电阻W，W也是馈线的特性阻抗，连接移相网络后其输入电阻仍为W，输入电流和输出电流幅度不变，但是有一相位差。即接入移相网络并不影响天馈线之间的阻抗匹配。移相网络可用T网络和π网络。

为了防止当负载短路时，在功放电路里产生过大的瞬间电压和电流，把阻抗微调电路设计成相移为45°的网络。根据仿真曲线原理，当负载短路时功放测得等效阻抗呈感性，其绝对值等于W，此时功放电路里产生的瞬间电压和电流不超过功放管漏极的标称值。但是在实际上，负载短路通常是铁塔基部出现雷击放电时引起的。因此为了有效防止雷击对功放管的损坏，必须保证在塔基短路时，发射机出口处也是短路状态。根据长线理论，要做到这一点就必须使这两点的相位差为180°的整数倍，从发射机到塔基的所有部件，包括馈线的长短，高频滤波器，匹配网络，隔直电容器C0，微亨电感L0在内的各元件，都会有一定的相移引入。综合后的相移通常和π的整数倍有出入，为了把相移补偿到π整数倍，通常可插入移相网络。

设计防雷移相网络时必须知道从机器出口至天线塔基的整个链路的相移量，由于环节比较多，各环节的相移计算比较繁琐，在实际中除了采用计算外，还可以采取测试法即在整个链路调整基本就绪后，把塔基短路，在不接入移相网络的条件下于机器出口处测阻值，此时机器的出口处应为短路状态，如不对，应微调之。移相网络也可用输出网络中的微调网络替代。

4 结束语

对于防雷的好坏，直接影响着天调网络的好坏，而天调网络又影响着整个发射机系统功率的发射，影响着整个发射机系统的工作效率。所以说天调防雷措施的应用不仅是天调网络的一个重要环节，也是广播发射机整个系统中不可缺少的一个重要环节。

参考文献

[1]吕丽.中波PDM全固态发射机高频输出网络以及对天调滤波网络抗雷与滤出[J].广播与电视技术,1997,10.

[2]张丕灶,刘峰,等编著.全固态PDM中波广播发送系统原理与维护[M].