卫星电视接收站防雷技术研究

雷电以其巨大的破坏力给人类、社会带来惨重的灾难。近几年来雷电灾害时有发生，它对国民经济造成的危害日趋严重。同样，雷电对卫星电视接收站造成的危害也时有报道。为此，加强防雷意识，做好预防工作，保护卫星电视接收站设备不受雷击，将雷害损失降到最低限度，这是军队文化装备管理中极其重要的任务。现以连队、哨所卫星电视接收站为例，讨论防雷技术知识并给出卫星电视接收站的防雷设计方案。

一、概述

直播卫星均采用大功率卫星，这些卫星的信号场强，且覆盖面积广，大都在Ku波段广播，Ku（12GHz-14GHz）波段由于其频率高，电波容易穿过电离层进出大气层，传输损耗也不易受大气扰动的影响，并且在该频段广播受外界的干扰小，转发器的等效全向辐射功率高，故地面采用小口径天线即可接收。

由于卫星电视接收站设备的精密设计和电子元器件的高度集成化，从而造成对雷击电磁脉冲（LEMP）的承受能力很弱，每年由于雷电袭击造成卫星电视接收站瘫痪的事件常有发生，给部队文化宣传工作带来严重影响。因此，根据现有的国际、国内雷电防护标准并结合卫星电视接收站的具体结构和现代防雷理论，对雷击电磁脉冲防护进行综合设计十分必要。

二、防雷设计的依据

1.《建筑物防雷设计规范》GB50057-94

2.《民用闭路监视电视系统工程技术规范》GB50198-94

3.YD/T5098-2001《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》

4.GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》

三、卫星电视接收站防雷设计方案

1.卫星电视接收站系统结构简介（见图1）

现在的卫星电视直播系统（DBS）大都在Ku波段广播，Ku由于其频率高，故地面采用小于1米的小口径偏馈天线即可接收。少数卫星电视直播系统（DBS）用C波段广播，通常采用1.5m口径正馈天线接收。

目前我国各行业使用量最大的卫星电视接收站，主要由室外单元ODU（包括后前馈天线，高频头）和室内单元（卫星电视接收机）组成。高频头中下变频器将Ku（12GHz-14 GHz）或C（3.7GHz-4.2 GHz）波段信号变换成中频信号（950MHz-2050 MHz或950MHz-1450 MHz）传向室内单元（卫星电视接收机）。在中频时将视频和话音分开或合成，送入电视机。

2.卫星电视接收站的防雷设计方案

（1）直击雷防护

由于卫星电视接收站的偏馈天线及高频头大多安放在屋顶，受直击雷袭击的概率高.因此必须将其置于直击雷防护范围内（处于LPZ0B区）。通常在塔杆顶部安装避雷针，避雷针离基站天线2-3m左右，通过良好的接地装置把它接入大地。針高可用滚球法计祘，保证收发天线在避雷针保护范围以内。还应有小于10欧姆的接地电阻。

但是避雷针在200多年的应用中显露出它的一些局限性。比如：1）接闪入地的过程中产生强大的电磁场也引来了更多的感应雷击。特别是微电子设备相对集中的地方，感应雷击对设备的安全构成极大的威胁。2）避雷针的保护范围是不确定的，常常可能绕过避雷针发生绕击。3）避雷针频繁的引雷入地还会产生地电位反击、跨步电压等问题。

因此，为了避免接闪入地的过程中产生强大的电磁场引来的感应雷击，我们采用新一代直击雷防护装置。它可以将雷电对地面的闪击大幅度减少，也就大大减少了从电源线、信号线、天线上的感应雷击。

直击雷保护装置型号为CPD-Ⅰ

“CPD-Ⅰ”型。原理简述：随着雷电先导接近金属大气电极，由于电场静电感应作用，在金属大气电极和大电流开关上下部聚集符号相反的电荷。当金属大气电极对地电压达7000v左右，此时，大电流开关导通。通过接地从地面向金属大气电极装载电荷，补充金属大气电极上的电荷，保证了上行电荷的中和雷电下行先导的能力，在保护区内使直击雷大幅度减少，也大大减少了感应雷的次数。接地的作用主要是地面向金属大气电极装载电荷，故对接地电阻要求不高（小于30欧姆左右即可）。

直击雷防护装置的特点：

A.“CPD-Ⅰ”型直击雷保护装置将雷电对地面的闪击大幅度减少，也就大大减少了从电源线、信号线、天线上的感应雷。

B.“CPD-Ⅰ”型直击雷保护装置工作原理是：是通过接地导线从地面向金属大气电极装载电荷去中和雷电的过程，而接闪成为次要的，故“CPD-Ⅰ”型直击雷保护装置对接地电阻要求不高。

C.本装置用地面电荷中和雷电下行先导的原理，其保护角较普通避雷针大得多，达到70°以上。

（2）感应雷防护

1）电源的感应雷防护：

实际经验验证，由电源系统耦合进入的感应雷击造成设备损坏的概率占雷击灾害损失70%以上。因此，对电源系统的避雷保护措施是整个卫星系统防雷工程中必不可少的一个环节。要防止由外输电线路的感应雷电波和雷电电磁脉冲的侵入，使其在进入机房的电源系统之前将其泄放入地。

由于电力供给是由监控机房外的配电室引入，电源高压端的防雷保护已由电力供电部门实施。因此，对于机房的电源系统的雷电防护，我们采取以下的防雷保护方案。

2）电源系统的防护：

根据由原信息产业部批准的《YD/T5098-2001《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》，机房的电源系统，应采用三级（Ⅰ/B、Ⅱ/C、Ⅲ/D）电源避雷器设置，逐级降低残压，保护设备。

由于该机房的特殊情况（机房通常为独立机房，级与级之间不能满足10m的安全距离要求，故不能采用电源防护的三级设置）。我们采用在机房的设备供电端安装型号为HY22P-40-10串联型电源防雷箱（代替两级防雷，作为机房设备的电源系统的防护。该串联防雷箱为独立安装。防雷箱大的通流余量，保证了防雷箱的长寿命，配有劣化指示。

3）天馈线、信号线的感应雷防护：

从卫星电视接收站天馈线的IDU（卫星电视接收机）到ODU（高频头）距离通常在10-20m以上，应当在单元入口处加装相应频段的天馈避雷器，防止由同轴馈线上的感应雷损坏卫星电视接收机和高频头。同轴电缆的中频信号下行频率通常为：下行950MHz-2050 MHz或950MHz-1450 MHz；安装HY2000TN（或TNC）天馈避雷器上下各1只，以抑制来自天馈线的感应雷电波；该型防雷器雷电通流量20KA，采用简单高效保护电路，采用优质接头以降低插损，保证卫星接收机的正常工作。

（3）地网

对电子系统，无论是抗干扰或是电磁脉冲（包含雷电产生的电磁脉冲）良好的接地是必不可少的。

对独立卫星站可根据YD5098-2005通信局（站）防雷与接地工程设计规范，独立的室外站宜围绕机房设置封闭环形接地体，并与机房汇流排焊接连通，如接地电阻大于10Ω，应在环形接地体的四角敷设10-20m的辐射形水平接地体。

四、结束语

方案的特点：

（1）方案以新型直接雷防护装置杜绝或减少在保护区内直击雷的产生和雷击强度，并将大幅度减少感应雷的次数。与引雷入地的常规避雷针（包括提前放电避雷针）相比，直击雷和感应雷的次数降低90%以上。（国外和国内应用的统计数据）。

（2）对接地电阻要求不高。新型直接雷防护装置原理是通过接地从地面向金属大气电极装载电荷，补充金属大气电极上的电荷，保证了上行电荷的中和雷电下行先导的能力，故对接地电阻要求不高（小于30Ω即可）。它将大大减少地网施工的工作量。