中波天调网络的防雷措施

王呼达古拉 周鑫 马宏

摘 要：由于广播发射天线极易引雷，如果天线没有得到良好的防护，雷电将从发射天线直接进入调配室，经过调配网络又进入发射机房破坏发射机及器件，因此，对发射台发射天线及其天调网络必须采取多重的防雷措施，确保广播设施的安全。

关键词：天线；天调网络；防雷

引言

随着科技的进步和发展，广播发送设备也有突飞猛进的发展。目前，广播发射机均已使用全固态发射机，其输出功率均由多只MOSFET场效应管组合而成。功放模块虽然效率高，但是其安全工作电压较低，所使用的场效应管极易击穿而损坏，为了防范雷电产生的强电压、大电流损毁广播设施及设备，采取措施防范雷击是广播发射机天调网络的重要环节。而技术的进步和更新，对天调网络的要求也越来越高，须采取多重措施进行防雷。

1 雷电的特性

雷电是云与云之间或云与地之间产生的放电现象。

所谓雷击，是指一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层或者是对大地之间迅猛放电，也就是说，是大气中携带正负电荷的云层碰撞时能量激烈释放的过程。它产生的强大的雷电流可达数十至数百千安培，其时间极短：1～4us，主放电时间为30～50us，主放电的温度会达20000度，它通过电磁效应，静电感应以及直接雷击等作用对房屋建、工业设施、电气设备等造成巨大危害。

雷电雷击点通常选择在地面电荷最集中的地方，也就是地面电场强度最大的地方。（1）地面上导电良好的地形特别突出的地方，比附近其他地方密集了更多的电荷，那里的电场强度也就越大，成为遭受雷击的目标。（2）在地面上特别突出的地方离雷云最近，例如旷野中孤立的大树、单独的房屋、小丘顶部、房屋群众中最高的建筑物的尖顶、高塔等都是最容易遭受雷击的地方。

2 避雷原理

避雷的原理就是采取措施把电荷导入大地，使其不对高层建筑物或高塔构成危害。（1）对高大建筑物群做等电位连接线，引下线接地。（2）把闪电的强大电流传导入大地，从而防止闪电电流流经设备。（3）接地目的就是把雷电流通过低电阻的接地体向大地泄放从而防护设施。

3 天线的防雷

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，由它引入的雷电将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。设放电电流为1000A，若地阻是5Ω，则塔基地电位就要瞬时上升到5kV，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：

（1）塔基接入放电球。当发射天线遭遇雷击，天线底座造成极高的电压，为了避免天线被雷击而产生的高电压进入发射机天调网络，在天线底座用一对半球状金属放电球对地，雷电产生的高压通过放电球对地放电，使天线阻抗被短路入地，发射机得到防护。

塔基放电球半径约为10cm，两个半球最小间隙为1cm，如果塔底高频工作电压峰值超过1万伏，原则上按1kV/mm调整间隙。

（2）减少地网地电阻，天线地网是为射频信号提供回路，减小地损耗，提高天线效率，同时也为雷电提供通畅的入地点。

（3）接地要讲究，地阻越小，分流越小，因此，必须只有一个接地点，机房也必须集中接地。

4 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，因此在天调网络须采取多重防雷措施（图1）。

（1）加装石墨放电器。除天线基部安装室外放电球外，在室内从天线输入端加装一对平行圆柱形石墨放电器，其一端接天线，另一端接地，在接地引线上套有30-40只磁环。平行圆柱石墨的间隙可根据实际工作电压大小适当调节。

当天线遭雷击时，石墨放电。石墨本身具有一定的阻尼放电作用。如果发射机处于正常运行期间天线遭遇雷击，圆柱石墨放电器放电，巨大的电流量通过接地引线流进大地，穿于接地引线上的磁环产生反向电动势，起到阻尼放电作用，对发射机的高频能量不会完全短路。这样，在发射机控制电路保护动作之前就起到保护作用。

（2）微亨级的电感线圈Lo。天线串接一只微亨级电感线圈Lo到地，由于电感线圈是由粗铜管绕制的，而且铜管长度比较短，其电阻分量很小，雷电中的部分能量也通过Lo入地。

（3）隔直流电容器Co。考虑到天线受雷击时，还有一部分能量会经馈线去发射机，为此，又增加一道“防护墙”。Co的容量一般选择在1000～2000PF，在中波频率上它不致产生过大的压降，它的伏安量要选得大一些。当发射机输出功率越大时，Co选用的伏安量也应越大。

（4）应用相移网络。在高频通路中的网络、传输线都会产生相移。当天线遭遇雷击放电球放电对地短路时，发射机负载骤变，这就容易造成发射机输出端过压，损坏功放管。为了避免发射机负载骤变，采用相移补偿网络，其一端接馈线，另一端接天调匹配网络。当塔基短路时，在发射机保护动作之前，发射机负载阻抗的变化还能够在允许承受的范围之内，使网络负载的变化有个缓冲，从而保护功放管的损坏。

移相网络的负载应为纯电阻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。即接入移相網络并不影响天馈线之间的阻抗匹配。移相网络可用T网络或兀网络。

由于天调网络的阻塞网络、匹配网络、隔直电容器Co、微亨电感Lo、甚至馈线的长短都在内的各元件组成，各环节的相移计算比较繁琐，在实际中采取测试法，即：把塔基短路，在不接入移相网络的条件下，在机器出口处测阻值，此时机器的出口处应为短路状态，如果不对，应微调之。移相网络可用输出网络中的微调网络替代。

5 结束语

广播发射台采取的防雷措施的好坏，直接影响着天调网络的好坏，而天调网络又影响着发射机功率的发射，影响着发射机的工作效率。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]张丕灶，刘峰，等.全固态PDM中波广播发送系统原理与维护[M].