试析全固态中波发射机天调网络的防雷策略

付永生

【摘要】全固态中波发射机是当前我国中波广播发射建设领域中最令人瞩目的成绩之一，它的全固态化设计引领国家中波发射机发展进入了全新阶段。当热，它也并非完美，其在防雷技术应用方面还面临严峻问题考验。本文中首先尝试分析了雷电特征与性质，并着重研究了全固态中波发射机天调网络基本结构、工作原理以及有效防雷策略。

【关键词】全固态中波发射机;天调网络;雷电特征性质;工作原理;防雷策略

全固态中波发射机的整体播出效率相比于传统发射机拥有更高更优良的发射效率，不过防雷能力却是它的弱项，这就限制了发射机本身所能够适应的工作环境。但当前全固态中波发射机一般工作环境恶劣不佳，所以如果遭遇任何雷电事故，其场效应管部分都可能被随时击穿，设备整体因此被严重破坏。目前人们都在研究如何规避雷击的有效方法措施，希望采取相应合理有效的防雷对策。

1. 雷电的基本特征与性质简析

在大自然的众多自然现象中，雷电现象最为常见，它的发生普遍且主要产生于云云、云地之间，在雷电现象中必然会出现各种雷击效果，而雷击效果的本质就是大气中携带了不同极电荷的云层在相互碰撞后产生了特殊的放电现象，在雷击过程中，它们所附带的电荷不同，所处的云层不同，但是它们彼此之间会发生碰撞，释放大量能量。就在这一能量释放过程中所产生的就是大量的雷电电流。雷电现象所产生的雷电电流高达数千安以上，如果但就从雷电现象的放电过程来看，这种过程极短（只有几微秒），它的周边环境温度也会大幅度升高。如果电流在电磁感应作用下必然受到影响，此时它对于地面的物体会产生严重的雷击现象，导致地面上所有物体都严重受损。就这一严重的雷击现象需要考虑其所存在的集中电荷现象问题，越是地势较差的地方月容易出现强雷擊事件，因为这里是具有良好导电性的区域，某些区域就要布置好针对性的防雷措施。就以全固态中波发射机的天调为例，由于它地处较高地势且导电性良好位置，所以必须设置相应防雷措施保证其天调网络不受雷击损害。

2. 全固态中波发射机天调网络的基本概述

2.1 全固态中波发射机天调网络的基本结构

在全固态中波发射机中，一般中波广播波长都相对较长，这增加了发射机加工演算波长的复杂性，在实际的中波发射过程中需要依赖对发射机天调网络的实际阻抗进行相应调节修正，如此可满足对发射机工作状态的优化，保证二者相互有效作用。

2.2 全固态中波发射机天调网络的工作原理

再看中波天调网络，当天调网络遭遇静电甚至雷击状况时，必须针对网络设置相应的滤波电路，滤波电路设置的主要作用就是通过滤波干扰信号，合理调整设备中的信号阻抗与信号转换过程，保证发射机性能有效发挥，满足实际的运行状态与工作性能要求。就全固态中波发射机整体而言，当它的天调网络产生雷击现象时，也会同时产生强大电流，绝大部分流入到中波发射机中，导致其无法正常运行工作，严重时甚至会导致整个发射机线路烧毁，整个发射机设备就此完全损坏。所以必须提出有针对性的天调网络防雷对策。

3. 全固态中波发射机天调网络的防雷措施研究

3.1 针对全固态中波发射机天线的防雷措施

发射机的天线部分防雷措施要做到严谨合理到位，这是因为天线一般处于较高的建筑顶端位置，一旦遭遇任何雷雨等恶劣天气，例如遭受雷击时就必须做好防雷措施，否则后果不堪设想，具体的损失表现就是过度电流直接从天线导入到大地中，导致发射机设备完全失灵。举例来说，如果出现的雷电放出电流达到1000A，它导入大地的电阻应该在5Ω左右，此时塔基的电位就会提高到5kV以上，低电位在附近大量产生，强大的电流会直接被引入到发射机中。减小天线导入电流的方法主要有二：其一是研究做好接地工作，保证所产生的电阻越小越好，当然也要相对削减其分流部分，确定好唯一接地点。再一方面就是要适当减小地网中的电阻部分。

3.2 针对全固态中波发射机天调网络的防雷措施

如上文所述，大气中的雷电其由于自身所带电流相当强大，破坏能力非同小可，为此必须提出针对发射器效果良好的防雷对策。

3.2.1 石墨打火隙装置的安装

具体到发射机的防雷措施设置方面，需要结合调配室中所安装的石墨打火隙装置展开相应设计，最大限度减少雷击所带来的负面不良影响，同时可规避放大发射机功率，对半导体等器件的损坏可能性也会相对减小。再者，这种装置也能有效降低放电次数，举个例子，可考虑为发射机制作全金属放电隙接地线以及金属杆，并在它们之上穿上大约50个左右的金属磁环，这些磁环实际上并没有促进设备运行效率的功能，但是它们能够有效增强发射机自身阻抗，有效规避短路现象，在发射机天调网络遭遇雷电现象时可起到一定保护作用。需要明确其防御雷电的核心应该为低频与直流，换言之要保证雷电不会对发射机天调网络的接地通路产生任何负面效应。

3.2.2 隔直电容器LO的安装

要充分考量在全固态发射机天线中可能存在的外界天气影响现象，就比如说本文中所提到的雷电现象，因为雷电现象所产生的电流会对发射机本身产生相当强大的负面影响，此时需要安装隔直电容器LO。应该选择容量在1000～2000PF的LO，具体的容量范畴还要根据中波频率而定，目的就是为了合理规避较强的压降情况，在设计安装过程中有必要提升电伏伏安量，保证发射机本身的输出功率与LO电伏伏安量二者成正比。如果所输出的功率与LO电伏伏安量之间二者呈现正相关关系，那么当发射机功率变大时，其伏安量会相应升高，输出功率则会相应有所减弱，它的伏安量则会相对降低。

3.2.3 移相网络的设置

如果遭遇雷击，发射机铁塔基部位置会最先出现短路情况。为了避免雷击造成二次或更大伤害，防止产生更大的负面影响，必须选择在发射机端口位置增加保护，避免短路现象频繁出现。另外，也可通过一定程序措施例如移相网络设置来弥补小武差问题，即补偿相移。具体做法就是将其转化为π整数，在设置移相网络过程中合理调节天调网络中的天线之间阻抗，匹配信号问题有效规避可能存在的各种负面影响。

3.2.4 高驻波保护与激励封锁的设置

在针对某些功率偏大的发射机实施高驻波保护与激励封锁设置时，应该选择电压馈送能力较高的发射条件，此时必须合理配合电压馈线与天调网络馈线形成相互有效关联，确保天条网络馈线打火放电过程到位。考虑到在针对某些功率偏大的发射机实施高驻波保护与激励封锁过程中需要选择较高的电压馈送条件，因此这里还需要根据电压馈线对天调网络馈线段位置进行合理设置，明确发射机内所产生的高压驻波问题，特别注意对打火放电现象的控制，满足发射机发射条件。然后熄灭电弧，并采用高激励封锁确保电弧被准确熄灭，同时做到对信号的及时恢复。

上述措施具有一定科学性，特别是封锁激励机制可有效提升天线封锁保护设置优化措施，满足全固态中波发射机天调网络运营过程中的所有安全需求。

3.2.5 天线基底部采用高频扼流圈接地装置

在全固态中波发射机天调网络的天线基底部可采用高频扼流圈接地装置，如此设计也可有效提高防雷有效性效果。目前比较常采用的系统为双电源系统，该系统拥有专门设置的变压器部分，它专门设置在天调网络位置，且它充分考虑到双电源系统中，主要围绕所有高压线路部分进行设计，但是它是完全暴露在室外部分的，所以非常容易引发雷击事故。因此为有效杜绝雷击问题可选择在电源系统中专门设置分层防雷措施。它的具体做法就是围绕天线的基础位置安装高频率的扼流圈配合接地部分，并将天线设置在相应的雷电接地位置，始终保证带电云团电荷被合理有效释放。在该过程中，如果带电云团电荷击穿大气层，那么此时天调网络中的天線高频扼流圈就会直接接地，此时可满足所有放电条件。

3.2.6 天线基底部位置设置放电球

一般来说，天线基底位置的放电球是有效的防雷装置，它被安装于天线底部附近。放电球本身为半椭圆金属结构，将它安装在天线底部与发射机连接，另一端则直接接地，与发射机关联，调节发射机频率过程中需要对其雷电的平均雷击强度问题进行分析，如果雷击现象严重，则需要结合放电球上的天调网络进行针对性分析，确保放电球始终作为天调网络的第一雷击瞬时电荷放电工具。而在天线底部安装放电球的注意事项主要有以下几点：

第一，要准确界定放电球的安全电压值。

第二，要充分考虑到大气中的雷击现象是极不稳定的，为了有效应付变化，需要在大气层中计算其所汇集的电荷数量，并为放电球设置最安全电压值，配合放电处理装置与放电球在短时间内释放大量电荷，保证电荷在陆地上有效扩散。

第三，在夏季雷雨多发天气与地区要严格检查放电球的间隙是否符合国家所规定的安全间距要求，其目的是为了有效保障发射机可在正常状态下稳定运行工作。

石墨放电球本身是具有良好的物理特性的，它的放电能力表现较强，在放电过程中，石墨类放电球的电压会伴随天调网络辐射面积的增长而逐渐减小。在设置石墨放电球时，要保证它的安装放置间距在1mm/kV以内，且要保证安放过程中它能够具有良好的接地性能。在安装石墨放电球过程中还要安装一个小磁环，保证小磁环与接地端完全串联，一旦天线系统遭遇任何雷击威胁，石墨球与小磁环都是能够有效提升发射机短路阻抗的，它们对发射机的安全稳定运行都有一定的促进保障作用。

4. 总结

在全固态中波发射机中，天调网络是最为关键的一部分，它对整个系统的运行质量影响都非常之大。但是由于受到外部自然环境因素的影响，发射机还必须克服雷电问题。本文中就着重探讨了这一点，提出了若干方法追求全固态中波发射机的安全稳定运行效果，同时确保其天调网络遭受雷电攻击的危害水平降到最低。

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