衛(wèi)星電視接收站防雷技術(shù)研究

雷電以其巨大的破壞力給人類、社會(huì)帶來慘重的災(zāi)難。近幾年來雷電災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，它對(duì)國民經(jīng)濟(jì)造成的危害日趨嚴(yán)重。同樣，雷電對(duì)衛(wèi)星電視接收站造成的危害也時(shí)有報(bào)道。為此，加強(qiáng)防雷意識(shí)，做好預(yù)防工作，保護(hù)衛(wèi)星電視接收站設(shè)備不受雷擊，將雷害損失降到最低限度，這是軍隊(duì)文化裝備管理中極其重要的任務(wù)。現(xiàn)以連隊(duì)、哨所衛(wèi)星電視接收站為例，討論防雷技術(shù)知識(shí)并給出衛(wèi)星電視接收站的防雷設(shè)計(jì)方案。

一、概述

直播衛(wèi)星均采用大功率衛(wèi)星，這些衛(wèi)星的信號(hào)場強(qiáng)，且覆蓋面積廣，大都在Ku波段廣播，Ku（12GHz-14GHz）波段由于其頻率高，電波容易穿過電離層進(jìn)出大氣層，傳輸損耗也不易受大氣擾動(dòng)的影響，并且在該頻段廣播受外界的干擾小，轉(zhuǎn)發(fā)器的等效全向輻射功率高，故地面采用小口徑天線即可接收。

由于衛(wèi)星電視接收站設(shè)備的精密設(shè)計(jì)和電子元器件的高度集成化，從而造成對(duì)雷擊電磁脈沖（LEMP）的承受能力很弱，每年由于雷電襲擊造成衛(wèi)星電視接收站癱瘓的事件常有發(fā)生，給部隊(duì)文化宣傳工作帶來嚴(yán)重影響。因此，根據(jù)現(xiàn)有的國際、國內(nèi)雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合衛(wèi)星電視接收站的具體結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代防雷理論，對(duì)雷擊電磁脈沖防護(hù)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)十分必要。

二、防雷設(shè)計(jì)的依據(jù)

1.《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-94

2.《民用閉路監(jiān)視電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》GB50198-94

3.YD/T5098-2001《通信局（站）雷電過電壓保護(hù)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》

4.GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》

三、衛(wèi)星電視接收站防雷設(shè)計(jì)方案

1.衛(wèi)星電視接收站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡介（見圖1）

現(xiàn)在的衛(wèi)星電視直播系統(tǒng)（DBS）大都在Ku波段廣播，Ku由于其頻率高，故地面采用小于1米的小口徑偏饋天線即可接收。少數(shù)衛(wèi)星電視直播系統(tǒng)（DBS）用C波段廣播，通常采用1.5m口徑正饋天線接收。

目前我國各行業(yè)使用量最大的衛(wèi)星電視接收站，主要由室外單元ODU（包括后前饋天線，高頻頭）和室內(nèi)單元（衛(wèi)星電視接收機(jī)）組成。高頻頭中下變頻器將Ku（12GHz-14 GHz）或C（3.7GHz-4.2 GHz）波段信號(hào)變換成中頻信號(hào)（950MHz-2050 MHz或950MHz-1450 MHz）傳向室內(nèi)單元（衛(wèi)星電視接收機(jī)）。在中頻時(shí)將視頻和話音分開或合成，送入電視機(jī)。

2.衛(wèi)星電視接收站的防雷設(shè)計(jì)方案

（1）直擊雷防護(hù)

由于衛(wèi)星電視接收站的偏饋天線及高頻頭大多安放在屋頂，受直擊雷襲擊的概率高.因此必須將其置于直擊雷防護(hù)范圍內(nèi)（處于LPZ0B區(qū)）。通常在塔桿頂部安裝避雷針，避雷針離基站天線2-3m左右，通過良好的接地裝置把它接入大地。針高可用滾球法計(jì)祘，保證收發(fā)天線在避雷針保護(hù)范圍以內(nèi)。還應(yīng)有小于10歐姆的接地電阻。

但是避雷針在200多年的應(yīng)用中顯露出它的一些局限性。比如：1）接閃入地的過程中產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場也引來了更多的感應(yīng)雷擊。特別是微電子設(shè)備相對(duì)集中的地方，感應(yīng)雷擊對(duì)設(shè)備的安全構(gòu)成極大的威脅。2）避雷針的保護(hù)范圍是不確定的，常?？赡芾@過避雷針發(fā)生繞擊。3）避雷針頻繁的引雷入地還會(huì)產(chǎn)生地電位反擊、跨步電壓等問題。

因此，為了避免接閃入地的過程中產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場引來的感應(yīng)雷擊，我們采用新一代直擊雷防護(hù)裝置。它可以將雷電對(duì)地面的閃擊大幅度減少，也就大大減少了從電源線、信號(hào)線、天線上的感應(yīng)雷擊。

直擊雷保護(hù)裝置型號(hào)為CPD-Ⅰ

“CPD-Ⅰ”型。原理簡述：隨著雷電先導(dǎo)接近金屬大氣電極，由于電場靜電感應(yīng)作用，在金屬大氣電極和大電流開關(guān)上下部聚集符號(hào)相反的電荷。當(dāng)金屬大氣電極對(duì)地電壓達(dá)7000v左右，此時(shí)，大電流開關(guān)導(dǎo)通。通過接地從地面向金屬大氣電極裝載電荷，補(bǔ)充金屬大氣電極上的電荷，保證了上行電荷的中和雷電下行先導(dǎo)的能力，在保護(hù)區(qū)內(nèi)使直擊雷大幅度減少，也大大減少了感應(yīng)雷的次數(shù)。接地的作用主要是地面向金屬大氣電極裝載電荷，故對(duì)接地電阻要求不高（小于30歐姆左右即可）。

直擊雷防護(hù)裝置的特點(diǎn)：

A.“CPD-Ⅰ”型直擊雷保護(hù)裝置將雷電對(duì)地面的閃擊大幅度減少，也就大大減少了從電源線、信號(hào)線、天線上的感應(yīng)雷。

B.“CPD-Ⅰ”型直擊雷保護(hù)裝置工作原理是：是通過接地導(dǎo)線從地面向金屬大氣電極裝載電荷去中和雷電的過程，而接閃成為次要的，故“CPD-Ⅰ”型直擊雷保護(hù)裝置對(duì)接地電阻要求不高。

C.本裝置用地面電荷中和雷電下行先導(dǎo)的原理，其保護(hù)角較普通避雷針大得多，達(dá)到70°以上。

（2）感應(yīng)雷防護(hù)

1）電源的感應(yīng)雷防護(hù)：

實(shí)際經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證，由電源系統(tǒng)耦合進(jìn)入的感應(yīng)雷擊造成設(shè)備損壞的概率占雷擊災(zāi)害損失70%以上。因此，對(duì)電源系統(tǒng)的避雷保護(hù)措施是整個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)防雷工程中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。要防止由外輸電線路的感應(yīng)雷電波和雷電電磁脈沖的侵入，使其在進(jìn)入機(jī)房的電源系統(tǒng)之前將其泄放入地。

由于電力供給是由監(jiān)控機(jī)房外的配電室引入，電源高壓端的防雷保護(hù)已由電力供電部門實(shí)施。因此，對(duì)于機(jī)房的電源系統(tǒng)的雷電防護(hù)，我們采取以下的防雷保護(hù)方案。

2）電源系統(tǒng)的防護(hù)：

根據(jù)由原信息產(chǎn)業(yè)部批準(zhǔn)的《YD/T5098-2001《通信局（站）雷電過電壓保護(hù)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，機(jī)房的電源系統(tǒng)，應(yīng)采用三級(jí)（Ⅰ/B、Ⅱ/C、Ⅲ/D）電源避雷器設(shè)置，逐級(jí)降低殘壓，保護(hù)設(shè)備。

由于該機(jī)房的特殊情況（機(jī)房通常為獨(dú)立機(jī)房，級(jí)與級(jí)之間不能滿足10m的安全距離要求，故不能采用電源防護(hù)的三級(jí)設(shè)置）。我們采用在機(jī)房的設(shè)備供電端安裝型號(hào)為HY22P-40-10串聯(lián)型電源防雷箱（代替兩級(jí)防雷，作為機(jī)房設(shè)備的電源系統(tǒng)的防護(hù)。該串聯(lián)防雷箱為獨(dú)立安裝。防雷箱大的通流余量，保證了防雷箱的長壽命，配有劣化指示。

3）天饋線、信號(hào)線的感應(yīng)雷防護(hù)：

從衛(wèi)星電視接收站天饋線的IDU（衛(wèi)星電視接收機(jī)）到ODU（高頻頭）距離通常在10-20m以上，應(yīng)當(dāng)在單元入口處加裝相應(yīng)頻段的天饋避雷器，防止由同軸饋線上的感應(yīng)雷損壞衛(wèi)星電視接收機(jī)和高頻頭。同軸電纜的中頻信號(hào)下行頻率通常為：下行950MHz-2050 MHz或950MHz-1450 MHz；安裝HY2000TN（或TNC）天饋避雷器上下各1只，以抑制來自天饋線的感應(yīng)雷電波；該型防雷器雷電通流量20KA，采用簡單高效保護(hù)電路，采用優(yōu)質(zhì)接頭以降低插損，保證衛(wèi)星接收機(jī)的正常工作。

（3）地網(wǎng)

對(duì)電子系統(tǒng)，無論是抗干擾或是電磁脈沖（包含雷電產(chǎn)生的電磁脈沖）良好的接地是必不可少的。

對(duì)獨(dú)立衛(wèi)星站可根據(jù)YD5098-2005通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范，獨(dú)立的室外站宜圍繞機(jī)房設(shè)置封閉環(huán)形接地體，并與機(jī)房匯流排焊接連通，如接地電阻大于10Ω，應(yīng)在環(huán)形接地體的四角敷設(shè)10-20m的輻射形水平接地體。

四、結(jié)束語

方案的特點(diǎn)：

（1）方案以新型直接雷防護(hù)裝置杜絕或減少在保護(hù)區(qū)內(nèi)直擊雷的產(chǎn)生和雷擊強(qiáng)度，并將大幅度減少感應(yīng)雷的次數(shù)。與引雷入地的常規(guī)避雷針（包括提前放電避雷針）相比，直擊雷和感應(yīng)雷的次數(shù)降低90%以上。（國外和國內(nèi)應(yīng)用的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）。

（2）對(duì)接地電阻要求不高。新型直接雷防護(hù)裝置原理是通過接地從地面向金屬大氣電極裝載電荷，補(bǔ)充金屬大氣電極上的電荷，保證了上行電荷的中和雷電下行先導(dǎo)的能力，故對(duì)接地電阻要求不高（小于30Ω即可）。它將大大減少地網(wǎng)施工的工作量。