PDM中波發(fā)射機的防雷技術改造

楊孝云

福建省廣播電視傳輸發(fā)射中心八0二臺，福建南平 353000

雷擊有直擊雷和感應雷兩種方式，雷擊時產(chǎn)生強大電流，直接威脅設備安全，在該強大電流的作用下，產(chǎn)生瞬間脈沖電磁輻射，發(fā)射機受到強大電脈沖的沖擊。發(fā)射機本身原已采取了許多措施，在天線底部還接有放電球和泄放線圈，泄放雷電。打雷時我們可以看到放電火花，說明這些措施是起作用的，但雷擊時功放管還是損壞。對我臺地網(wǎng)的接地電阻進行測量，接地電阻為1Ω，沒有問題。功放管被雷擊損壞有兩種可能：一種是因場效應功放管耐壓低，雷電電荷還來不及泄放，過大的瞬間電流沖擊就已造成了功放管的損壞；另一種是天線與發(fā)射機之間較長的50Ω輸送饋管感應了雷電強大的電脈沖，沖擊了發(fā)射機，將功放管損壞。而后者應是造成功放管損壞的主要的原因。

圖1

出于這種考慮，中波發(fā)射機廠家－上海明珠廣播器材廠在發(fā)射機的輸出端與輸出饋管間加裝了避雷器（如圖1）。該避雷器由一耐高壓電容和避雷放電管組成，放電管耐壓為1500V。但在安裝該避雷器后，效果并不理想，功放管還時常遭雷電而損壞。我們分析，避雷器雖然用耐高壓電容堵住雷電的進發(fā)射機的道路，但泄放雷電的道路尚不夠暢通，由于雷電瞬間電流時間極短，在放電管放電泄放雷電之前，電脈沖就已作用在功放管上了。

圖2

為此，我們在發(fā)射機輸出口加裝一防雷電感線圈，泄放天線和100多米長饋管上感應的雷電電流。（見圖2）該高頻電感線圈，用2mm的防高溫絲包線或2.5mm的塑料導線，在一個直徑為70mm的磁環(huán)上繞35圈，制成一電感線圈。經(jīng)測量，其電感量約為5毫亨～6毫亨。在中波頻段，此電感線圈的感抗為(以525kHz計算)：

從計算可以看出，防雷電感線圈對發(fā)射頻率呈現(xiàn)高阻，不會影響天調(diào)網(wǎng)絡，也不會影響機器的運行指標，它為雷電電流提供一條電阻為零的泄放通路，可以起到避雷作用。

在安裝防雷電感線圈后的，有比較明顯的防雷效果。但雷擊時仍有部分功放管損壞。這是因為雖然各種雷電波總體的輪廓相似，但是每一次雷電閃擊的電流（電壓）波形存在很大的隨機性，在遠距離上，主要是雷電輻射場中低頻分量的傳播，其能量主要由直流能量和低頻能量組成。原安裝的高頻線圈可以泄放它的直流能量，卻不能對低頻能量起作用，以2000Hz的交流電為例，高頻阻流圈的阻抗為：

對接地電阻的要求是小于4Ω，接地電阻如是2Ω.低頻電流接地電阻相當于62+2=64Ω，顯然達不到防雷的要求。要泄放低頻能量，最好的辦法是在發(fā)射機的出口處安裝LC并聯(lián)諧振電路。

LC并聯(lián)諧振電路諧振時對諧振頻率呈高阻，其等效阻抗為，X=L/RC，不會對發(fā)射機自身和天調(diào)網(wǎng)絡產(chǎn)生影響，對低頻則電阻極?。?.5Ω以下），完全可以滿足發(fā)射機的防雷要求。

以工作頻率為1008KHz發(fā)射機為例：采用高壓云母電容，容量C=1000PF，根據(jù)諧振公式：f0=1/2π（LC）1/2，可得電感線圈L=24.93μH.其諧振時的等效阻抗X0=24. 93×10-6/（0.1×1000×10-12）=249KΩ（假設線圈的電阻是0.1Ω，如需精確定量計算，可用電橋測出該值）。此時對低頻分量，該并聯(lián)諧振電路呈感性，如2000Hz的低頻，其感抗為X=2πf L= 2×3.14×2×103×24.93×10-6=0.31Ω≤4Ω。因此可以滿足防雷的要求。并聯(lián)諧振電路接法如圖3所示：

圖3

1 電容的選擇

LC諧振電路Q值本應盡量大 。從公式Q=1/ωRC可知，電感線圈確定后，R值就確定了，要得到大的Q值，電容C應小些，可Q值過高，通頻帶B= f0/Q會變窄，導致發(fā)射機載頻邊帶太窄，影響發(fā)射機頻響指標。除工作頻率為603kHz的發(fā)射機諧振電容取C=3000PF外，其他發(fā)射機諧振電容取C=1000PF。

2 電感的制作

式中μ0為真空磁導率，取4π×10-7， μs為線圈內(nèi)部磁芯的磁導率，空心線圈μs=1，N2線圈圈數(shù)的平方，S為線圈的截面積，單位為平方米，l為線圈的長度，單位為米。K為系數(shù)，取決于線圈半徑與長度的比值，見K值表。電感量L的單位為亨利。

K值表

用寬14mm厚2.5mm的紫銅帶繞成直徑Φ=126mm的線圈，每圈間距為6mm，共19圈，線圈長度為140mm。線圈的抽頭走線圈內(nèi)部，線圈骨架用厚8mm的膠木板制作。 線 圈 的 最 大 電 感 量 為 L=（K×μ0×μs×N2×S）/l=0.71×4π×10-7×1×192×（0.0632×π）/0.14=28.7×103H（K值用插值法取得），即27.8μH。改變線圈的抽頭位置可減小電感量。根據(jù)諧振公式f0=1/2π（LC）1/2，可計算出各發(fā)射機不同工作頻率的時諧振線圈的電感量。

3 調(diào)試

為了使LC并聯(lián)諧振電路準確地諧振于發(fā)射機的工作頻率，應對線圈的抽頭位置進行調(diào)節(jié)，確定后再接在發(fā)射機上。我們制作了一個簡單的檢波電路，見圖4。調(diào)試時，從發(fā)射機的高頻激勵輸出端口取出激勵信號作為基準高頻信號源接入自制電路，根據(jù)并聯(lián)電路的原理，改變電感線圈的抽頭位置，當達到諧振頻率時，阻抗最大，線圈兩端電壓最高，萬用表電壓檔表針指示最大，電路準確地調(diào)試到發(fā)射機的工作頻率上了。將調(diào)試好的諧振電路安裝在發(fā)射機上，開機正常，三大技術指標測試為甲級。

經(jīng)過上述的技術改造，基本上克服了雷電對發(fā)射機的威脅，保證了安全優(yōu)質播出。

圖4

[1]趙紹榮，黃紅偉.全固態(tài)中波發(fā)射機的防雷措施[J].西部廣播電視，2005(11).