移動(dòng)通信基站天線及接地防雷技術(shù)措施

曾 旭

（廣東經(jīng)緯天地科技股份有限公司，廣東 珠海 519000）

移動(dòng)通信基站天線及接地防雷技術(shù)措施

曾 旭

（廣東經(jīng)緯天地科技股份有限公司，廣東 珠海 519000）

為保障移動(dòng)通信基站的安全，確保通信信號(hào)的安全、穩(wěn)定傳輸，必須積極做好防雷工作。文章主要探討移動(dòng)通信基站天線技術(shù)和接地防雷技術(shù)。

移動(dòng)通信基站；天線；接地防雷

近年來，我國移動(dòng)通信發(fā)展迅速，移動(dòng)通信基站數(shù)量大幅增加，但因基站所在地理、氣象、電源、空間電磁等環(huán)境相對(duì)特殊，易發(fā)生雷電災(zāi)害，導(dǎo)致人員傷亡、設(shè)備損壞、通信中斷，帶來嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失。同時(shí)，基站本身屬于弱電子設(shè)備，更易受雷電影響。為確?；景踩€(wěn)定運(yùn)行，須重視和加強(qiáng)防雷電工作，應(yīng)用好防雷技術(shù)。

1 移動(dòng)通信基站天線防雷技術(shù)

移動(dòng)通信基站天線是通信系統(tǒng)的重要組成部分，其性能好壞直接關(guān)系到移動(dòng)通信的效率和質(zhì)量。因基站天線需持續(xù)收發(fā)電磁波，通常處在LPZOB區(qū)，在雷擊在天線支撐物或者周邊時(shí)，雷擊產(chǎn)生的電磁場強(qiáng)度不會(huì)出現(xiàn)衰減，易導(dǎo)致通信錯(cuò)碼、誤動(dòng)，乃至損壞設(shè)備[1]。依照移動(dòng)通信基站相關(guān)技術(shù)要求，電磁場的干擾強(qiáng)度需控制在800 A/m以內(nèi)，但從實(shí)際看，基站天線所在的磁場強(qiáng)度遠(yuǎn)大于該標(biāo)準(zhǔn)，如此就可能出現(xiàn)誤動(dòng)或損壞，這是移動(dòng)通信基站常見的雷擊現(xiàn)象。

基站天線系統(tǒng)除進(jìn)行直擊雷防護(hù)之外，還需對(duì)感應(yīng)雷、雷擊電磁脈沖等進(jìn)行防護(hù)。天線應(yīng)選用雙層屏蔽功能的電纜或者單層屏蔽電纜外套金屬管裝于基站信號(hào)塔中央敷設(shè)，對(duì)于屏蔽層需要在鐵塔上、下兩端各進(jìn)行一次接地，在入戶處還需進(jìn)行一次接地。對(duì)處在中雷區(qū)以上并且天線較長時(shí)，需要在機(jī)房入口處裝置天線電涌保護(hù)器（Surge Protection Device，SPD）[2]。對(duì)于架空電纜吊線兩側(cè)與架空電纜線路上的金屬管道必須接地。且信號(hào)電纜必須選用屏蔽電纜或者配有護(hù)套電纜套金屬管埋入地下進(jìn)線，同時(shí)要裝置信號(hào)SPD。SPD、電纜金屬層均要接地處理，光纖屏蔽層與加強(qiáng)芯也需要接地。此外，所選用裝置的信號(hào)SPD必須滿足這兩個(gè)要求：（1）必須達(dá)到可充分釋放天線的雷擊電流，以免通信設(shè)備受到雷擊。在選用信號(hào)SPD時(shí)，須依照通信基站所在區(qū)域的年雷暴天數(shù)、雷擊電流大小等情況確定SPD的參數(shù)，同時(shí)要把信號(hào)SPD裝置在臨近通信設(shè)備的天饋線入口處，把信號(hào)SPD的保護(hù)區(qū)域就近和機(jī)房中的等電位連接端子板相連接。（2）要確保整個(gè)天線系統(tǒng)能合適匹配，確保通信信號(hào)穩(wěn)定、可靠。如匹配不當(dāng)，則可能會(huì)降低發(fā)射設(shè)備的有效功率，縮小基站信號(hào)的覆蓋面，影響到用戶的通信質(zhì)量和使用體驗(yàn)。

2 移動(dòng)通信基站接地防雷技術(shù)

2.1 技術(shù)要求

（1）接地裝置既要共用，但又要隔離。倘若通信基站相關(guān)系統(tǒng)均接地，在出現(xiàn)雷擊時(shí)這些系統(tǒng)接地點(diǎn)電位會(huì)有較大差異。如圖1所示，3個(gè)不同接地系統(tǒng)間的瞬間電位差較大，假設(shè)系統(tǒng)1是交流電源運(yùn)行接地，系統(tǒng)2是計(jì)算機(jī)邏輯接地，系統(tǒng)3是機(jī)殼安全保護(hù)接地，同時(shí)假設(shè)雷電產(chǎn)生的沖擊波自系統(tǒng)1，也就是交流電源進(jìn)入，因雷電瞬時(shí)電壓一般在幾萬乃至數(shù)十萬伏，如此相同設(shè)備內(nèi)的電路板將分別和電源、通信或者外殼相連接部分承受各系統(tǒng)網(wǎng)間的高壓而擊損。

圖1 接地裝置

倘若采取共用接地，那么雷擊電流就會(huì)在沖擊接地電阻上形成高壓，一同存在于各個(gè)系統(tǒng)接地線上，如圖1所示的3個(gè)系統(tǒng)將接地極電壓看作基準(zhǔn)“零電壓”，那么不會(huì)出現(xiàn)相同設(shè)備各個(gè)接地系統(tǒng)間的雷擊損傷。

（2）接地電阻要求。移動(dòng)通信基站接地裝置如圖2所示，可以看出其屬于復(fù)數(shù)阻抗。不僅要提供相關(guān)接地相連電阻，同時(shí)還能明確顯示接地系統(tǒng)的相連電抗特征。

圖2 接地裝置的接地電阻情況

對(duì)于功能性接地電阻，一般情況是工頻接地電阻，對(duì)于電子系統(tǒng)而言，功能性接地是流過直流到高頻電流。而基于高頻狀態(tài)，接地阻抗會(huì)明顯增大。譬如：有一個(gè)長度為61 m的水平接地裝置，在低于10 kHz頻率情況下的阻抗在5～7 Ω，在頻率增大到1 MHz時(shí)，它的阻抗會(huì)增大至52 Ω，如頻率持續(xù)增大，那么可知道其阻抗也會(huì)隨之增大。此外，接地線感抗一般是XL=2 πfL，假設(shè)有一根25 mm2規(guī)格的銅導(dǎo)體和一根106 mm2規(guī)格的銅導(dǎo)體，那么在大小不一的頻率狀態(tài)，感抗均遠(yuǎn)大于電阻，所以，導(dǎo)體阻抗可以略去電阻，視作為感抗；如把導(dǎo)體截面自25 mm2增大到106 mm2，也就是導(dǎo)體截面增大近3倍，感抗減小幅度很小[3]。比如：一根長度為30.5 m導(dǎo)體，處在100 MHz頻率下感抗僅僅減小10 %，所以，因流過電流極小，功能性接地或等電位連接線截面不需很大。

如今我國移動(dòng)通信基站的電子系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，受干擾頻率在數(shù)十到數(shù)百M(fèi)Hz。所以，接地阻抗與接地線感抗均會(huì)增大。換言之，功能性接地電阻要求很低對(duì)直流到工頻接地電阻無明顯影響，但對(duì)于共用接地裝置，必須考慮50 Hz供電系統(tǒng)對(duì)雷電的泄流以及反應(yīng)時(shí)間，接地電阻控制在4 Ω以內(nèi)。

2.2 接地裝置的構(gòu)建

如果移動(dòng)通信基站的天線、機(jī)房設(shè)置于城市建筑物周邊，那么可通過相關(guān)建筑物的地網(wǎng)進(jìn)行綜合接地；在通信基站無法通過建筑物進(jìn)行綜合接地時(shí)，其共用地網(wǎng)必須由機(jī)房、鐵塔及變壓器等有關(guān)地網(wǎng)構(gòu)成。在機(jī)房內(nèi)各種接地線需采取共網(wǎng)但不共母線方式自共用地網(wǎng)獨(dú)立引入。通信基站機(jī)房地網(wǎng)主要由建筑物基礎(chǔ)設(shè)施、外部環(huán)形接地體構(gòu)成。其中，環(huán)形接地體必須沿著機(jī)房建筑物敷設(shè)，同時(shí)和機(jī)房基礎(chǔ)接地體的橫豎中兩根以上的主鋼筋相連接。

在構(gòu)建接地體時(shí)，最好選用熱鍍鋅類鋼材，同時(shí)要滿足以下要求，接地體所用鋼管的直徑必須在50 mm以上，壁厚大于3.5 mm；對(duì)于角鋼規(guī)格不得低于50×50×5（mm3）；對(duì)于扁鋼則不得低于40×4（mm2）[4]。垂直接地體的長度控制在1.5～2.5 m間，其間距是自身長度的1～2倍。如果所設(shè)區(qū)域土壤電阻率不均，且下層土壤電阻率偏低，那么需要適當(dāng)增長。倘若垂直接地體敷設(shè)存在困難，那么可設(shè)置數(shù)根環(huán)形水平接地體，相互間隔開1～1.5 m，并且每隔3～5 m需要相互焊接一次[5]。對(duì)于鹽堿腐蝕性強(qiáng)或土層電阻率偏高，無法滿足接地電阻要求區(qū)域，接地體必須選用耐腐性強(qiáng)，保濕性良好的非金屬類材料。同時(shí)，接地體間的焊接點(diǎn)，除了進(jìn)行澆注混凝土外，還應(yīng)進(jìn)行必要的防腐處理。對(duì)于接地體的焊接長度要求，扁鋼需要是寬邊2倍，圓鋼是其直徑10 倍。此外，接地體上側(cè)距地必須在0.7 m以上，對(duì)于天氣相對(duì)寒冷區(qū)域，接地體必須敷設(shè)在凍土內(nèi)。

此外，對(duì)于接地線，最好短而直，截面積控制在35～95 mm2多股銅線。對(duì)于接地引入線 應(yīng)控制在30 m以內(nèi)，選用鍍鋅扁鋼管，截面積控制在160 mm2以上。同時(shí)，需要對(duì)接地引入線進(jìn)行防腐和絕緣處理，不得敷設(shè)在暖氣地溝中，在敷設(shè)時(shí)必須避開污水溝、排水管道，對(duì)于裸露地面的，需進(jìn)行保護(hù)處理。接地引入線自地網(wǎng)中心就近引出，與機(jī)房接地線相連接，必須在兩根以上。

3 結(jié)語

總之，為確保移動(dòng)通信質(zhì)量，保障通信穩(wěn)定和安全，必須重視通信基站防雷工作。一方面，要強(qiáng)化基站天線防雷技術(shù)，通過屏蔽技術(shù)提升天線防雷性能。另一方面，應(yīng)根據(jù)基站實(shí)際情況建立合理適用的接地裝置，最大限度降低雷電對(duì)基站的干擾和損害，提升基站運(yùn)行安全性。

[1]朱明，曾明育，于瀟.移動(dòng)通信基站防雷與接地技術(shù)的研究[J].通信電源技術(shù)，2012（3）：68-70.

[2]孫恒，吳啟宗.移動(dòng)通信基站防雷措施研究[J].科技信息，2012（1）：148，192.

[3]中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部.通信局（站）雷電過電壓保護(hù)工程設(shè)計(jì)規(guī)范（YD/T509-8-2001）[M].北京：中國信息工業(yè)出版社，2001.

[4]張燕.解析移動(dòng)通信基站防雷設(shè)計(jì)與接地技術(shù)[J] .科技展望，2016（22）：183.

[5]趙永云，劉剛，曾昭盛.移動(dòng)通信基站防雷接地淺析[J].科技風(fēng)，2011（11）：94- 95.

Discussion on the antenna and grounding lightning protection technology of mobile communication base station

Zeng Xu
（Guangdong Well Cell Tech. Co. Ltd., Zhuhai 519000, China）

In order to ensure the security of mobile communication base station and ensure the security of communication signal and stable transmission, the lightning protection work must be done actively. This paper mainly discusses the antenna technology and grounding lightning protection technology of mobile communication base station

mobile communication base station; antenna grounding; lightning protection

曾旭（1983— ），男，廣東珠海，工程師；研究方向：通信工程。