衛星電視接收站防雷技術研究

雷電以其巨大的破壞力給人類、社會帶來慘重的災難。近幾年來雷電災害時有發生，它對國民經濟造成的危害日趨嚴重。同樣，雷電對衛星電視接收站造成的危害也時有報道。為此，加強防雷意識，做好預防工作，保護衛星電視接收站設備不受雷擊，將雷害損失降到最低限度，這是軍隊文化裝備管理中極其重要的任務。現以連隊、哨所衛星電視接收站為例，討論防雷技術知識并給出衛星電視接收站的防雷設計方案。

一、概述

直播衛星均采用大功率衛星，這些衛星的信號場強，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出大氣層，傳輸損耗也不易受大氣擾動的影響，并且在該頻段廣播受外界的干擾小，轉發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。

由于衛星電視接收站設備的精密設計和電子元器件的高度集成化，從而造成對雷擊電磁脈沖（LEMP）的承受能力很弱，每年由于雷電襲擊造成衛星電視接收站癱瘓的事件常有發生，給部隊文化宣傳工作帶來嚴重影響。因此，根據現有的國際、國內雷電防護標準并結合衛星電視接收站的具體結構和現代防雷理論，對雷擊電磁脈沖防護進行綜合設計十分必要。

二、防雷設計的依據

1.《建筑物防雷設計規范》GB50057-94

2.《民用閉路監視電視系統工程技術規范》GB50198-94

3.YD/T5098-2001《通信局（站）雷電過電壓保護工程設計規范》

4.GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》

三、衛星電視接收站防雷設計方案

1.衛星電視接收站系統結構簡介（見圖1）

現在的衛星電視直播系統（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。少數衛星電視直播系統（DBS）用C波段廣播，通常采用1.5m口徑正饋天線接收。

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

2.衛星電視接收站的防雷設計方案

（1）直擊雷防護

由于衛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范圍內（處于LPZ0B區）。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。針高可用滾球法計祘，保證收發天線在避雷針保護范圍以內。還應有小于10歐姆的接地電阻。

但是避雷針在200多年的應用中顯露出它的一些局限性。比如：1）接閃入地的過程中產生強大的電磁場也引來了更多的感應雷擊。特別是微電子設備相對集中的地方，感應雷擊對設備的安全構成極大的威脅。2）避雷針的保護范圍是不確定的，常常可能繞過避雷針發生繞擊。3）避雷針頻繁的引雷入地還會產生地電位反擊、跨步電壓等問題。

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

直擊雷保護裝置型號為CPD-Ⅰ

“CPD-Ⅰ”型。原理簡述：隨著雷電先導接近金屬大氣電極，由于電場靜電感應作用，在金屬大氣電極和大電流開關上下部聚集符號相反的電荷。當金屬大氣電極對地電壓達7000v左右，此時，大電流開關導通。通過接地從地面向金屬大氣電極裝載電荷，補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的能力，在保護區內使直擊雷大幅度減少，也大大減少了感應雷的次數。接地的作用主要是地面向金屬大氣電極裝載電荷，故對接地電阻要求不高（小于30歐姆左右即可）。

直擊雷防護裝置的特點：

A.“CPD-Ⅰ”型直擊雷保護裝置將雷電對地面的閃擊大幅度減少，也就大大減少了從電源線、信號線、天線上的感應雷。

B.“CPD-Ⅰ”型直擊雷保護裝置工作原理是：是通過接地導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”型直擊雷保護裝置對接地電阻要求不高。

C.本裝置用地面電荷中和雷電下行先導的原理，其保護角較普通避雷針大得多，達到70°以上。

（2）感應雷防護

1）電源的感應雷防護：

實際經驗驗證，由電源系統耦合進入的感應雷擊造成設備損壞的概率占雷擊災害損失70%以上。因此，對電源系統的避雷保護措施是整個衛星系統防雷工程中必不可少的一個環節。要防止由外輸電線路的感應雷電波和雷電電磁脈沖的侵入，使其在進入機房的電源系統之前將其泄放入地。

由于電力供給是由監控機房外的配電室引入，電源高壓端的防雷保護已由電力供電部門實施。因此，對于機房的電源系統的雷電防護，我們采取以下的防雷保護方案。

2）電源系統的防護：

根據由原信息產業部批準的《YD/T5098-2001《通信局（站）雷電過電壓保護工程設計規范》，機房的電源系統，應采用三級（Ⅰ/B、Ⅱ/C、Ⅲ/D）電源避雷器設置，逐級降低殘壓，保護設備。

由于該機房的特殊情況（機房通常為獨立機房，級與級之間不能滿足10m的安全距離要求，故不能采用電源防護的三級設置）。我們采用在機房的設備供電端安裝型號為HY22P-40-10串聯型電源防雷箱（代替兩級防雷，作為機房設備的電源系統的防護。該串聯防雷箱為獨立安裝。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、信號線的感應雷防護：

從衛星電視接收站天饋線的IDU（衛星電視接收機）到ODU（高頻頭）距離通常在10-20m以上，應當在單元入口處加裝相應頻段的天饋避雷器，防止由同軸饋線上的感應雷損壞衛星電視接收機和高頻頭。同軸電纜的中頻信號下行頻率通常為：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雷電波；該型防雷器雷電通流量20KA，采用簡單高效保護電路，采用優質接頭以降低插損，保證衛星接收機的正常工作。

（3）地網

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

對獨立衛星站可根據YD5098-2005通信局（站）防雷與接地工程設計規范，獨立的室外站宜圍繞機房設置封閉環形接地體，并與機房匯流排焊接連通，如接地電阻大于10Ω，應在環形接地體的四角敷設10-20m的輻射形水平接地體。

四、結束語

方案的特點：

（1）方案以新型直接雷防護裝置杜絕或減少在保護區內直擊雷的產生和雷擊強度，并將大幅度減少感應雷的次數。與引雷入地的常規避雷針（包括提前放電避雷針）相比，直擊雷和感應雷的次數降低90%以上。（國外和國內應用的統計數據）。

（2）對接地電阻要求不高。新型直接雷防護裝置原理是通過接地從地面向金屬大氣電極裝載電荷，補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的能力，故對接地電阻要求不高（小于30Ω即可）。它將大大減少地網施工的工作量。