移動通信基站天線及接地防雷技術措施

曾 旭

（廣東經緯天地科技股份有限公司，廣東 珠海 519000）

移動通信基站天線及接地防雷技術措施

曾 旭

（廣東經緯天地科技股份有限公司，廣東 珠海 519000）

為保障移動通信基站的安全，確保通信信號的安全、穩定傳輸，必須積極做好防雷工作。文章主要探討移動通信基站天線技術和接地防雷技術。

移動通信基站；天線；接地防雷

近年來，我國移動通信發展迅速，移動通信基站數量大幅增加，但因基站所在地理、氣象、電源、空間電磁等環境相對特殊，易發生雷電災害，導致人員傷亡、設備損壞、通信中斷，帶來嚴重的生命財產損失。同時，基站本身屬于弱電子設備，更易受雷電影響。為確保基站安全穩定運行，須重視和加強防雷電工作，應用好防雷技術。

1 移動通信基站天線防雷技術

移動通信基站天線是通信系統的重要組成部分，其性能好壞直接關系到移動通信的效率和質量。因基站天線需持續收發電磁波，通常處在LPZOB區，在雷擊在天線支撐物或者周邊時，雷擊產生的電磁場強度不會出現衰減，易導致通信錯碼、誤動，乃至損壞設備[1]。依照移動通信基站相關技術要求，電磁場的干擾強度需控制在800 A/m以內，但從實際看，基站天線所在的磁場強度遠大于該標準，如此就可能出現誤動或損壞，這是移動通信基站常見的雷擊現象。

基站天線系統除進行直擊雷防護之外，還需對感應雷、雷擊電磁脈沖等進行防護。天線應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塔中央敷設，對于屏蔽層需要在鐵塔上、下兩端各進行一次接地，在入戶處還需進行一次接地。對處在中雷區以上并且天線較長時，需要在機房入口處裝置天線電涌保護器（Surge Protection Device，SPD）[2]。對于架空電纜吊線兩側與架空電纜線路上的金屬管道必須接地。且信號電纜必須選用屏蔽電纜或者配有護套電纜套金屬管埋入地下進線，同時要裝置信號SPD。SPD、電纜金屬層均要接地處理，光纖屏蔽層與加強芯也需要接地。此外，所選用裝置的信號SPD必須滿足這兩個要求：（1）必須達到可充分釋放天線的雷擊電流，以免通信設備受到雷擊。在選用信號SPD時，須依照通信基站所在區域的年雷暴天數、雷擊電流大小等情況確定SPD的參數，同時要把信號SPD裝置在臨近通信設備的天饋線入口處，把信號SPD的保護區域就近和機房中的等電位連接端子板相連接。（2）要確保整個天線系統能合適匹配，確保通信信號穩定、可靠。如匹配不當，則可能會降低發射設備的有效功率，縮小基站信號的覆蓋面，影響到用戶的通信質量和使用體驗。

2 移動通信基站接地防雷技術

2.1 技術要求

（1）接地裝置既要共用，但又要隔離。倘若通信基站相關系統均接地，在出現雷擊時這些系統接地點電位會有較大差異。如圖1所示，3個不同接地系統間的瞬間電位差較大，假設系統1是交流電源運行接地，系統2是計算機邏輯接地，系統3是機殼安全保護接地，同時假設雷電產生的沖擊波自系統1，也就是交流電源進入，因雷電瞬時電壓一般在幾萬乃至數十萬伏，如此相同設備內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網間的高壓而擊損。

圖1 接地裝置

倘若采取共用接地，那么雷擊電流就會在沖擊接地電阻上形成高壓，一同存在于各個系統接地線上，如圖1所示的3個系統將接地極電壓看作基準“零電壓”，那么不會出現相同設備各個接地系統間的雷擊損傷。

（2）接地電阻要求。移動通信基站接地裝置如圖2所示，可以看出其屬于復數阻抗。不僅要提供相關接地相連電阻，同時還能明確顯示接地系統的相連電抗特征。

圖2 接地裝置的接地電阻情況

對于功能性接地電阻，一般情況是工頻接地電阻，對于電子系統而言，功能性接地是流過直流到高頻電流。而基于高頻狀態，接地阻抗會明顯增大。譬如：有一個長度為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，它的阻抗會增大至52 Ω，如頻率持續增大，那么可知道其阻抗也會隨之增大。此外，接地線感抗一般是XL=2 πfL，假設有一根25 mm2規格的銅導體和一根106 mm2規格的銅導體，那么在大小不一的頻率狀態，感抗均遠大于電阻，所以，導體阻抗可以略去電阻，視作為感抗；如把導體截面自25 mm2增大到106 mm2，也就是導體截面增大近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。

如今我國移動通信基站的電子系統基本實現了數字化，受干擾頻率在數十到數百MHz。所以，接地阻抗與接地線感抗均會增大。換言之，功能性接地電阻要求很低對直流到工頻接地電阻無明顯影響，但對于共用接地裝置，必須考慮50 Hz供電系統對雷電的泄流以及反應時間，接地電阻控制在4 Ω以內。

2.2 接地裝置的構建

如果移動通信基站的天線、機房設置于城市建筑物周邊，那么可通過相關建筑物的地網進行綜合接地；在通信基站無法通過建筑物進行綜合接地時，其共用地網必須由機房、鐵塔及變壓器等有關地網構成。在機房內各種接地線需采取共網但不共母線方式自共用地網獨立引入。通信基站機房地網主要由建筑物基礎設施、外部環形接地體構成。其中，環形接地體必須沿著機房建筑物敷設，同時和機房基礎接地體的橫豎中兩根以上的主鋼筋相連接。

在構建接地體時，最好選用熱鍍鋅類鋼材，同時要滿足以下要求，接地體所用鋼管的直徑必須在50 mm以上，壁厚大于3.5 mm；對于角鋼規格不得低于50×50×5（mm3）；對于扁鋼則不得低于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。如果所設區域土壤電阻率不均，且下層土壤電阻率偏低，那么需要適當增長。倘若垂直接地體敷設存在困難，那么可設置數根環形水平接地體，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]。對于鹽堿腐蝕性強或土層電阻率偏高，無法滿足接地電阻要求區域，接地體必須選用耐腐性強，保濕性良好的非金屬類材料。同時，接地體間的焊接點，除了進行澆注混凝土外，還應進行必要的防腐處理。對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，接地體上側距地必須在0.7 m以上，對于天氣相對寒冷區域，接地體必須敷設在凍土內。

此外，對于接地線，最好短而直，截面積控制在35～95 mm2多股銅線。對于接地引入線 應控制在30 m以內，選用鍍鋅扁鋼管，截面積控制在160 mm2以上。同時，需要對接地引入線進行防腐和絕緣處理，不得敷設在暖氣地溝中，在敷設時必須避開污水溝、排水管道，對于裸露地面的，需進行保護處理。接地引入線自地網中心就近引出，與機房接地線相連接，必須在兩根以上。

3 結語

總之，為確保移動通信質量，保障通信穩定和安全，必須重視通信基站防雷工作。一方面，要強化基站天線防雷技術，通過屏蔽技術提升天線防雷性能。另一方面，應根據基站實際情況建立合理適用的接地裝置，最大限度降低雷電對基站的干擾和損害，提升基站運行安全性。

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

[2]孫恒，吳啟宗.移動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業部.通信局（站）雷電過電壓保護工程設計規范（YD/T509-8-2001）[M].北京：中國信息工業出版社，2001.

[4]張燕.解析移動通信基站防雷設計與接地技術[J] .科技展望，2016（22）：183.

[5]趙永云，劉剛，曾昭盛.移動通信基站防雷接地淺析[J].科技風，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。