卫星地球站天馈电子设备防雷研究

1、 卫星通信简述

卫星通信是以人造卫星为中继站的无线电通信。它工作于微波波段。卫星通信已成为重要的现代化的通信手段，在国内外获得了广泛的应用。美国在海湾战争期间，采用卫星通信处理美军战区约90%的通信业务。卫星通信的优点是通信距离远，建站成本与通信距离无关，以广播方式工作，便于实现多址联接，通信容量大，能传送的业务类型多，性能稳定可靠，不受地理条件限制，灵活机动等特点。我国的卫星通信发展迅速，固定式卫星通信地球站，车载式卫星通信地球站，便携式卫星通信地球站，移动卫星通信地球站等等大量应用于国内军用民用卫星通信网中。随着卫星通信技术的发展和卫星通信业务的需求，国内卫星通信已从单一的C波段发展为C、UHF、Ku多波段的卫星通信。在抗震救灾中，便携式卫星通信地球站，移动卫星通信地球站充分发挥了它的作用。本文仅对地面某固定卫星通信地球站防雷问题进行探讨。

2、 某卫星站电子设备多次被雷击坏

某卫星通信地球站机房楼顶架了避雷针，离地高度约27米，以保护机房通信设备。天线场并排架了三座铁塔避雷针，离地约32米。以保护天线场的天线馈线系统级及天线尾部的高频设备（低噪声放大器LNA和高功放HPA）。几年来，天馈系统的高频部分设备多次被雷击坏，不是在这部天线被击坏，就在另一部天线被击坏。为什么约32米高的铁塔避雷针却不能使2-5米高的高频电子设备避雷而被雷电击坏呢？先后被雷电击坏的某卫星站高频电子设备的天线如图1所示。图1中右边C波段天线尾部中心体内的2个低噪声放大器（LNA）在一次雷击时损坏，中间和左边的2个Ku波段天线高频设备在另一次雷击时被损坏。下面对雷电产生和防雷进行探讨。

图1 先后雷击坏某卫星站高频电子设备的天线

3、 雷电

3．1闪电是速变电磁场

对闪电有几种观点，一种认为是恒压电路，另一种认为是恒流电路，第三种认为是速变电磁场，它辐射的电磁波极宽，包括比微波频率更高的光波。笔者比较认同第三种观点，即闪电是一种速变电磁场。闪电的电磁场能量转变为光能、声能和电磁场中物体的热能。

3．2 雷电的形成

雷电的形成。由于大气空间场的作用下，云层分离从而带电。雷云中电荷的分布是不均匀的，形成多个堆积中心。不论在云中或云对地间，电场强度是不一致的，当云中电荷密集处的电场强度大到一定程度，就会由云开始先导放电，当先导通道的顶端接近地面时，可诱发迎面先导，先导与迎面先导会合时，形成云到地面的电离通道。其为雷电的主放电阶段，伴有电闪雷鸣。该地物就遭到雷击。简单地说，当带电荷云层逐步积累到足够的电荷量时，便击穿空气，产生闪电现象，形成雷电。

4、避雷针

4．1 避雷针是引雷针

避雷针实际是引雷针。俄罗斯叫其为"接闪器"，美、英称为"导电针"。接受直击雷的防雷装置称为接闪器，例如：避雷带、避雷网、避雷线、法拉第笼等等。避雷针是接闪器的一种。避雷针的保护作用是拦截闪电，使闪电打在自已身上，从而使建筑物避免遭受直接雷击而受到保护。避雷针把雷电的能量沿铁塔或引下线安全地导入地中。避雷针的保护范围采用滚球法。避雷针的上部空间是其引雷空域，下部空间是其保护范围，使不直接遭受雷击。

4．2避雷针应用环境

4．2．1避雷针防雷不宜用在山区建筑物

在雷雨低于山头的坡地上往往产生侧向雷击。应采用避雷带或避雷网。

4．2．2避雷针防雷不宜用在高层建筑物

按防雷《规范》，避雷针高度大于60米，其滚球法保护范围已无效。高架避雷针上部有一段落可能自身受侧向雷击的空间（称为对针杆的侧击区）。高架避雷针引雷能力强，使得高架避雷针附近地面的落雷密度较该处平均落雷密度大，（称为雷电闪击区）。防雷应尽量采用避雷带或避雷网，只有天线等用短针防雷。

4．2．3避雷针宜用于平原地区矮小建筑物防雷

5、雷电感应高电压和和雷电电磁脉冲

5．1雷电产生雷电感应高电压和和雷电电磁脉冲

避雷针可防直击雷，保护建筑物。但随着科学技术的发展，现在大量的使用电气、电子、微电子设备。 在打雷闪电时，在放电通道周围产生电磁感应、雷电电磁脉冲使电源线，信号传输线、天馈线等感应的雷电高电压通过这些线路造成放电，损坏电气、电子、微电子设备。

5．2防雷电感应用高电压和和雷电电磁脉冲采用浪涌保护器（SPD）。

浪涌保护器安装在电子设备的外连线路（电源线路、信号线路、天馈线路）中，将雷电过电压、过电流泄放入地，起到保护设备目的。防雷器件主要由放电间隙、放电管、高频二极管、压敏电阻、瞬态二极管、晶闸管高低通滤波器根据不同频率、功率、传输速率、阻