1、衛(wèi)星通信簡述

　　衛(wèi)星通信是以人造衛(wèi)星為中繼站的無線電通信。它工作于微波波段。衛(wèi)星通信已成為重要的現(xiàn)代化的通信手段，在國內(nèi)外獲得了廣泛的應用。美國在海灣戰(zhàn)爭期間，采用衛(wèi)星通信處理美軍戰(zhàn)區(qū)約90%的通信業(yè)務。衛(wèi)星通信的優(yōu)點是通信距離遠，建站成本與通信距離無關，以廣播方式工作，便于實現(xiàn)多址聯(lián)接，通信容量大，能傳送的業(yè)務類型多，性能穩(wěn)定可靠，不受地理條件限制，靈活機動等特點。我國的衛(wèi)星通信發(fā)展迅速，固定式衛(wèi)星通信地球站，車載式衛(wèi)星通信地球站，便攜式衛(wèi)星通信地球站，移動衛(wèi)星通信地球站等等大量應用于國內(nèi)軍用民用衛(wèi)星通信網(wǎng)中。隨著衛(wèi)星通信技術的發(fā)展和衛(wèi)星通信業(yè)務的需求，國內(nèi)衛(wèi)星通信已從單一的C波段發(fā)展為C、UHF、Ku多波段的衛(wèi)星通信。在抗震救災中，便攜式衛(wèi)星通信地球站，移動衛(wèi)星通信地球站充分發(fā)揮了它的作用。本文僅對地面某固定衛(wèi)星通信地球站防雷問題進行探討。

　　2、某衛(wèi)星站電子設備多次被雷擊壞

　　某衛(wèi)星通信地球站機房樓頂架了避雷針，離地高度約27米，以保護機房通信設備。天線場并排架了三座鐵塔避雷針，離地約32米。以保護天線場的天線饋線系統(tǒng)級及天線尾部的高頻設

圖1先后雷擊壞某衛(wèi)星站高頻電子設備的天線

　　備（低噪聲放大器LNA和高功放HPA）。幾年來，天饋系統(tǒng)的高頻部分設備多次被雷擊壞，不是在這部天線被擊壞，就在另一部天線被擊壞。為什么約32米高的鐵塔避雷針卻不能使2—5米高的高頻電子設備避雷而被雷電擊壞呢？先后被雷電擊壞的某衛(wèi)星站高頻電子設備的天線如圖1所示。圖1中右邊C波段天線尾部中心體內(nèi)的2個低噪聲放大器（LNA）在一次雷擊時損壞，中間和左邊的2個Ku波段天線高頻設備在另一次雷擊時被損壞。下面對雷電產(chǎn)生和防雷進行探討。

　　3、雷電

　　3．1閃電是速變電磁場

　　對閃電有幾種觀點，一種認為是恒壓電路，另一種認為是恒流電路，第三種認為是速變電磁場，它輻射的電磁波極寬，包括比微波頻率更高的光波。筆者比較認同第三種觀點，即閃電是一種速變電磁場。閃電的電磁場能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?、聲能和電磁場中物體的熱能。

　　3．2雷電的形成

　　雷電的形成。由于大氣空間場的作用下，云層分離從而帶電。雷云中電荷的分布是不均勻的，形成多個堆積中心。不論在云中或云對地間，電場強度是不一致的，當云中電荷密集處的電場強度大到一定程度，就會由云開始先導放電，當先導通道的頂端接近地面時，可誘發(fā)迎面先導，先導與迎面先導會合時，形成云到地面的電離通道。其為雷電的主放電階段，伴有電閃雷鳴。該地物就遭到雷擊。簡單地說，當帶電荷云層逐步積累到足夠的電荷量時，便擊穿空氣，產(chǎn)生閃電現(xiàn)象，形成雷電。

　　4、避雷針

　　4．1避雷針是引雷針

　　避雷針實際是引雷針。俄羅斯叫其為“接閃器”，美、英稱為“導電針”。接受直擊雷的防雷裝置稱為接閃器，例如：避雷帶、避雷網(wǎng)、避雷線、法拉第籠等等。避雷針是接閃器的一種。避雷針的保護作用是攔截閃電，使閃電打在自已身上，從而使建筑物避免遭受直接雷擊而受到保護。避雷針把雷電的能量沿鐵塔或引下線安全地導入地中。避雷針的保護范圍采用滾球法。避雷針的上部空間是其引雷空域，下部空間是其保護范圍，使不直接遭受雷擊。

　　4．2避雷針應用環(huán)境

　　4．2．1避雷針防雷不宜用在山區(qū)建筑物

　　在雷雨低于山頭的坡地上往往產(chǎn)生側向雷擊。應采用避雷帶或避雷網(wǎng)。

　　4．2．2避雷針防雷不宜用在高層建筑物

　　按防雷《規(guī)范》，避雷針高度大于60米，其滾球法保護范圍已無效。高架避雷針上部有一段落可能自身受側向雷擊的空間（稱為對針桿的側擊區(qū)）。高架避雷針引雷能力強，使得高架避雷針附近地面的落雷密度較該處平均落雷密度大，（稱為雷電閃擊區(qū)）。防雷應盡量采用避雷帶或避雷網(wǎng)，只有天線等用短針防雷。

　　4．2．3避雷針宜用于平原地區(qū)矮小建筑物防雷

　　5、雷電感應高電壓和和雷電電磁脈沖

　　5．1雷電產(chǎn)生雷電感應高電壓和和雷電電磁脈沖

　　避雷針可防直擊雷，保護建筑物。但隨著科學技術的發(fā)展，現(xiàn)在大量的使用電氣、電子、微電子設備。在打雷閃電時，在放電通道周圍產(chǎn)生電磁感應、雷電電磁脈沖使電源線，信號傳輸線、天饋線等感應的雷電高電壓通過這些線路造成放電，損壞電氣、電子、微電子設備。

　　5．2防雷電感應用高電壓和和雷電電磁脈沖采用浪涌保護器（SPD）。

　　浪涌保護器安裝在電子設備的外連線路（電源線路、信號線路、天饋線路）中，將雷電過電壓、過電流泄放入地，起到保護設備目的。防雷器件主要由放電間隙、放電管、高頻二極管、壓敏電阻、瞬態(tài)二極管、晶閘管高低通濾波器根據(jù)不同頻率、功率、傳輸速率、阻抗、駐波、插損、帶寬、電壓、電流等要求，做成各系列浪涌保護器。

　　5．2．1波導分流器型電子避雷器

　　傳統(tǒng)避雷器在工作頻率（F）、承受功率（W）、通流容量（I）三者之間不能兼顧、不可調(diào)和、互相制約。眾所周知，雷電沖擊波能量的99%以上分布在100KHz以下頻域，而有用信號波的能量分布在幾百仟赫以上頻域，因此，完全可以用由集中或分布參數(shù)電路元件構成高低通濾波器組合網(wǎng)絡（無源、互易網(wǎng)絡）。將雷電波和有用信號分流，使雷電波入地，有用信號正常傳輸。

　　6、電子信息防雷系統(tǒng)必須有一個合格的接地網(wǎng)

　　接地系統(tǒng)有多種做法。比較好的一種是選用中光防雷公司的低電阻非金屬接地模塊。其優(yōu)點是適合于高土壤電阻率的土壤，腐蝕性強的土壤，高寒地區(qū)凍土。西藏乃堆拉某哨所海拔4500米高，屬高寒火山石地面，如圖2所示。以前該地區(qū)多次做的電子設備或營房建筑的防雷地網(wǎng)，多的到960Ω，低的到180Ω。經(jīng)多車泥土和降阻劑，最低的也只能做到53Ω。遠達不到國家標準小于4Ω的要求。采用中光防雷公司低電阻非金屬接地模塊。經(jīng)計算，用了60個模塊。經(jīng)用日本儀表4102型地阻儀測試，地網(wǎng)電阻由原來的53Ω降低至3.5Ω，達到了避雷針地網(wǎng)電阻小于10Ω，設備地網(wǎng)電阻小于4Ω的國家標準。攻克了西藏高海拔火山石質(zhì)地面長期未能解決的防雷地網(wǎng)問題。

圖2海拔4500米西藏乃堆拉火山石質(zhì)地面

　　7、綜合防雷

　　近年來，雷電防護由富蘭克林式的避雷針防直擊雷，發(fā)展到綜合防雷工程新階段。電子信息防雷系統(tǒng)應該是一個綜合防雷工程。由直擊雷防護措施、等電位連措施、屏蔽措施、規(guī)范的綜合布線、設計安裝SPD、完善合理的接地系統(tǒng)。

　　8、雷擊原因勘察探討

　　根據(jù)前述綜合防雷的六個要素，對雷擊原因進行了勘查。并主要對防直擊雷，防感應雷擊和地網(wǎng)進行了重點勘查。地網(wǎng)電阻符合《規(guī)范》。三個高高的鐵塔避雷針正常。配電房，主機房設備，天線場高功放設備正常。配電房進行了電源一級防雷，主機房進行了二級電源防雷，天線場高功放機房進行了三級電源防雷。被雷擊壞的是2個KU波段天線的電子設備，其工作頻率為12GHZ頻段。經(jīng)查，連接該電子設備的電源線路、信號線路、天饋線路都沒有安裝防感應雷擊的避雷器件（即SPD）。避雷塔離傳輸電纜距離不到2米。

　　避雷針是一個接閃器，即引雷器。它可以防直擊雷，但不能防感應雷擊。良好的地網(wǎng)可以使雷電流經(jīng)避雷針及塔或引下線進入地。閃電產(chǎn)生的雷電波是速變電磁場，會在信號線路、電源線路、天饋線路感應出過電壓，傳入線路兩端的電子設備；變化的雷電流經(jīng)避雷針塔或下引線入地時，會產(chǎn)生變化的感應電磁場，也會在信號線路、電源線路、天饋線路感應出過電壓，傳入線路兩端的電子設備。如果上述線路兩端電子設備不安裝浪涌保護器，感應的過電壓電流就會損壞電子設備。電子設備防雷，只安避雷針，不安裝防感應雷擊的防雷器件，是防不到雷擊的。避雷針越高，越容易把遠處的雷引過來，增加了感應雷擊次數(shù)，又不裝防感應雷擊的器件，無異于把雷引過來打電子設備。因此，找電子設備防雷工程的設計單位和施工單位都應當是有設計資質(zhì)和施工資質(zhì)的單位。施工過程應嚴格監(jiān)督把關，竣工時要嚴格驗收?？⒐ず笠獧z查維護。

　　9、結束語

　　綜上所述，閃電的雷電波是速變電磁場。衛(wèi)星地球站防雷系統(tǒng)應采取綜合防雷措施。即直擊雷防護措施、等電位連接措施、屏蔽措施、規(guī)范的綜合布線、設計安裝SPD、完善合理的接地系統(tǒng)。避雷針是引雷針，可防直擊雷，但也把雷引過來，增加了電子設備的感應雷擊次數(shù)，不安裝防感應雷擊器件，電子設備會更容易被雷擊。防雷工程設計及施工應找有設計資質(zhì)和有施工資質(zhì)的單位。施工中應嚴格監(jiān)督把關，竣工時應嚴格驗收。某衛(wèi)星站防雷系統(tǒng)應進行改造。防直擊雷措施可進行適當改造。避雷塔的位置、高度和數(shù)量可從新計算和施工。天線場到室內(nèi)設備的電源線、信號線、天饋線兩端都應當增裝防感應雷擊的浪涌保護器