天馈（线）防雷器天馈保护器

当前在中长波段的天馈线上，基本上仍采用针形或齿形等放电间隙来做避雷器件，如图4. 65所示。这类器件之所以使用至今，主要是由于它的极间电容很小，不会影响中长波发射机的工作。当天馈线上出现雷电过电压时，由于针尖或齿尖附近电场集中，发生电击穿，这样便将巨大的雷电能量泄放到大地中，而射频信号的能量较小，在针尖、齿尖之间不会发生跳弧，可以继续导通，因而保证了天馈线正常工作。不过，放电间隙打火后，尖部被烧掉或氧化，击穿电压升高，可能对下一次雷击丧失保护作用。   为此，使用这类防雷器时，应注意维护，特别是在雷雨季节，要勤检查，打磨尖部，除去氧化层，调整间隙距离等。为了改善放电间隙的可靠性，也可以采用非金属的石墨电极来代替金属电极，具体的见9.2.2节所述。    对于短波波段的天馈线，现在使用的防雷器主要有以下三类:    ① 1/4波长天馈防雷器:这是利用射频信号频谱与雷电流能最频谱之间的差异，在天馈线上并接1/4波长的短路支线来泄放雷电流的防雷器，如图4.66所示。支线与天馈线的交点A，对于射频信号说来呈开路状态，这样就保证了天馈线上射频信号正常传输。如果按照8/20μs波形、20kA雷电流峰值来计算，进入收发设备的残余能量Eg应为:       式中: U (t)为残余输出电压;      RL为设备输人阻抗。    由此可以得到残余能量仅为72μJ,这比目前大多数微型收发送机的10mJ承受能力无疑是低得多。不过，该防雷器的工作频率受到1/4波长短路支线的限制，频带很窄，-般只有中心频率fo的20% ~ 30%，所以通常只应用于移动通信基站和民航机场全向信标台的天馈线上。    ②气体放电管天馈防雷器:这是利用射频信号与雷电流在强度上的差异，在同轴电缆内外导体之间并接气体放电管，如图4.67所示，借助雷电流自身的高压击穿短路来泄放雷电流的。与1/4波长防雷器不同，此时射频信号也完全被阻断，而按照上述同样的雷电流来计算，通到设备的残余能量为6.5mJ，比1/4波长防雷器的要高得多。不过，该防雷器的工作频 带很宽，频率下限直至直流，气体放电管所承受的最大电压为:     式中: Pm为通过天馈线的最大平均功率(W);    Z0为天馈线系统的特性阻抗;   Udc-b.为同轴电缆芯线的直流偏压(V);   ξ为天馈线系统的电压反射系数。   若气体放电管选取得好，该防雷器的插入损耗可降低到0.1 ~0.8dB，驻波比(SWR)处于1.1~1.5范围。不过，气体放电管响应速度慢，多次动作后性能下降，因此有的防雷器又把电感与氧化锌压敏电阻串联起来作为保护支路并接到同轴电缆上，电感起高频扼流圈作用，阻止射频信号入地而压敏电阻则在低频雷电过电压作用下导通，泄放雷电流。这样响应速度虽然快了，但压敏电阻多次动作后性能也会降低，而且电容又比气体放电管的大，限制了工作频率上限，而串联电感又限制了带宽，故实际应用非常有限。   ③滤波型天馈防雷器:这是利用微波传输原理制成的，如图4.68所示。图中1~2为微带或同轴传输线，C1和C2为高压隔直电容，它们将传输线分成两段，只允许射频信号通过而阻止直流和雷电等值频率的能量通过。L1和L2为集中或分布参数构成的电感，它们决定了防雷器的工作频率。C3和C4为传输线的分布电容，该保护电路实际上形成-个高通滤波器。     通过计算机优化选择元件参数，该防雷器工作频率可以达到8CHz,插入损耗降到0. 1 ~0.4dB,驻波比达到1.1~1.25。但是，在微秒级巨大雷电流冲击下，该防雷器要达到性能稳定较为困难。同时，滤波也可能把-一些有用高频信号滤掉，并且因工作频率处在宽广的雷电频谱内，也会有一定的雷电能量侵人到设备中去，故实际应用并不太多。    随着天馈线上传输信号的频率升高，相应波长越来越短，天馈线系统会明显地呈现出分布电路特性，此时如果还要将集中参数的天馈防雷器接人的话，则其电容必将影响原来信号传输时的阻抗匹配，特别是在10MHz~ 1GH2以上范围内，信号将会发生严重畸变。因此迄今为止，对于短波波段以上的天馈线上的雷电过电压，缺乏较为理想的防护器件。