吉林微波天馈线系统与防雷接地应用

2021-11-24张野

科技创新与应用 2021年32期

张野

（吉林省广播电视局六五二台，吉林长春 130000）

1 天馈线系统

天馈线系统是微波通信的重要组成部分，天线的作用是把发信机发出的能量定向发送出去，或者把接收下来的电波能量送进收信机。目前我们常用的有抛物面天线和卡塞格伦天线及双极化天线。当前，吉林微波所用天线为单极化抛物面天线和双极化抛物面天线。另外，天线口径越大，增益越高，口径增大一倍，增益提高6dB。我们通常所用的天线直径一般为0.6、1.2、1.6、1.8、2.0、2.4、2.5、3.0、3.2m 等。微波天馈线为椭圆波导或矩软波导及中频电缆，椭圆波导单位长度损耗小，适宜长天馈线使用，一般用于2～11GHZ 频段，是目前最常用的微波天馈线。矩软波导用于ODU 和天线的连接，具有扭转功能，但损耗大，中频电缆有5D 电缆，RG-8U 电缆和1/2 英寸电缆三种类型。当IDU 和ODU 距离小于120m时使用5D 电缆，5D 电缆一端需要制作N 型接头连接ODU 中频接口，一端制作TNC 型接头连接IDU 中频接口。当距离在120m～180m 时使用RG-8U 电缆，当距离在180m～300m 时使用1/2 英寸电缆，使用RG-8U 电缆和1/2 英寸电缆时，两端均需制作N 型接头分别连接ODU 中频接口及IDU 中频跳线。当两个ODU 共用1 面天线时，2 个或多个ODU 需要先连接到一个射频信号合成器/分路器（简称合路器Hybrid coupler），经合路器再连接到天线。合路器有三种类型的接口，天线接口、主支路接口、副支路接口。合路器又有两大系列，即3dB平衡式合路器和6dB 非平衡式合路器。3dB 平衡式合路器将一路射频信号分路成两路功率大致相同的射频信号，每一路信号的功率与原有信号相比，衰减了约3dB；6dB 非平衡式合路器将一路射频信号分成两路功率不同的射频信号，其中功率较小的分路信号的功率与原有信号相比，衰减了约6dB，功率较大的与原有信号相比，衰减了约2dB。另外，天馈线系统的良好程度直接影响着微波通信的传输效果。吉林微波2009 年改造时已对部分老旧天馈线进行了更新，近几年结合电路运行情况又对部分传输指标差的天馈线进行了续进更换。随着现代科技和现代工艺水平的提高，当前新换天馈线的传输性能明显好于老旧天馈线，但刨除硬件设施自身因素外，在传输使用中天馈线的日常维护和保护更为重要，尤其是塔上施工作业中对微波天馈线的磕碰损伤、人为踩踏碰撞等，在不同程度上直接造成天馈线的损伤，影响传输效果。因此要时刻警惕塔上施工的安全性，避免人为因素造成微波天馈线的损伤，影响传输。

1.1 日常维护重点

天馈线的日常维护包括：时常关注微波天线是否有偏移，防风罩是否破裂，尤其在多风季节和大风过后更要查看，发现问题后应立即上报省微波管理中心；日常查看天馈线卡子有无脱落、有线有无悬空摆动等现象，充气机状态是否良好，干燥剂是否变色（正常为橙色，蓝色为已受潮失效），对于已失效的干燥剂要及时更换。

1.2 天馈线故障现象

结合多年的运行维护经验现将微波天馈线常见故障现象、处理方法及典型案例归纳如下：

1.2.1 天线偏移

天线偏移后直接导致微波收信电平降低，偏移过大会中断传输，此现象在高山站（台）及春秋季节风力较大的平原地区容易出现。目前新换天线均布置了防风罩，有效减小了风阻，收到了一定的效果，但这不是绝对的。前几年出现过多起天线偏移的故障现象，原因是由于安装固定螺丝松动，拉杆松动，拉杆固定角度小紧固不牢靠等造成。近年来，吉林微波工程技术人员每年都对微波天馈线进行巡检巡查，发现隐患及时处理，加固、紧固，极大地改善了天线偏移现象。

1.2.2 天线挂高与高差

天线在塔上的挂高直接影响传输路由的余隙，（C段面）余隙过大，容易产生多径反射，在气候变化时易产生深衰落；余隙过小，传输中损耗较大，接收电平低，在正常衰落范围内容易产生信号中断。另外，通信两端天线挂高直接决定了传输路径中反射点的位置，反射点若不理想又间接影响传输效果，故此在传输余隙允许的范围内，适当调整通信两端天线的高差也是改变传输效果的另一途径。2016 年经过详细计算后，集中对白城地区部分路由的天线挂高进行了调整，增大了路由间两端天线的高差，改变了原路径中的反射点，取得了良好效果。具体是将安广-镇赉方向安广站的天线降低至距地面50m 处，将白城-镇赉方向白城站天线提升至距地面90m 处，将莫莫格-镇赉方向莫莫格站天线降至了距地面32m 处。经过此番调整，该路径中的衰落现象得到了明显改善，衰落值基本在10～15dB，满足了微波传输要求。对于余隙过小的，受塔高限制，没有太好的解决办法，只有增加塔高（具备加高条件）或另建高塔解决。

1.2.3 路由阻挡

在微波传输路由上，制高点阻挡及阻挡物高度的变化等直接影响接收电平或导致电路不通。如果是路由中有阻拦点，又不能人工克服，只能加高通信两端的铁塔高度提高天线挂高来解决；对于树木长高后的阻拦，可以协调锯掉阻挡部分；如果是中间有新建阻挡物，只能提高天线挂高使传输路径越过阻挡点。

典型案例1：西岗站-宝泉站方向，中间有山头阻挡，路由不通，2020 年7 月西岗站铁塔加高后，天线挂高提高，路由通，调试设备，指标良好，设备运行正常，通信畅通。

典型案例2：2013 年7 月，梅河口站-辉南站方向接收电平下降，不能满足传输要求，查看分析，是梅河口市区新建高层楼房阻挡路由，改换1.2m 天线提高至铁塔顶端，接收电平改善，可以正常传输。

典型案例3：2018 年6 月，前郭站-松原站方向，微波接收电平下降，误码产生，通信中断，现场上塔查看，发现前郭站北面约800m 处起一高层建筑，阻挡路由，将前郭站微波天线提高至能目视松原站铁塔处，微波电路通，传输恢复正常。

典型案例4：2019 年5 月，松原中波-松原站小微波电路收信电平下降，影响传输，现地查看，松原中波院内微波天线所对方向正前方树木长高，已明显阻挡路由，站内协调将阻挡树木锯除后，微波电路通畅，传输指标达设计值。

1.2.4 天线馈源进水、馈线腔体内有潮气

微波通信最忌讳的是水和潮气，天线馈源进水、天馈线腔体内有潮气必然会导致收发信电平衰减，通信质量下降，通信传输中必须保证天线馈源和馈线腔体内充分干燥。

故障案例1：2017 年7 月，乌兰塔拉站-乾安站方向分集接收电平下降，天线工上塔调整分集天线，无任何效果，打开天线馈源与馈线法兰接口，发现有水，拆下馈源后从馈源接口直接倒出不少水，而后将馈源前端打开，将腔体内的积水彻底倒出后，使用吹风设备干燥馈源内部腔体。待其彻底干燥后，重新安装馈源，效果立刻体现，接收电平恢复正常值。处理过程中发现，馈源自身有小沙眼，雨水季节应该是有水沿沙眼渗入馈源腔体，对沙眼处重新打胶密封后，至今未再出现问题。

故障案例2：2018 年8 月，吉林站-吉林市台方向小微波电平下降，影响传输，调整天线无效果，怀疑是否天线馈源有问题。拆下馈源后发现有水迹，按乌兰塔拉分集天线馈源处理方法现场处理后，电平恢复设计值，通信正常。

故障案例3：2017 年7 月，长岭站-乌兰塔拉站微波电路，调试过程中电平始终上不去，电测电路通没有问题，而后怀疑馈线有问题，考虑馈线虽然是新的，但在室外存放时间过长，可能有湿气进入。随后将馈线天线端和设备端拆开后，用大功率吸尘器进行抽气去潮，约4h 后（因馈线较长）重新连接天线和设备，接收电平值升至设计值，电路通信正常。

故障案例4：2019 年8 月，四方山站-辉南方向，主收、分集收电平均下降（并有差异度），影响传输。现场查看目测天线没有偏移迹象，尝试调试一下分集天线，没有变化，而辉南方向天线此前已紧固过，并多年未曾有过偏移记录。而后怀疑是否四方山主、分集馈线都有可能有潮气，打开分集馈线接口处，人手接触感觉有潮湿迹象，随后将分集馈线连接设备处打开，用吸尘器抽气去潮1h 后，对接接口一试，电平有明显变化，随后继续进行去潮2h 后，分集接收电平正常。之后按此方法对主馈线进行相同处理方式，主接收电平值恢复，电路通信正常。

1.2.5 天馈线折瘪

天馈线折瘪部分对电磁波的传输会产生反射和折射，接收端容易产生误码和电平下降，有时会体现在多个波道上，有时会体现在单个波道上，绝大多数天馈线折瘪都是因施工不注意或人为磕碰、踩踏造成的。因此，塔上施工应严格遵守操作规程并制定施工预案和防范措施，考虑到微波天馈线为椭圆中空的腔体结构，不受力，故此天馈线在走线架上尽量不要平铺，尽最大可能地绑定在走线架的侧面支架上。折瘪故障案例及处理方法如下：

故障案例1：2017 年11 月，东丰站-梅河口方向微波告警，3 个波道均有高误码，电平比平时下降了十多个dB，电路传输质量下降，下端站接收微波传输信号不好。紧急排查，发现东丰站塔上安装地面数字电视的人员正在施工，沿微波天馈线走向手摸目测检查发现微波天馈线已多处坑瘪，而后调拨新天馈线重新安装后，微波电平恢复正常值，误码消失，传输正常。

故障案例2：2018 年4 月，在巡检巡查中发现天宝山站对图们方向天馈线在铁塔室外走线架上的部分有一处已经破损并接近折断，当时传输还正常，无告警信息，但属于重大隐患，随后对其破损处锯断另做接头对接后打胶密封处理，排除了该隐患。事后分析，应为其他工程队室外施工时防范措施不到位导致。

故障案例3：2019 年8 月，长白站-西岗站微波电路不稳定，西岗站微波3 系统电平比1、2 系统低十几个dB 并伴有实时误码。经排查后发现长白站天馈线有坑瘪现象且较为严重。更换新天馈线后，3 系统电平恢复正常，误码消失。该案例是典型的当站天馈线损伤造成对端站接收单波道不正常的典型范例。

故障案例4：2016 年7 月，网管显示，蛟河站微波有误码。工程技术人员现场查看分析，发现天馈线有一大段在机房顶上，该段有两处轻微坑瘪现象，试着用胶皮锤对其坑瘪处敲击复原，随后误码逐渐消失，至今未再发生误码现象。

2 防雷接地

防雷接地是保证数字微波设备正常工作的前提条件，为防止通过交流电力引线、微波天馈线、信号线、进出机房的其他线缆引入雷害，微波站应采用避雷针、避雷网、避雷带、避雷线或由其相互结合的防雷措施防止雷害发生。机房建设应符合《建筑物防雷设计规范》（GB 50057-2010）和《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB 50343-2012）中的相关规定。微波站接地系统应采用工作接地、保护接地、防雷接地三地合一的接地方式，系统的接地电阻平原≦1Ω，山区≦2Ω，特别是高山台站，必须采取有效措施降低地阻，应沿山头设置均压带，有效防止滚雷袭击。各站在春秋两季应测量本站的接地电阻，发现不合格要及时处理。

2.1 防雷

微波站的防雷可分为电力防雷、电源设备防雷、铁塔防雷、天馈线防雷和信号线防雷等。

2.1.1 电力防雷

电力变压器设在站内的，其高压电力线应采用地埋电力电缆进入微波站，低压电缆要采用铠装电缆通过地埋进入机房配电柜，电缆铠装外皮应在两侧就近接地。低压入户不宜采用明线，若用明线入机房，地处中雷区以上的微波站，在配电屏终端入口处应安装冲击引流装置，容量不小于100KA 的SPD（电涌保护器）。高压地埋电力电缆应采用相关防护措施：在电力电缆上方30cm左右敷设防雷线，防雷线宜采用截面积不小于50mm2的镀锌圆钢，雷害严重的地区其截面积应适当加大或并排敷设两根防雷线，防雷线不应与电力电缆接地线连通，也不做接地装置。

2.1.2 电源设备防雷

电力变压器高、低压侧应各装一组避雷器，避雷器应尽量靠近变压器，雷电活动频繁地区高压侧也可采用安装多级避雷器的措施。低压侧要采用三级以上防雷，防雷元件要选择通流能力强，响应快（纳秒级）、残压低、性能稳定、安全可靠的防雷元件，一般第一级防雷元件的通流能力应选额定为80～100KA，第二级额定为40～60KA，第三级额定为10～20KA。

2.1.3 铁塔防雷

铁塔顶端要安装避雷针，避雷针引下线与微波站接地网要实现可靠电气连接。铁塔底部做好接地网，并与铁塔基础连接在一起，微波铁塔宜采用太阳能塔灯，不宜使用交流电的航空标志灯。

2.1.4 天馈线防雷

天线与铁塔要有良好连接，接触电阻越小越好，不可绝缘。如天线架在楼顶（屋顶）时，天线与底座要连接良好，底座与楼顶避雷带要多点焊接，避雷带要用多条引下带接在机房地网上。天馈线的金属外护层应在上部、下部和经走线架进机房入口处就近接地，并就近与地网引出的接地线妥善连通。

2.1.5 信号线防雷

出入机房的信号线（视音频线）、公务线、数据线、室内明走线路比较长的信号线应有金属护套，护套接地，公务线要装置避雷器，将雷电隔离从而保护设备，进、出微波站机房的架空通信线缆应安装线路避雷器。

2.2 接地

接地系统的好坏是决定防雷效果的关键，尤其是铁塔的接地，在防直击雷中起到了极其重要的作用。因此，要将铁塔接地电阻作为接地系统的首要问题来解决。另外，微波站要按均电压、等电位的原理将工作地、保护地和防雷接地组成一个联合地网，接地引入线应从接地汇集线或接地网上就近焊接引入，机房地线应用不小于90mm2多股铜线从接地网引入，与机房内所有的地线汇接铜排焊接相连。保护地、工作地、机房内各种电缆的金属外皮、设备金属外壳和框架、走线架金属门窗等都应与接地铜排做良好的接地。各类设备保护地应用多股铜线，其截面积可根据最大故障电流确定，但不宜小于35mm2。微波机房内应围绕机房敷设环形接地母线，环形接地母线一般应采用截面积不小于70mm2多股铜线或铜排。机房接地网和房顶闭合均压带至少用4 条对称布置的连接线相连。微波站的地网由机房地网、铁塔地网和变压器地网组成，其地网组图参见图1 接地网组成示意图。