全动天线结构系统防雷-李小平

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1、全动天线结构系统防雷李小平中国电子科技集团公司第39研究所，西安市84号信箱，710065摘要：本文论述方位360º无限转动天线在不采用避雷塔条件下的防雷问题，通过分析雷电的特性，结合全动天线机械结构的特点和使用要求，提出了全动天线防雷方案建议。关键词：防雷雷电全动天线LightningProtectionfortheFullMotionAntennaAbstract:Lightningprotectionforthefullmotionantennasinazimuthwithoutlightningprotectiontowerisdiscussed.Accordingt

2、othepropertyoflightningcurrentandfullmotionantenna,lightningprotectionmethodsaresuggested.Keywords:LightningProtectionLightningCurrentFullMotionAntenna• 引言有关雷云的形成还没有公认的解说，在雷云形成过程中，一般使雷云的上部积聚越来越多的正电荷，下部积聚越来越多的负电荷，地面物体由于感应带上异性电荷,正负电荷间产生电场,当空气间的静电场积聚到足够大(25~30kV/cm)以至于引起空气击穿即引起雷云内部、雷云间或雷云对地面物体

3、间的强烈放电。雷击就是指一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层,或者是带电的云层对大地之间迅猛地放电。云层之间的放电主要对飞行器有危害，云层对大地的放电则对建筑物、电子设备、人和畜危害甚大，是我们考虑的主要对象。雷击有两种主要形式，一是带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象，叫做“直击雷”；二是由于带电云层的静电感应作用，使地面某一范围内物体带上异种电荷，当直击雷发生后，云层带电迅速消失，而地面带异种电荷物体由于散流电阻大，以致出现局部高电压，或者在直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应电压以致发生闪击的现象，叫做“二次雷”或称“感应雷”

4、。1.雷的特性雷云对大地放电初期会首先产生一个下行先导放电，并以阶梯形式向地面发展。每个阶段都会产生很强的瞬变电场,由于电场感应作用，地面上的建筑物或物体会出现电晕现象，进而产生上行先导放电。此上行先导向上传播，直到与下行先导会合形成放电通道。此时，雷云电荷便经该通道流入大地。地面上的物体尖端可能会产生很多上行先导，与下行先导汇合的第一个上行先导决定了雷击落点。雷击一产生，随即沿放电通道会产生几次大的能量脉冲，在毫秒级内该能量将放电通道加热到几万度以上，由于来不及扩散而产生极高压力，该压力迅速向周围空气扩散对周围空气产生挤压，在约前十米内以冲击波（大于声波速度）形式然后以声波

5、形式向四周传播，这就是我们听到的雷声。通道内几次大的能量脉冲的同时，在设备内会感应几次大的能量脉冲，6能量的主要部分是由脉冲的上升沿产生的射频直流脉冲能量。典型的雷电脉冲上升时间为1.8μS，产生的射频信号约为139KHz，雷电脉冲上升时间一般为0.25~12μS，产生的射频信号约为1MHz~20KHz，而直接雷击点的雷电脉冲上升时间为10nS。一次雷击平均包含3~4个雷电脉冲，典型的脉冲间隔时间约50mS，首个雷电脉冲的平均峰值电流约18kA（98%在3kA~140KkA），第二个及以后约为首个的一半。GB50057-94中规定的各类防雷建筑物的雷电流参量如图1.1、图1.

6、2和表1.1、表2.1。图1.2雷击参数定义图1.1闪击中可能出现的三种雷击表1.1雷电流参量雷电流参数首次雷击的雷电流参量首次以后雷击的雷电流参量一类建筑物二类建筑物三类建筑物一类建筑物二类建筑物三类建筑物I幅值（kA）2001501005037．525T1波头时间（μs）1010100．250．250．25T2半值时间（μs）350350350100100100QS电荷量（C）1007550W/R单位能量（MJ/Ω）105．62．5表1.2长时间雷击雷电流参量长时间雷击雷电流参量一类防雷建筑物二类防雷建筑物三类防雷建筑物Q1电荷量(C)200150100T时间(s)0.5

7、0.50.5物体被雷击的可能性的大小主要取决于物体所处位置的地理条件、年雷暴日平均天数和物体的高度，资料[2]给出了建筑物预计雷击次数的计算方法，图1.3是资料[3]给出的根据天线所处高度和当地年平均雷爆日预计天线年雷击次数的曲线。6图1.3天线年预计雷击次数2.天线结构系统防雷GB50057-94将建筑物根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分为三类。通信站或测控站对国民经济有重要意义且装有大量电子设备，建议参考第二类防雷建筑物考虑防雷。天线结构系统作为一个通信站或测控站的核心