GPS天线端口的针对性防雷措施

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1、CDMA宏基站GPS天线端口雷击事故原因剖析EMCCHINA.COM中国电磁兼容网关键词：接地、地电位反击1．引言   随着中国联通CDMA网络的不断发展，CDMA宏基站大面积投入使用，设备在几年的实际运行中暴露的雷击事故逐渐显现，在宏基站雷击事故中，GPS接收模块损坏的数量占到了实际事故总数量的主要部分。由于GPS接收模块损坏，造成GPS信号丢失，CDMA宏基站无法正常工作，给客户造成了恶劣的负面影响。本文将结合GPS接收电路的特点对GPS接收模块损坏的具体原因进行分析和探讨。2．GPS接收机防雷原理   GPS室外天线中内置有低噪声高

2、放电路，所以天线的馈线中除了有1.575GHz的射频信号外还有5V的直流内馈电源。GPS天馈防雷器需要从两个方面进行防雷，利用带通滤波的原理对射频信号进行防雷，同时还要用两级组合的方式对内馈直流电源进行防雷，使GPS天馈防雷器的限制电压低于10V。3．GPS接收机雷击损坏分析   GPS接收机天线端口不同于一般的接收机电路，信号从室外天线端口进来后不经过带通滤波电路，而是直接进入放大电路，所以GPS接收机抗雷击浪涌的能力十分脆弱，在GPS接收机天线端口加装防雷器防止从馈线感应来雷是必需的。如果仅安装防雷器而其它接地工程上的问题没考虑周全，

3、同样会使雷击损坏事故频繁发生。   防雷接地是一个系统工程，YD5068-98《移动通信基站防雷与接地设计规范》3.3.3规定：“馈线避雷器接地端子应就近引接到室外馈线入口处接地线上，”YD/T5098-2001《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》中也做了类似的规定，在通信基站接地施工中实际上把接地分为室内工作接地、室外防雷接地、避雷针接地三根走线，三根接地线分别与总接地网相连。室内接地汇流排接室内设备的工作接地和电源防雷地，室外接地汇流排接主馈线入室处接地和天馈避雷器接地，为了防止雷击情况发生时出现地电位反击现象，三根接地线在地面

4、上的部分是不能直接相连的。但移动通信基站设备存在自身的特殊性，收发信机的天馈线铜外皮与设备上的金属外壳是直接相连的，与室内工作和保护接地连接，而天馈线从室外引入时铜外皮又与室外接地汇流排相连，大部分天馈线的铜外皮甚至与装有避雷针的铁塔直接相连，从而造成同轴馈线铜外皮把室内工作地与室外防雷地直接相连。当通信基站遭受雷电侵入时，雷电流不仅通过室外接地汇流排流入大地，还有部分雷电流分流后，通过天馈线铜外皮经基站设备整个外壳后经安全接地线到室内接地汇流排流入大地，整个室内接地线系统都将存在较大的电压梯度，由雷电引起的地电位反击绕过天馈避雷器将直接

5、造成基站设备损坏。   现在从理论上简要分析上述地电位反击情况，图一为通信基站的接地示意简图：通信机房与避雷针共用一个接地网，机房中A为室内接地汇流排，B为室外接地汇流排，AE为设备接地线，DF为天馈线，中间串接天馈避雷器，室内接地汇流排和室外接地汇流排分别经导线引入接地网。当铁塔上的避雷针遭受雷击时，假设雷击电流为50KA时，铁塔高度50米，雷电流从H至G点流入地网（极少部分通过馈线外皮接地处从F点经B至C点流入地网，本处分析忽略此因素），我们忽略地网接地电阻进行理论分析，雷电流产生的电压降UHG=IR+L，假设铁塔的直流电阻为0.2Ω

6、，铁塔垂直方向的单位电感为1.67μH/m，直击雷浪涌电流上升沿时间为1.2μs，则UHG=50KA×0.2Ω+1.67μH/m×50m×=3489167V，铁塔上的电压差为3489.167KV，平均每米的电压差为69.8KV/m。由于基站主馈缆外皮与铁塔相连，可知UFC=UFG，所以主馈缆外皮上的电压差也约为69.8KV/m，假设主馈缆进基站处的室外接地汇流排高度为2m，则通信基站室外接地汇流排上的电压将达到近140KV。由于通信基站室内接地汇流排与室外接地汇流排分别接入地网，所以当室内接地走线加馈线外皮的长度是室外接地汇流排地线长度数

7、倍时，室内接地汇流排与室外接地汇流排之间就有较大的电压差，由于天馈避雷器把同轴馈线的芯、皮电压进行了箝位，则同轴馈线的芯线电压近似为室外接地汇流排B点的电压，设备天线端口外皮D点的电压远低与芯线（B点）电压，从而造成GPS接收设备因雷击损坏。具体损坏现象为：当GPS天线端口射频隔直电容冲击耐压水平高于贴片式射频连接器冲击耐压水平时，射频连接器绝缘被击穿，射频连接器损坏；如果射频连接器绝缘没有被击穿，则雷击浪涌电压通过内馈直流电源的限流电阻进入GPS接收板直流电源系统将电路板上耐压水平最低的电路芯片损坏。   对一片地域来说，每年雷电直接击

8、中避雷针是一个小概率事件，但雷电从四处分布的供电电网上感应入侵的事件会经常发生。同理，当基站电源部分遭到雷电流侵入时，假设雷电浪涌电流为10KA时，我们忽略接地线自身的电阻，则每米导线上的压降