雷电是一种自然天气现象，如不注意防护将对人们的生命财产造成严重的危害。对于无 线电通信工程而言，在进行工程设计时，尤其要把防雷设计作为一项重要的工作来做。 　 1  雷电的物理特性     根据观测，地球上每秒钟要出现大约100次的闪电雷击。自古以来雷电就是一种令人畏惧的 自然现象，给人类社会造成了一定的危害，因此了解它的形成过程，寻求有效地防护措施意 义十分重大。    在春夏之交、夏秋之交冷暖空气活动频繁之际，上升暖空气在高处逐渐冷却，凝结出水滴或 冻 结的冰晶在重力作用下下降，水滴与速度较大的上升气流摩擦，分裂成带不同电荷的大小不 一的水滴。上升气流的“分选”作用致使云的上部充满了带正电的小冰晶，而下降速度较大 的冰雹把负电带到了云的下部，持续的对流运动，使电荷越聚越多，便形成了具有很强电场 的雷暴云。云中的电荷分离后使云与云之间、云与地面之间、云的不同部位之间的电位梯度 加大了。当电位梯度大到一定程度，在雷暴云之间或在暴云对地之间放电，这种现象就是雷 电。当通信设备的天线架设很高时，带电的云层会在天线上产生感应电荷，如果天线与大地 之间有直流通路，电荷会通过土地随时泄放而不会积累起来。因此也不会由于感应在天线与 大地之间产生高电位而引起放电，否则就有可能遭受雷击。 　 2  通信设备的防雷措施 　 　     一般来说，建筑物的避免雷击的途径大致有四条：①疏导，即将雷云中的电荷疏导至大地 ，从而避免直接雷击或感应雷击电流流经被保护的建筑物或设备，从而使这些建筑物或设 备免受雷击。②隔离，即将雷电信号和被保护物隔离开来从而避免雷击。③等位，即将铁塔 地、工作地、建筑物的公共地等置于同一电位。④消散，即释放出异性电荷和雷云中的电荷 进行中和，从而阻止雷电的形成。根据以上的四种避雷途径，具体到一个无线电通信工程的 防雷设计来说，其主要的防雷措施有以下几种方法。 2.1 安装避雷针或避雷装置        大部分通信设备的防雷措施，主要是在通信塔上安装避雷针，这种方法经济、简单，但要严 格按照以下要求进行安装。    ①避雷针应当装在高于天线尖端数米，避雷针与天线之间应有一定的间隔，以防止由于避雷 针的存在而损坏天线的辐射图形影响通信效果。一般的做法是避雷针成为天线塔体的主杆， 通信天线却装在避雷针外缘大约15个波长以外。    ②避雷地线的直流通路的电阻要求足够低，一般为10～50Ω，由于雷电浪涌电流较大，频谱 较宽且持续时间短，因此要求必须有尽量小的电感量。    ③地线不能用扁平编织线或绞合线，因为这种线电感较大，不利于泄放雷击电流，且容易被 腐蚀。要尽可能使用3毫米以上的实心导线，且最好是相同的金属材料。    ④为了增大地表层的泄放面积，可采用埋设有一定间隔的多根接地体，且相互焊接。如在建 筑物的四周以1至2米的间隔埋上10根左右的铜管，并把它们焊接起来。        在通信塔上安装避雷针虽然经济简单，但却难做万无一失。对一些重要的通信工程来说，可 以考虑安装放射性避雷装置。放射性避雷装置可以说是目前世界最先进的防雷保护装置之一 。   放射性避雷装置的关键部分是放射源，它能连续自行发射α粒子，使周围空气电离产生大量 电子。在雷电场的作用下这些电子不断加速，对空气产生连锁的多极电离或雪崩电离，形成 与电场强度成正比的电子流，这时产生的由放射源指向雷云的电离通导会永不间断地中和及 释放空间电荷，把已有的低电场消除掉，把可能形成的高电场降为低电场，从而有效地防止 发生雷击，起到显著的消雷作用。这种放射性避雷装置的防护面积较大，其半径大约为260 米左右，且安全可靠对人身无伤害。 2.2 防感应雷击的方法       除在通信铁塔上安装避雷针或避雷装置的同时，还要注意消除感应雷击，其通常的做法是在天馈系统中安装避雷器。       在天馈系统中安装避雷器时要注意以下方面的问题。一是避雷器的接地端必须与地可靠连接 ，接地电阻不得大于5Ω，否则将影响防雷效果。二是因避雷器存在一定的插入损耗，对于 天线辐射信号的强度造成了一定的影响，同时还要注意驻波比的变化，一般要求天馈系统的 驻波比小于或等于15。三是安装通信天线时，天线支撑杆要与铁塔可靠连接，连接电阻等 于零。馈线应从铁塔内部垂下，并每隔一段距离用铜丝与铁塔固定。     对重要的通信工程而言，除在天馈系统中安装避雷器外，还要注意供电系统的防雷，一般的 做法是在变压器和配电房安装避雷装置。                                   移动通信基站的维护  　　移动通信系统中的基站主要负责与无线有关的各种功能，为MS（移动台）提供接入系统的UM接口，直接和MS通过无线相连接，系统中基站发生故障对整个移动网的影响是很大的。引起基站故障的原因很多，但大多可归为以下四类： 一.因传输问题引起的故障     移动通信虽属于无线通信，但其实际为无线与有线的结合体。移动业务交换中心（MSC）与基站控制器（BSC）之间的A接口以及基站控制器（BSC）与基站收发信台（BTS）之间的ABIS接口其物理连接均为采用标准的2.048MB/S的PCM数字传输来实现。另外基站的各部件的稳定工作离不开稳定的时钟信号，而基站的时钟信号是从PCM传输中提取的，爱立信的基站不提供外部时钟输入的端口,这些基站设备是基于采用传统的PDH组网方试而设计的。     目前传输设备正从PDH向SDH逐步过度,而按照SDH的传输体制,由于指针调整的原因,其传送时钟是通过线路码传输,由分插复用器(ADM)专门的时钟端口输出。如果采用从SDH的随路码流中提取时钟的方法,将会带来诸如失步,滑码,死站的问题。如新桥站原采用爱立信RBS200设备，传输采用SDH系统，此站自开通以来一直不稳定，后经爱立信工程师到现场检查发现为基站同步不好，建议采用PDH传输系统，或基站采用RBS2000设备，（RBS2000对同步要求较RBS200低），后用RBS2000设备替换原RBS200设备，基站工作正常至今。     日常维护中经常有基站所有或部分载频不稳定，时而退服时而工作的现象，BSC侧对CF测试结果为BTS COMMUNICATION NOT POSSIBLE 或CF LOAD FAILED。此类故障大都为传输不稳定有误码，滑码而引起的。当传输误码积累到一定时，BSC无法对基站进行控制，数据装载，此时可在本地模式下通过OMT对IDB数据从新装载，复位后可恢复正常。 二，因基站软件问题引起的故障     基站系统中的软件是指挥和管理基站各部件有序，正常工作的。若基站IDB数据与基站情况不匹配，则基站一定无法正常工作。如在对北码头基站进行传输压缩(两条压缩为一条)后发现A,B小区工作正常而C小区工作不正常，说明BSC无法与C小区进行通信，于是怀疑与之想邻的B小区的软件设置有误，经查看发现B小区的传输方式被误设为STANDALONE（单独方式），一条传输时ABC各扇区的传输方式应分别设为CASCADE，CASCADE，STANDALONE，将B的传输方式改为CASCADE后基站恢复正常。 三，因基站硬件引起的故障     此类故障较常见，现象也较明显，一般有故障的硬件其红色FOULT灯会点亮，但有时不能被表面假象所迷惑。     例如唐闸基站B扇区一载频（TRU）退服，到站后发现此载频的红色FOULT灯和TX NOT ENABLE 灯都亮，于是判断为TRU硬件损坏，更换后故障现象依旧，此时更换TRU就犯了"头痛医头，脚痛医脚"的错误，TRU退服可能为其本身硬件故障也可能为与之相连的其他硬件或连线的故障。用OMT软件诊断后提示为CU到TRU间的连线故障，检查发现连线松动，重新连接后故障消失。对此类故障建议先用OMT软件进行故障定位，根据OMT的建议替换单元进行操作,而不能只看表面。 四，因各种干扰引起的故障     移动通信系统中的干扰也会影响基站的正常工作，有同频干扰，邻频干扰，互调干扰等。现在陆地蜂窝移动通信系统采用同频复用技术来提高频率利用率，增加系统容量，但同时也引入了各种干扰。 日常维护中新建站以及扩容站新加载频的频点选取不合理基站将无法正常工作，对此类故障应与网优配合，综合考虑各种因素，选取合理频点，消除以上干扰。     对移动通信系统中基站的各类故障应认真分析，找到其真正原因，才能以最快的速度排除故障，提高网络质量。 　 五、移动通信基站维修实例 　 1 爱立信模拟基站系统RBS883障碍处理一例  　　 江苏南通易家桥站的模拟基站系统为RBS883，原经安装调测后，基站能正常工作。运行一段时间后，交换侧测试发现系统中B小区第十个载频没有发射功率，经到现场观察发现其对应的COMB不能调谐。 　　 我们知道，江苏目前的爱立信模拟基站系统RBS883一般均使用自动调谐的形式，即功率合成器采用自动调谐合成器。其调谐过程主要是由功率监测单元接受从功率合成器中耦合出的-32dB的射频信号和从方向耦合器中耦合出的-40dB的射频信号，通过对这两个射频信号进行比较处理后，功率监测单元启动并控制相应的自动调谐合成器上的电动步进马达转动，从而实现自动调谐功能 。 　　 下面我们对RBS883的具体结构作一说明。 　　 在RBS883系统中，自动调谐功能主要由以下结构共同协调完成：功率监测单元（PMU-AT）、信道收发信机（TRM）、自动调谐合成器（COMB）、方向耦合器。其工作原理如下：当某一信道收发信机的发信机打开后，其输出功率信号经射频线输入到功率合成器中的环形隔离器并最后进入合成器腔体中，同时从环形隔离器中（功率合成器上的Pi口）耦合出-32dB的射频信号，经功率监测单元面板上的参考信号输入端口（COMB端口，共有八个，分别与位于无线机架A中的八个合成器腔体相连），输入到功率监测单元中；另外，输入到合成器腔体中的射频信号最后进入方向耦合器并经天馈线系统发射，同时也从方向耦合器的前向功率（PFWD）口耦合-40dB的射频信号，经功率监测单元面板上的Pout FWD口输入到功率监测单元中。 　　 功率监测单元对以上两种射频信号进行比较处理，当两信号相差7-9dB以上时，功率监测单元就会通过步进马达控制线（从功率监测单元面板上的M01-M08端口至功率合成器上的步进马达信号连接头）向相应的功率合成器送步进马达控制电源信号，启动步进马达转动，并控制其转动量使其准确调谐到相应的频率上。 　　 首先更换COMB，问题依旧，证明COMB正常；将功率计接到TRM的TX口，用LCTRL1软件将TRM的功率打开，发现功率计有功率显示，证明信道盘TRM正常；一般说来，如果功率监测单元或方向耦合器坏，会导致该小区所有载频出现问题，而不应是某一载频退服，因此我们可断定功率监测单元及方向耦合器没有问题。 　　 于是我们将目光转移到连线上：与相邻载频（第八个或第十二个载频）同时对换COMB端的Pi输出头与马达连接后发现，该载频能正常工作，而相邻载频却不能工作，从而将障碍定位在Pi输出线和马达连接线上；更换从功率合成器上Pi口至功率监测单元上COMB口间的连线后，载频正常工作，问题解决。 　　 这些问题都因功率合成器上Pi口至功率监测单元上COMB口间的连线损坏，功率监测单元无法接收从功率合成器中耦合出的-32dB的射频信号，进而无法控制COMB调谐。  2 爱立信数字基站系统RBS200障碍处理一例  　 　 江苏南通的海北站（RBS200系统）曾发生过某个载频不能工作的情况：交换侧测试反应为该套载频接收正常但不能有效发射；到基站观察发现，该套载频在推服过程中，RRX、TRXC及SPU一切正常，而RTX不能有效锁定，导致整套载频无法正常工作。 　 我们知道，爱立信数字基站系统RBS200一般均采用自动调谐合成器的形式。自动调成器实质是一个窄带合路器，其输入被机械地调谐到指定的GSM频点。在每一个合路器的输入端都有一个步进马达，它受控于它所连接的RTX。两个输入被合路成一路输出，若干个合成器的输出可以被连接成一条链。在调谐期间，发射机将其合路器的输入设置到可以给出最大前向功率的位置，而且还检验反射回的功率，如果反射功率超过最大允许值，那么发射机将其自身禁用并发出一个错误代码。 　　 下面我们联系RBS200的具体结构作一说明。 　　 RBS200系统的自动调谐功能主要由以下结构共同协调完成：无线发射顶（RTX）、自动调谐合成器（COMB）、发射机带通滤波器（TXBP）、监测耦合器单元（MCU）及发射机分路器（TXD）。  　　 其工作原理如下：语音信息经过编码、交织、加密等一系列处理过程后，由TRXC通过TX总线传送到无线发射机（RTX），无线发射机对其进行调制和放大，并经自动调谐合成器（COMB）调谐和发射机带通滤波器（TXBP）滤波后，最后传送到监测耦合器单元（MCU）并经天馈线系统发射出去；与此同时，监测耦合器单元的一个输出被连接到发射机分路器（TXD）单元的输入端，经发射机分路器分路后，由其输出端连接到相应的一个RTX的"PT"口，RTX将该信号与其自身发射信号进行分析比较后，进而控制自动调谐合成器使其准确调谐到相应的频点上。  　　 我们检查并更换硬件设备COMB、RTX及TXD，结果在检查RTX时，发现该RTX的"PT"端口中的针头歪掉了，导致该RTX与从TXD过来的射频线不能有效接触，RTX收不到从TXD反馈加来的参考信号，无法将该信号与其自身发射信号进行分析比较，进而无法控制自动调谐合成器使其准确调谐到相应的频点上，因此该载频不能正常工作。将该RTX的"PT"端口中的针头拨正后，该套载频工作正常。 3 爱立信数字基站系统RBS2000障碍处理两例  　 （1）因缺少环路终端而导致基站退服 　 　　 启东土管局基站为RBS2000站，原为5/5/5配置，后因信令压缩的需要，经网络规划人员现场测试分析后，决定将其改型为4/4/4配置，并经信令压缩成一条传输线。压缩传输后基站能正常工作。后因某种原因基站迁址，由原少年宫迁至启安宾馆，在重新开通时，基站的A小区能正常工作，而B、C小区却不能工作，从交换机侧反应为CF数据灌不进去。 　　 经到现场用OMT软件观察发现，TEI值、PCM等设置一切无误，而用Monitor菜单也不能发现任何告警信息；对B、C小区重新灌入原IDB后，障碍依旧，断定IDB数据无误。在C机架的DXU中灌入A小区的IDB数据并改变架顶的PCM连接方式，使原C、B机架分别对应A、B小区，则C机架（对应A小区）能正常工作，而B机架（对应B小区）却不能工作；对B机架进行同样的操作后，情况与C一致，由此判断B、C机架设备无障碍。 　　 在判断基站软、硬件一切正常的情况下，我们将目光转移到传输上。该站现为4/4/4配置，一条传输线，从DF架连到A机架的C3口，并从A机架的C7口出来连到B机架的C3口，然后再从B机架的C7口连到C机架的C3口。 　　 在检查连线及IDB中传输设置无误后，对传输通道进行环路测试并用万用表检查通路，没有发现任何问题。最后在C架的C7口加上一环路终端，重新推站，基站恢复正常。 在基站工作正常的情况下，我们曾做过如下试验：将整个基站断电一段时间后再供电、起站。共断过三次电，其中有两次在不加环路终端的情况下基站能正常工作，而另一次却必须加上一环路终端基站才能工作。由此可见，因掉电而退服的基站，这种障碍现象并不是必然的，而是具有一定的偶然性，即可能会出现这种障碍。 　　 在我们日常操作维护中，对于只有一条传输线的RBS2000基站（其它站型的基站尚未出现如此现象），当出现故障时，我们首先应该按照正常的步骤进行操作维护，包括用OMT观察告警信息、复位、拔插硬件板、检查软件设置及硬件故障等。在一切努力均告失败的情况下，试着在C架架顶的C7端口加上一个环路终端，可能会帮助我们解决问题。 （2）因硬件原因引起基站告警 　 　 南通北码头基站为RBS2000站型，经工程局安装并调测后，基站能正常工作。但经过一段时间的话务统计分析发现，该基站的A、B小区有较高的拥塞和掉话。通过BSC观察发现，该站的A、B小区均有分集接收告警，同时A小区还有驻波比方面的告警。到基站用OMT观察，发现有分集接收丢失告警及VSWR/POWER检测丢失告警。 　　 由于告警均与天馈线系统有关，我们先用驻波比测试仪分别对A、B小区的四根天馈线进行了测试，结果发现测量值均在标准范围内，证明天馈线本身没有问题。 我们知道，分集接受是解决信号衰落、提高信号接收强度的重要措施之一。小区通过两根接收天线接受信号，可以产生3dB左右的增益，同时通过对两路信号的对比来判断接受系统是否正常。如果TRU检测两路信号的强度差别很大，基站就会产生分集接收丢失告警。分集接收丢失告警可能是TRU、CDU、至TRU的射频连线或天馈线故障引起的。 　　 由于在本例中，我们注意到A、B小区均有分集接收告警且拥塞和掉话均较高，于是怀疑A、B小区的天馈线相互错位。后经高空作业人员对天馈线逐一检查，发现A、B小区的接受天线相互错位。因此A、B小区的两根接收天线接受方向不一致，方向不对的天线就接收不到该小区手机发出的信号或接受信号很弱，从而使小区产生分集接收丢失告警且伴随着较高的拥塞和掉话。经更改后，分集接收丢失告警消失，且拥塞和掉话降到了指标范围内。 　　 对于VSWR/POWER检测丢失告警，我们也从原理上对其进行了分析处理。我们知道，在RBS2000中，每个TRU都通过Pfwd和Prefl两根射频线分别与CDU的Pf与Pr相连，从而检测CDU的前向功率和反向功率。如果反向功率过大，则说明天馈线驻波比太大或CDU有问题，这时TRU会自动关闭发射机产生ANT VSWR告警。同时TRU还对Pfwd和Prefl这两根射频线进行环路测试，如环路不通，则产生一个VSWR/POWER告警。在本例中，由于出现了VSWR/POWER告警，于是我们对其环路进行了检查。在RBS2000中，Pfwd和Prefl这两根射频线的接口处在FU上，其一端分别连到CDU前面板的Pf和Pr口，另一端则通过背板连线连到TRU的后背板，并与TRU通过射频头相连，从而形成Pfwd和Prefl的整个环路。我们对CU、FU上的接头进行认真检查，确定一切正常后，对TRU的后备板进行了检查，结果发现后备板的射频头接口处凹了进去，导致TRU与后备板接触不好所致。经更改后，VSWR/POWER检测丢失告警消失。  　 六、移动通信基站的防雷 　     防雷是一项综合工程，它包括防直击雷、防感应雷以及接地系统的设计。根据信息产业部批准的中国通信行业标准:"移动通信基站防雷与接地设计规范"以及产品的特点和工程设计的经验，提出以下解决方案。  1.接地系统     防雷工程设计中无论是防直击雷还是感应雷，接地系统是最重要的部分 1.1 对接地电阻的要求：     从理论上讲接地电阻愈小愈好。据我们的经验，地阻决不能大于4欧姆，应力争小于1欧姆。 1.2 应采用联合接地：     接地的"流派" 很多，近年来联合接地的观点占了上风。因为，现代化的城市不可能以足够的距离作几个地网来满足使用要求。采用联合接地时只要保证各种接地作到共地网而不共线的原则，机房设备做到用汇流排或均压环实现设备的等电位联接即可。 2.直击雷的防护：     移动通信基站天线通常放在铁塔上，防直击雷避雷针应架设在铁塔顶部，其高度按滚球法计算，以保护天线和机房顶部不受直击雷击，避雷针应设有专门的引下线直接接入地网（引下线用40mm?4mm的镀锌扁钢）。铁塔接地分两种情况：若铁塔在楼顶上，则铁塔地应接入楼顶的钢筋网或用三根以上的镀锌扁钢焊接在避雷带上。若铁塔在机房侧面，则建议单独作铁塔地网，地网距机房地网应大于十米。否则两地网间应加隔离避雷器。 3.感应雷的防护：     感应雷是指由于闪电过程中产生的电磁场与各种电子设备的信号线、电源线以及天馈线之间的耦合而产生的脉冲电流。也指带电雷云对地面物体产生的静电感应电流。若能将电子设备上电源线、信号线或天馈线上感应的雷电流通过相应的防感应雷避雷器引导入地，则达到了防感应雷的目的。  3.1天馈线糸统的防雷与接地     基站至天线的同轴电缆不采用金属外护层上、中、下部接在铁塔上的方案。我们建议天线同轴电缆从铁塔中心引下，这样可以减少由于避雷针接闪后的雷电流沿铁塔泄放时对同轴电缆的感应电流。因为铁塔四支柱同时泄放雷电流入地时铁塔中心的感应场最弱。若天线塔高度超过30m，天馈线电缆在塔的下部电缆外护层可接地一次（可直接接铁塔或直接接地皆可）。     电缆进入机房走线架接在六个天馈避雷器（组件）上，型号为CT1000H-DIN和CT2100H-DIN，前者工作频率范围为850-960MHZ; 后者为1700-1900MHZ。天馈避雷器组件由紫铜构成，紫铜构件的接地应采用截面积大于25平方毫米的多股铜线接在机房内的汇流排上。本防雷设计用的天馈避雷器采用∏型网络高通滤波器方案，它不同于国内外惯用的气体放电管方案。这种避雷器扦入损耗低（小于0.2dB），驻波小（小于1.15），雷电通流量大（最大可作到50KA/在8/20μs下），残压低（小于18v）。 对室外基站，天馈避雷器和机柜接地都应分别接入接地排（见图LDTA2000-01） 3.2 供电糸统的防雷与接地     移动通信基站外供电源可能是架空线进入，也可能是穿金属管埋地进入基站。无论是什么情况，都应在出入基站的电源线出口处加装大通流量的电源避雷器，因为电源线架线长，走线也较复杂，易应感应较强的雷电流。设计了CY380-100GJ(10/350us) 电源避雷器。雷电通流量在10/350us波型下雷电通流量大于50KA，后面应再配置两级并联型避雷器。三级防雷器之间的间距应在10m以上。若基站较小，三级防雷不能保证上述距离，则应当设计为串联型电源避雷器它是由二级或三级并联式避雷器加隔离电感后的组合。雷电通流量仍为10/350us波型下大于50KA，工作电流可达60A。若基站用电超过60A，则只能作并联方案。     对室外基站由于供电线路很长。应设计具有三级防雷功能的大雷电通流量的串联型电源避雷器。雷电通流量为60KA，工作电流35A。电源避雷器接地线也接在机柜的接地排上。     基站三相电源供电应采用三相五线制。外线进入基站的第一级电源避雷器接地线可以就近接电源保护地（PE）。第二级电源避雷器接地可接供电设备的保护地。第三级电源避雷器接机房汇流排。 3.3 信号线路的防雷与接地     由基站外进出的信号线都应穿金属管埋地，避免感应过大的雷电流。信号线的进站处都应加相应接口和相应信号电平的信号避雷器。信号线超过5m长度的，在其线两端设备的端口，加装相应的信号避雷器