移动通信网站之雷电脉冲对其影响研究

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1、移动通信网站之雷电脉冲对其影响研究第一章绪论闪电又称雷电(Lightning)是一种由雷暴云(Thundercloud)引起的长距离高强度大气放电现象，在大气科学及地球物理学等领域通常使用闪电一词，而在其它领域通常使用雷电一词。因此本文的表述也采用这种习惯，在讨论雷暴云的起电机制时使用闪电一词，而在讨论其它问题时使用雷电一词。1.1本文研究的意义1.1.1雷电灾害　　移动通信网站之雷电脉冲对其影响研究第一章绪论闪电又称雷电(Lightning)是一种由雷暴云(Thundercloud)引起的长距离高强度大气放电现象，在大气科学及地球物理学等领域通常使用闪电一词，而在其它领域通常使用雷电一词

2、。因此本文的表述也采用这种习惯，在讨论雷暴云的起电机制时使用闪电一词，而在讨论其它问题时使用雷电一词。1.1本文研究的意义1.1.1雷电灾害闪电是地球上的高发自然现象，其发生频率平均为100次/秒。其中，云地闪电现象与人类的生产生活密切相关，全球云地闪电的平均发生频率约每天800万次。因此，雷电产生的灾害值得人们关注。雷电灾害主要有：人身电击伤害、雷击热效应灾害、感应雷以及其它形式的雷电灾害。人身电击伤害[1_5]主要是指雷击地面物体时，物体不同高度上的电位不同。当人体的任何部位与物体接触时，接触部位与脚底之间具有一定的电位差，即接触电压。另外，当雷电流流入大地时，大地电阻使地面上不同位置

3、之间产生电位差。当人的双脚分开站立或者行走在地面上时，双脚之间就产生了电压，即跨步电压。接触电压和跨步电压都可能伤害人身安全，造成人体心室跳动失协或胸肌起伏动作停止，更为严重的情况则会致人死亡。雷击热效应灾害[6_8]是指雷击地面物体时雷电流产生的热效应所引起的灾害。由于雷电流峰值很大且作用时间很短，在物体局部将产生瞬时的高温。这样的高温可溶化体积较小的金属或者烧伤生物组织，特别是对于灵敏的微电子设备将产生严重的损坏。另外，与雷击热效应相关的灾害还有雷击起火，其原因是雷电流产生的高电压电火花造成可燃气体的爆炸或易燃材料的起火。感应雷[9_14]是发生频率较大的一种雷电灾害。由于静电感应，大

4、地或者地面上的物体会产生与雷暴云底部电荷极性相反的感应电荷，这些感应电荷被云地之间的大气电场所束缚。当云地闪电发生时，维系原来大气电场的电荷迅速泄放，电场强度也随即迅速减弱。这时，原来被大气电场束缚的感应电荷变成了可以自由运动的电荷，由它们形成的电场对周边地面或地面物体产生很高的脉冲电压，还可能产生闪络，称为二次雷。这种起因于静电感应的瞬间高压脉冲现象，称为感应雷。特别地，如果感应雷发生在电力输电线路或电信电缆上，高压脉冲将以近光速向线缆两端传播，称为感应过电压。此外，雷电还会产生气流冲击、闪电通道电磁福射和雷击建筑物电磁福射等其它形式的雷电灾害，科技工必须对这些灾害进行深入的研究。1.1

5、.2雷电对移动通信基站的干扰与影响移动通信基站是电信运营网络的基础性设施。雷电对移动通信基站的干扰与影响将直接威胁通信网络的安全。例如，2002年?2005年，我国广东省江门地区近400个基站次遭受雷击致使设备损坏，直接经济损失近2000万元（其中，仅2003年就接近650万元），间接经济损失则更为严重。每年，雷击基站次占江门地区基站总数的10%?雷电对移动通信基站的干扰与影响主要表现在五个方面：直击雷热击穿、地电位升、直击雷电流传导、感应雷过电压和电磁福射。为了收发无线信号，基站的天线系统必须架设在比较高的位置。所以，移动通信基站一般都建在较高的山地或者较空日广的地区，并且还要配套建有基

6、站铁塔，而高大的铁塔塔体往往容易成为雷击的对象。当强大的雷电流流过铁塔塔体时，基站铁塔上的电子器件和钢材将承受很大的雷电流脉冲冲击。由于电流的热效应，这些电子器件和铁塔钢材可能被击穿。另外，由于接地体本身具有一定的阻抗，当雷电流流过接地体时，接地体上会形成一定的电压。这样的电压会使整个接地网上的电位迅速抬升，其后果可能对塔体形成反击[16，17]。移动通信基站系统拥有大量的各类缆线，直击雷电流可能沿着这些缆线传导，进而造成范围更广的干扰与影响。移动通信基站系统中产生的感应雷与1.1.1节讨论的感应雷灾害成因相同。它产生的感应电压强度虽不及直击雷在塔体上产生的电压，但是它的发生频率却远远高于

7、直击雷。闪电通道中的雷电流会对周围空间产生电磁福射，并且遭雷电直击的建筑物上的雷电流分布也可能产生电磁福射。无论是闪电通道中的雷电流还是建筑物上的雷电流分布都会产生电磁福射，进而干扰和影响移动通信基站系统。第二章雷暴云放电过程及雷电流模型2.1云地闪电放电过程2.1.1雷暴云中的电荷分布闪电实质是雷暴云顶部与底部出现的异性电荷产生的电场在大气中的放电现象。那么，雷暴云中的电荷分布是首先要解决的问题。从现有的技术成果中，我