Грозозащита антенны: газовый или четвертьволновый разрядник

Откуда берётся опасность

Антенна на мачте — самая высокая точка вокруг, и молния бьёт именно в такие точки. Но даже без прямого удара разряд рядом наводит в кабеле импульс напряжения в тысячи вольт. По оплётке и центральной жиле он приходит в аппаратную и выжигает входные каскады радиостанций, базовых станций, роутеров. Грозозащита тракта должна перехватить этот импульс и отвести его на землю до оборудования, не мешая при этом полезному сигналу.

Защита строится в несколько рубежей: молниеприёмник и заземление мачты, заземление оплётки кабеля на мачте и при входе в здание, грозоразрядник перед оборудованием и общая шина заземления, к которой всё это подключено.

Выбор решает питание по кабелю: если оно есть — только газовый разрядник.

Газовый грозоразрядник

Внутри газового разрядника — капсула с инертным газом между центральным проводником и корпусом. При обычной работе газ не проводит ток, и сигнал проходит без потерь. Когда напряжение на жиле превышает порог, газ ионизируется, капсула пробивается и замыкает импульс на корпус, а корпус — на землю. После импульса капсула восстанавливается; со временем она изнашивается и её меняют.

Главное преимущество газового разрядника — он пропускает постоянное напряжение ниже порога. Поэтому его ставят в тракты, где по кабелю идёт питание: к мачтовым усилителям, блокам наклона антенн, активным антеннам GPS. Полоса у него широкая — от постоянного тока до нескольких гигагерц.

Как выбрать напряжение срабатывания

Порог срабатывания выбирают выше напряжения питания, которое идёт по кабелю, с запасом, но как можно ниже, чтобы защита срабатывала раньше. Разрядники KADAMM серии РЗ выпускают с порогом 90, 150, 230, 350 и 600 В. Для трактов без питания и с питанием мачтовых устройств 12–30 В берут 90 В; более высокие пороги — для трактов с высоким напряжением питания или большой мощностью радиосигнала, пиковое напряжение которого тоже не должно зажигать капсулу.

Четвертьволновый грозоразрядник

Четвертьволновый разрядник устроен иначе: центральный проводник соединён с корпусом отрезком линии длиной в четверть волны рабочей частоты. Для сигнала этот отрезок — разрыв: четвертьволновый короткозамкнутый шлейф на рабочей частоте имеет очень высокое сопротивление и не мешает сигналу. Для импульса молнии, основная энергия которого сосредоточена на низких частотах, это короткое замыкание на землю.

Плюсы — нет изнашиваемой капсулы, большой импульсный ток (у серии РЗЧ — 30 кА) и мощность до 2500 Вт, остаточное напряжение ниже, чем у газового. Минусы — ограниченная полоса (0,8–2,7 ГГц у моделей KADAMM) и то, что постоянный ток шлейф тоже замыкает: питание по кабелю через такой разрядник не пройдёт.

Остаточное напряжение и время срабатывания

Никакой разрядник не срезает импульс до нуля. Пока газ в капсуле ионизируется, импульс успевает пройти частично, и на выходе появляется остаточное напряжение — сотни вольт в течение наносекунд. Чувствительные входы приёмников защищают дополнительно: разделителем постоянного тока, внутренними диодами оборудования или вторым каскадом защиты. У четвертьволнового разрядника остаточное напряжение ниже: шлейф замыкает импульс сразу, без задержки на пробой.

Что выбрать

Разъёмы и мощность

Разрядник ставят в разрыв фидера, поэтому его разъёмы должны совпадать с кабелем и оборудованием — N, 4.3-10 или 7/16, в исполнениях «розетка–розетка» и «вилка–розетка». Переходники рядом с разрядником нежелательны: каждый добавляет потери и интермодуляцию. Допустимая мощность разрядника должна быть выше мощности передатчика с запасом: у газовых моделей KADAMM она составляет 200–400 Вт, у мощных исполнений с разъёмом 7/16 — до 2500 Вт.

В мультиоператорных трактах важна и интермодуляция самого разрядника: для таких систем выбирают модели с нормированной интермодуляцией и надёжным контактом, как у остальных пассивных компонентов тракта.

Заземление: без него разрядник бесполезен

Разрядник только переводит импульс с жилы на корпус. Дальше энергия должна уйти в землю по короткому и толстому проводнику. Если корпус разрядника соединён с землёй длинным тонким проводом, на его индуктивности импульс создаёт тысячи вольт, и защита не работает.

• Корпус разрядника крепят на заземлённую шину или пластину ввода кабелей, провод — как можно короче.
• Оплётку кабеля заземляют у антенны, на входе в здание и на длинных трассах — через каждые несколько десятков метров.
• Все заземления — мачты, кабелей, разрядников, оборудования — сводят в одну точку, чтобы не было разности потенциалов.
• Кабель на мачте прокладывают без петель и острых изгибов: петля — дополнительная индуктивность.

Сечение и материалы

Проводник от разрядника к шине берут медный, сечением не меньше, чем требует проект молниезащиты, и без промежуточных скруток. Контакты зачищают и защищают от окисления: на улице оцинкованная сталь и медь в прямом контакте корродируют, поэтому используют переходные пластины. Сопротивление заземлителя проверяют измерителем при приёмке и затем периодически.

Разделитель постоянного тока

Разделитель постоянного тока (DC Block) — конденсатор в разрыве центрального проводника. Он пропускает сигнал и не пропускает постоянное напряжение и низкочастотную часть импульса. Высоковольтные разделители KADAMM рассчитаны до 3000 В и ставятся перед чувствительным входом в дополнение к разряднику. Если по кабелю идёт питание, разделитель ставят после инжектора — со стороны оборудования, иначе он отрежет питание мачтовых устройств.

Не только антенный кабель

Импульс приходит в аппаратную не только по антенному кабелю. Если на мачте стоит оборудование с питанием и кабелем данных — выносной радиомодуль, роутер, камера, — на этих линиях тоже нужны устройства защиты от импульсных перенапряжений. Иначе защищённый антенный вход окажется бесполезен: импульс зайдёт по питанию или витой паре.

Грозозащита на разных объектах

• Базовая станция и радиорелейная площадка: заземлённая мачта, заземление фидеров у антенн и на вводе, разрядники на вводе в контейнер, общая шина.
• Репитер на крыше здания: донорская антенна в зоне защиты молниеприёмника здания, разрядник на вводе кабеля.
• Частный дом с антенной 4G: мачта в зоне молниеприёмника или со своим, заземление мачты и разрядник на вводе кабеля в дом.
• Ретранслятор радиосвязи на вышке: разрядник на каждый фидер, дуплексер и оборудование на общей шине.

Нормы

Молниезащиту зданий и сооружений проектируют по стандартам серии ГОСТ Р МЭК 62305: там описаны зоны защиты, заземлители и устройства защиты от импульсных перенапряжений. Для объектов связи дополнительно действуют ведомственные требования операторов. Грозоразрядник в антенном тракте — один из элементов этой системы, а не её замена.

Типовые ошибки

• Четвертьволновый разрядник в тракте с питанием мачтового усилителя — питание замкнуто, усилитель не работает.
• Разрядник на мачте у антенны, а у оборудования — ничего.
• Корпус разрядника заземлён длинным тонким проводом или не заземлён вовсе.
• Заземление мачты и заземление аппаратной — отдельные, без соединения: между ними при ударе тысячи вольт.
• Газовая капсула не менялась годами после нескольких гроз.

Обслуживание

• Газовые капсулы проверяют после грозового сезона и после известных ударов рядом; изношенные меняют.
• Проверяют затяжку и чистоту контактов заземления — окисленный контакт сводит защиту на нет.
• Измеряют КСВН тракта: повреждённый разрядник часто проявляется ростом отражений.
• Гидроизоляция разъёмов на улице — влага внутри разрядника ухудшает и защиту, и тракт.

Что уточнить перед выбором

• Частоты тракта и мощность передатчика.
• Идёт ли по кабелю питание и какого напряжения.
• Разъёмы и марка кабеля: N, 4.3-10 или 7/16.
• Где будет стоять разрядник и как подведено заземление.
• Сколько фидеров входит в здание — разрядник ставят на каждый.
• Есть ли на мачте оборудование с питанием и кабелем данных, которые тоже нужно защитить.

Модели KADAMM

Все серии — в разделе «Разрядники, DC Block и трансформаторы 50/75 Ом».

KADAMM · РЗ

газовые грозоразрядники

Частоты	до 6 ГГц
Моделей	16

Перейти к товару →

KADAMM · РЗЧ

четвертьволновые грозоразрядники

Частоты	800 МГц – 6 ГГц
Моделей	5

Перейти к товару →

KADAMM · РПТ-ВВ

разделители постоянного тока

Частоты	50 МГц – 18 ГГц
Моделей	8

Перейти к товару →