——记有线广播电视网络和卫星地面广播电视网络实践
雷电产生的过电压和过电流是造成通讯系统和电力系统故障的一个重要原因，如今天，每次雷电还造成大片大片的有线广播电视网络的分支器和分配器以及其它电子产品等损坏，造成成千上亿元的经济损失，说明我们以前的避雷技术还要作进一步的改革。因此对这些系统和雷电的形成过程进行系统的研究是十分必要的，是十分重要的，也是最大减少通讯系统和电力系统故障最有效的了防护措施，对生产这些系统需要的产品和设计这些系统工程以及安装这些系统工程是必须重视的，现在我们来探索这些系统之一的分支器分配器避雷技术。
我国有线广播电视网络和自然村村通（应称卫星地面）广播电视网络已经建立了多年，从无到有，从局部网络到全面联网，从模拟信号网络到数字信号网络，从无防雷技术到有防雷技术，从各自独立网络的“散网络”到“三网合一”以及“四网合一”的趋势。所有这些，在不断的技术创新中，创新技术的推进为我国的信息工程作了重大贡献，使我国的广播电视信息工程技术再不断的发展和不断的完善。现在成了我国全面经济加速发展的重要信息渠道和信息载体加速发展通道，促进了现在广播电视信息已经发展成物质文明和精神文明的重要窗口，是科学技术交流的信息载体，是物质（如商品）信息交易的载体，是文化信息重要载体，是《世界高科技、高效率、高质量的现代化教育结构》教育体系形成的必然趋势的教育体系重要载体，通过这样的现代化的广播电视信息网络科技手段达到教育教学真正的共享，真正的教育教学平等，特别是边区穷区地方的学生和家长尤其重要，如图1，在教育界上，《世界高科技、高效率、高质量的现代化教育结构》代替巨大的传统教育体制，传统教育体制以纯劳动人力教育为主体彻底转变成以高科学科技网络教育体制为主体，全面实行教育平等，使全世界的人们的知识面普及、知识面提高、物质信息普及、科学技术信息等信息得一真正的共享实现，这些都是技术创新创造的物质条件和技术创新推进得到的结果，并且技术创新还在日新月异的发展，已经促进广播电视信息全球化、全面化发展。随着发展的需要，“三网合一”的到来和“四网合一”的萌芽，广播电视信息网络是现代物质文明交易信息载体，是现代精神文明流通信息载体，是人们及时了解和交流信息的重要渠道，也是保持社会稳定、稳步发展和维护国家安全信息保证。
但是，目前我们有许多不断创新技术产生的产品和不断创新技术的工程推动广播电视信息工程完善，这些新的创新技术的实施和实现，以时间证明它们对广播电视信息工程的作用，那是时间问题。这些已经创新的技术，当前已经解决一些实际问题，如我的2008年发表的《自然村村通卫星高频头避雷技术》，在自然村村通卫星高频头中已经大量生产和实际利用了，经过几年的时间证明取得了一定的经济效果和认可，已获得省级广播电影电视局获奖，现在已经普遍采用。其实《自然村村通卫星高频头避雷技术》是专利《第二代光纤网络电脑电视电话系统设计系列产品》的一小部分，还有许多创新技术期待发表和生产运用于实际，按计划，现在我继续将其它部分的创新技术发表，期待解决广播电视信息工程的维护维修问题。经过多年的亲身维修广播电视信息工程和实践、总结的《第二代光纤网络电脑电视电话系统设计系列产品》申请专利号:CN220710079093.1，公开公告号：CN10129178，（它主要1、解决现在网络线严重重复建立引起的人力、物力、财力、公司、部门、无生再生资源等浪费，让网络统一，产品多样化、产品多功能化，电力和信息为一体；2、解决现在网线、产品和维护等因素（含雷电）引起的严重经济损失，质量再次至上，进一步功能解决低投入将所有网络信号（含电力）传达到边远区的低收入低支出的农村用户，有线无线兼容接收发送（也能解决原理相似的其它产品）；3、解决现在各式各样网线为一体化、信息容量更大化。主要用途：光纤、电缆、电力、有线和无线等；电脑、电视、电话（含移动）、通讯、电器、电子等网络系统；光信息、电磁波信息、电力；等等，使电力信息合一）。将《第二代光纤网络电脑电视电话系统设计系列产品》中的《“村村通”广播电视工程防液防气接头技术介绍》发表在2010年第5期《卫星电视与宽带多媒体》68页，这篇文章就是研究广播电视信息工程的接头技术故障，这是第一战线上的结晶，希望引起专家、领导的高度重视实施和实现，让时间证明它的作用，解决我国有线信息网络维修频率十分高的两句和频繁整体改网的现象之一。但是，时间以快一年，创新接头技术还没有起动，难道是“历史性”等等因原严重影响吗？现实的许许多多的有线信息网络要么还是在频繁整体改网、要么局部有线信息网络还是在瘫痪，损失是可想而 知，就此发表了《探索广播电视信息应急方案》发表在2011年第2期《卫星电视与宽带多媒体》33页，我已经以尽其力。现在我们继续研究下一问题——分支器分配器雷击故障吧，并设计了分支器分配器避雷技术方案。在此探索“分支器分配器避雷技术方案”，这是研究广播电视信息网络产品的雷击问题之一，现在将分支分配避雷技术探索一事与大家探讨。
目前，具有避雷技术的分支器和分配器，经过我多年的统计、解剖分析和实践证明发现现在避雷技术的分支器和分配器的是一种假像，为什么呢，下面我们从理论和实践中出发研究一下分支器和分配器。
分配器避雷技术：研究现在的分支器和分配器的结构：
分析分配器是工作原理
分配器是将传输干线或者分支干线线的部分能量均匀馈送给用户终端的装置，在阻抗匹配的情况下，由一个输入端，以2N个分配输出端组成。其中一个输出端只得到主路输入信号的一小部分，常 用的有二分配器、四分配器等，他们的原理基本是一样的，我们以二分配器电路结构为例分析，为从理论和实践研究分支器、分配器的避雷技术，二分配器的基石电原理图如图2.二分配器的结构，由B1和B2线圈组成的变压器、电容C和电阻R构成，为了叙述方便，我们倒头先看B2，B2是一个二分配变压器，它是根据变压器传输线原理用两根导线在环形磁芯上并绕数圈，将一根的尾端和另一根的头相接作为中心抽头。从中心抽头上送入信号，分成两路流向输出1和输出2，由于电路是对称的，所以这两个输出信号功率也是相等的，相位也是相等。两个输出端都接75欧负载，中心抽头的阻抗为75/2欧，即37.5欧。这样，B1是阻抗变换变压器，也在环形磁心上绕数圈，输入端到他与抽头地的匝数比是1.414比1，阻抗比是2比1，前面所说抽头负载是37.5欧，输入端则是75欧。由于结构上的设计，匝数比不可能正好是1.414比1，因此输入端阻抗只能近似为75欧。电阻的作用是使得二分配器的两个输出端相互隔离，如果输出1端上向送入信号，信号经B2流向B1，同时输出2端上感应出一个反向电流，通过R有一个和输出1同相的电流流向输出2，只要R的阻值为负载的两倍，这两个电流大小相等方向相反，正好抵消。也就是说，任何一个输出端上送入的信号不会从另一输出端输出，只能流向输入端。电容C的作用是B1、B2间连线的电感，保证了载体频率特性。因此，信息号从输入端到输出端顺利通过。
这样，输入端送入的信号等分到两个输出端， 每个输出端上得到一半功率，即3dB的损耗，实际上加上导线和磁芯的损耗，总的损耗约4dB。如果两个输出端再各接一个二分配器，就成了四分配器，损耗为8dB。如果四分配器的其中两个输出端再各接一个二分配器，又成了六分配器。如果六分配器有两个输出端的损耗为8dB，其余四个输出端损耗为 12dB。
另外，根据传输线的原理，B1、B2线圈的展开长度应远小于波长，否则高频频响就不好。展开长度短了圈数必然减少，电感量也必然减小，导至低频频响变坏，因此，要求磁芯的导磁率要高，高频损耗要小，只有这样才能保证分配器的带宽，这样保证了分配器的信息传输量。从上面的分析分配器的工作原理，可以发现，B1和B2在电容C的作用下，使电容C的作用补偿了B1、B2间连线的电感，这时这种分配器无法阻止直流电注通过，因为，直流电流可以从分配器的输入端经过B1的中心抽头到B2的中心抽头，再到输出端，或者从分配器的输出端经过B2的中心抽头到B1的中心抽头，再到输入端，若在有雷电直流来时，雷电的直流电流就顺利通过。
还有一种叫过电分配器的，电原理图如图3，它是在一般的分配器上增加两只隔直容和一只扼流圈构成，一般过流分配器用在特殊的地方，如在需要通过有线广播电视网络遥控供电电流的电器。我们从图中发现，虽然过电分配器用了两只隔直电容，无法让直流电流经过B1和B2进入的两端，但是B1和B2中的直流电流可以通过高频扼流圈 到达分配器的两端，因为高频扼流圈能阻止高频交流信息号，无法阻止直流电流流通，如果在有雷电的直流来时，雷电的直流电注就顺利通过了。
分析分支器是工作原理
分支器是一种宽带定向耦合器，它主要用在有线广播电视网络和村村通广播电视网络中，当广播电视信号送入它的输入端后，通过分支器把广播电视信号分成几路，继续将广播电视信号向后传输，其中广播电视信号的大部分功率从输出端输出，只有一小部分的广播电视信号从分支输出端输出。如果信号反向从输出端送入，从输入端流出，此时分支输出端上将没有信号输出。
分支器的结构：由B1、B2是两个在环形磁芯上绕成的传输线变压器和电阻R构成，当信号电流从输入端流过B1时，在B1的次级感应出电流，成两路流向输出和电阻R。同时主电流也流过B2的次级，在B2的初级感应出电流，方向是从电阻流向分支输出端。吸收电阻R上两个电流大小相等方向相反，相互抵消，不消耗功率。
分支器是工作原理:
分支器的电原理图如图4。B1、B2是两个在环形磁芯上绕成的传输线变压器，当信号电流从输入端流过B1时，在B1的次级感应出电流，成两路流向输出端和电阻R。同时主电流也流过B2的次级，在B2的初级感应出电流，方向是从电阻流向分支输出端。吸收电阻R上两个电流大小相等方向相反，相互抵消，不消耗功率。而分支输出端上两个电流相互迭加，有功率输出。如果信号从输出端输入端流过B1，两个感应电流在吸收电阻R上迭加，消耗在R上，而在分支输出端上相互抵消，没有输出。吸收电阻R为75欧姆。
B1、B2两个传输线变压器初次级线圈的匝数比决定了分支量的大小，线圈匝数与分支损耗有以下关系：
分支输出端接一个二分配器，就成了二分支器，接一个四分支器，就成了四分支器。
使用分支器时输出端一定要接有负载，负载可以是分支器后面的线路，也可以电阻。从上面的分析分支器的工作原理，可以发现，B1和B2的传输线变压器作用下，将广播电视信号送入分支器的输入端后，通过分支器把广播电视信号分成几路，继续将广播遢高信号向后传输，这时这种分配器无法阻止直流电流通过，因为，直流电流可以从分支器的输入端经过传输线变压器的导线到输出端，或者从分支器的输出端经过传输经变压器的导线到输出端，若在有雷电的直流来时，雷电的直流电流就顺利通过。
过电分支器的电原理图如图5，它是在一般的分配器上增加两只隔直电容和一只扼流圈构成，一般过流分支器用在特殊的地方，如在需要通过有线广播电视网络按遥控供电电流的电器。我们从图中发现，虽然过电分支器用了两只隔直电容，无法让直流电流经过B1进入的两端，但是B1和B2中的直流电流可以通过高频扼流圈一达分支器的两端，因为高频扼流圈能阻止高频交流信息号，无法阻止直流电流流通，如果在有雷电的直流来时，雷电的直流电流就顺通过了。
分支器指标的国家标准如表2.
根据上分支器理论和分配器，要求用户盒里都串有隔离电容，以防止电视机万一漏电时窜入有线电视系统。但是，在实际统计中绝大多数用户盒没有隔离电容，特别是室内装修的用户盒更严重，几乎没有用隔离电容用户盒。根据科学技术的发展历史，这是非常正确的，因为中国的广播电视才有30多年的历史，加上中国的教育教材上只有在初三物理书上才隔离电容一词，什么是隔离电容，初中文化以下的是不知道的，除非是经过特殊培训的人员，如维修家用电器人员，特别是边区更加严重，不变有的消费者用户不知道，就是连有的指挥这类的专职领导者也不知道什么是隔离电容。加之市场上有大量的五花八门的电视用户盒销售，特别是室内装修的电视用户盒，加之，目前电子产品正在兴旺发展，论语以不知道将来发展情况，这样不可能阻止这类产品销售，所以实际统计中绝大多数用户盒没有隔离电容，特别是室内装修的用户盒是非常正常的一件事，是极其普遍性的常事，我们的广播电视网络工程设计者、实施者和领导得要求用户用的电视用户盒里都用含有隔离电容电视用户盒是不现实的，那么今天的大量分支器和分配器雷击这么严重，又能采取什么方法解决呢，现在我们继续分析雷击分支器和分配器的本质原理。
分析雷击
分支器和分配器本质原理
雷的形成：雷电是一种极为宏伟壮观的自然现象，是一门古老而富有神秘色彩的科学。雷电是一种天气现象，在雷云的形成过程中，由于云与空气不断的摩擦产生电荷，这时某些云团带有正电菏，另些云团带有负电荷，随着云团与空气不断的摩擦产生电荷增多，某些云团带有正电菏就增多，另些云团带有负电荷就增多，电磁场就增大，这个电场对周转就产生越来越大的作用，同时，它们对大地的静电感应使地面产生异性电荷也就增多。当这些云团电荷积聚到一定程度时，不同电荷的云团之间或云团与大地之间的电场强度就可以击穿空气（一般为25-30千伏/厘米）开始游离放电，特别是下雨天气，正好是雨水在空中起中介作用，使不同电荷的云团之间或云团与大地之间的电场强度更容易击穿空气，产生游离放电，这是我们平常观察中发现下雨天空中雷电光和雷电声交叉现象比较多的原因，俗称“打雷”。同时，我们发现不同电荷的云团之间或云团与大地之间的电场强度击穿空气程度不同，产生游离放电程度不同，在外观上出现的雷电光和雷电声不同，俗称这次“打雷”不大，或者俗称“打雷”猛烈等等，其 物理实质是产生游离放电的雷电压值和雷电流值不同而已。有时，在主放电阶段里，由于大量异性电荷的剧烈中和，会出现很大的电流（一般为几十千安至几百千安），随之发生强烈放电闪光，出现的闪光现象就是雷电光，常称闪光叫闪电；强大的电流把闪电通道内的空气急剧加热到一万度以上，使空气骤然膨胀而发出巨大响声，就就是雷，这就形成了雷电。我们称这种游离放电为“先导放电”，云团对大地的先导放电是云团向地面跳跃（梯级）式逐渐发展的，当它到达地面是（高出地面的建筑物、架空输电线等），便会产生由地面向云团的逆主放电。同时，在放电过程中，产生大量电流流通，在电流流通的路径中同时又产生新的电场，对附近的金属体产生新的电荷。新产生电荷的大小与新的电场强度有关，例如：假若以目前避雷方法计算，接地电阻远小于4Ω并为0.1Ω，雷电时电在坟为10000V，雷电时电流为1000A（因科学家研究时，测量出雷电最大电流一般为100KA，我在此取它的1/1000为1000A），U=IR=1000×0.1=100（V）。
分析雷电的电压和电流
根据有关雷电数据记录和上述，一般每一次雷暴电所产生的电压可高达几万伏，甚至几十万伏。然而，地坏所带的电荷高达五十库仑以上，整个地球表面所含的电荷均是负电荷，所以，雷电和奶容易接触到地表面，雷电与地面间就形成一个通道电流回路，此通道电流极大，平均可达几万安培。而且通道直径甚微，只有几平方厘米到几十平方厘米，这样空气柱雷电时的温度高达摄氏二万度以上，所以，常见的闪电颜色是炽白的，在外观上出现的现象是一瞬的曲折的炽白闪光亮线带。雷电的基本特征：雷电的平均电流是30KA，最大电注可达300KA（目前观测到的最大雷电电流幅值为430KA）；雷电的电压约为一亿伏至十亿伏（雷电通道两端电位可达上万伏）。一般雷击分为3个阶段，即先导放电、主放电、余光放电、雷电流通过金属导体，当导体截面不够大时，甚至可使其熔化，遇到易燃物质，可能引起火灾；雷击点产生的热能足以熔化直径4/u6mm的钢球，可以击穿厚度小于4mm的钢板。在全世界范围内，每秒钟的雷击次数约为600次。为了便 于分析，需要对雷电波形进行简化，方便大家彻底理解雷电交加时的雷电压和雷电流整个过程。对通讯系统和电力系统故障最有效的防护措施的生产这些系统需要的产品和设计这些系统以及安装这些系统工程重要的。
为了分析雷电的电压和电流，简化雷电的电压和电流的波形，比较直观分析雷电击坏分支器和分配器，因此，以独立的电压波形和独立的电流波形分析，分别代表了雷电的不同的重要特性。
1、雷电的电压波形
自然雷电可能有各种电场波形，简化的雷电环境中有一种电压波形（波形D），从电压波形可以看出电压快速上升，当雷电击穿时电压又快速下降，如图6
2、雷电的电流波形
电流分量A，B，C，D组成了用于评估直接效应的雷击电流波形，从电流波形可以看出电流快速上升，当雷电击穿时电流又快速下降，当电流降低到某一值时，雷电电流又突升一定值，又快速降下，如图7。下面我们再细致分析雷电电流情况。
（1）电流分量A—首次回击
进行直接效应的分量A的波形可以是单向的或振荡的，如图8所示。但必须满足以下条件：最大幅度200KA（±10%）；上升时间（幅度从10%到90%所需的时间）小于50up；作用积分2×106A2s（±20%）；幅度降至峰值1%的总持续时间不超过500up。从电皮形如图8分析以500up内作用积分2×106A2s（±20%）时是振荡形式又是总体逐步降低形式的物理性变化过程，反映了雷电电流来的时候迅速增加到极点，又迅速降低，达到一定值时又迅速增加，只是增加的值与前面增加的值小了一些，经过数次的振荡最终消失，这好比大海冲来时，一浪跟着一浪，最终浪潮消失，可以看出电流快速上升，当雷电击穿时电流又快速下降，同时根据这些客观规律发现雷电电流流向最终是单向性，只是数值大小的变化。
（2）电流分量Ah—首次回击的过渡区域
分量Ah可以是单向的或振荡的，但必须满足以下参数条件：最大幅度150KA（±10%）；上升时间（幅度从10%到90%所需的时间）小于37.5up；作用积分0.8×106A2s（±20%）；幅度降至峰值1%的总持续时间不超过500up。
（3）电流分量B—早间电流
此分量主要代表跟随在一些负极性初始回击和/或再击之后的中间电流如图9。
进行直接效应的分量B必须是单向的，平均幅值2kA（±20%），持续时间5ms（±10%），电荷传递量10C（±10%）。雷电电流的这种物理性变化过程，反映了雷电电流来的时候迅速增加到极点，又迅速降低，最终消失，可以看出电流快速上升，当雷电击穿时电流又快速下降，同时根据图9的客观规律发现雷电电流流向最终是单向性，只是数值大小的变化。
（4）电流分量C—持续电流
电流分量C代表了可能由长时间持续电流造成的雷电环境，这种持续电流跟在一些负云团对地雷击的再击或正云团对地雷击的回击之后。
进行直接效应的分量C的幅度杰200-800A，持续时间0014~1.0s，传递电荷200C（±20%），必须是单向的。图10为分量C的示例。同时根据图10的客观规律发现雷电电流流向最终是单向性，只是数值大小的变化。
（5）分量C0—变化的分量C
此分量代表C中的一部分，在1A或2A区内，若附着点的驻留时间超过5ms，则有分量C的部分电流流入附着点。分量C0主要用来评估金属蒙受皮的熔蚀，其平均值不超过400A，持续时间等于驻留时间减云5ms的分量B持续时间。图11为分量C0的示例。同时根据图11的客观规律发现雷电电流流向最终是单向性，只是数值大小的变化。
D0—160F对C0的说明：分量C0在45ms±20%的时间里传递18±20%库仑的电荷。波形是无方向性的，也可能是矩形的、指数形的或者线性衰减的，并且具有不小于400A的平均电流幅值。
（6）分量D—后续回击
直接效应分量D的波形，可以是单向的或振荡的，但必须满足以下条件:最大幅度100kA（±10%）；上升时间（幅度从10%到90%所需的时间）小于25up；作用积分0.25×106A2s（±20%）；幅度降至峰值1%的总持续时间不超过500up。
（7）电波波形E
电流波形E在不小于0.5up的时间内具有不小于25KA的上升率，如图12所示，最小幅值为50KA。当电流分量A或D满足这里的条件时，也可用于间接效应，或同时进行直接效应和间接效应分析。同时根据图12的客观规律发现雷电电流流向最终是单向性的，只是数值大小的变化。
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