新型基站设施面临的雷击危险及防护建议

电信世界正快速步入4G时代，但同时也为电信这些设计者提出了挑战。扩容的实现不完全依赖于价格昂贵、覆盖范围通常可dp 2公里的2G/3G宏蜂窝。这些基站通常安装在合理设计的基站塔中。相反，有越来越多的覆盖范围分別为200米和100米的微微蜂窝(通常应用于购物中心、医院、校园和办公楼)和毫微微蜂窝(通常应用于家庭和小型办公室)投入使用，它们的安装通常由最终点用户或楼宇管理人员完成。这些将数据传输至宽带网络，而不是移动通信网络。此外，回程节点的应用也更普遍，相关设备被安装在楼宇或水塔等建筑结构之上，面临着雷击威胁。这些节点被用于以低成本延伸元线骨干网，形成点到点架构。本文将解释上述各种类型设备可能面临的雷击危险，并提出相应的防护建议。

危险的性质

所有安装在户外的设备(以及部分安装在室内的设备)都面临雷击的危险，从而可能导致所有连接线路(包括电源线和数据线)出现浪涌。关于此类浪涌的现行规范包括GR-1089、IEC 61000-4-5、IEEEC62.41以及ITUK.44/20/21/56。

安装在室内的设备则可能受到人类或其他带电物体静电放电(ESD)的影响，这种ESD可进入数据线。IEC 61000-4-2提供了应用级ESD测试方法的相关建议。

微微蜂窝与相关基站控制器的回程连接通常经由以太网连接实现，如1000BaseT或10 GbE等。与此同时，微微蜂窝还可以直接与互联网连接，而无需借助基站控制器甚至是移动交换中心。而毫微微蜂窝亦可采用现有的互联网连接，如DSL或CATV调制解调器。

防护方法

交流电源线的雷击浪涌保护相当简单——利用高能量MOV(金属氧化物压敏电阻)或AK系列器件控制过电压即可，但必须与短路和过载保护的熔断器装置相结合。需谨记的一点是，MOV的寿命取决于其能够吸收的总能量，也就是说，应根据瞬态调整MOV的额定瞬态能量。MOV正确合理的选择，能最大限度地减少因浪涌保护器损坏而导致的设备故障。

对于直流电源线而言，TVS(瞬态电压抑制)二极管可提供低钳位电压值，最大限度减少对设备的电气应力。不同于其他传统的无源器件，TVS即便面临多个浪涌事件也不会出现磨损。

过电流保护可通过熔断器装置或可复位PTC实现。数据线可能面临雷击浪涌、与交流电源线的交互耦合，以及ESD的威胁。

这些线路承载的频率较电源输入更高，能够在一定的电压范围内工作，因此相应的防护需求也较电源输入应用更加复杂。

就HDSL线路而言，典型的防护方案包括一台采用GDT(气体放电管)处理最严重浪涌电流的主保护器，外加一对SIDACtor.(瞬态浪涌保护晶闸管)，以进一步降低进入电路的浪涌能量。与此同时，一对熔断器的使用，可帮助客户达到电信标准中规定的电源故障要求。此外，在耦合变压器的第三位(即驱动器侧)放置SIDACtor或TVS SPA(矽保护阵列)也是常用方式之一。

如果使用ADSL线路，可采用单个GDT或SIDACtor提供保护，在需要电源故障保护的情况下，还应配备一个熔断器。在此类应用中，最好采用微电容SIDACtor以减少信号失真。如果电容值太高，可安装反并联连接的一对离散超快开关二极管(图1)，将总电容降低至15pF，也可以采用内置上述二极管的SDP或SEP SIDACTOR系列。

类似的方法还可用于保护毫微微蜂窝、微微蜂窝以及回程设备中的以太网线路。对于安装在室内(但暴露在雷电和ESD环境下，如GR-1089)的线路，可通过在线路侧安装额定浪涌的TVS二极管阵列(必要情况下再加上熔断器)以及在第三位(耦合变压器的线路驱动器侧)安装超低电容二极管阵列来实现保护，如图2所示。

如果以太网线路安装在户外，就必须对其采取雷击瞬变保护措施。这种情况下的防护类似于室内应用，需采用专门设计的SDP和SEP系列等SIDACtor取代TVS二极管阵列。此外，还应在电路的驱动器侧安装TVS二极管阵列，以进一步降低系统经受的瞬态能量。


图1：ADSL线路保护可采用GDT或SIDACtor.再加上一个熔断器得以实现


图2：用于建筑物之间的以太网线路可采用超快TVS二极管、熔断器，以及超低电容二极管阵列实现保护

回程设备有多个需保护的脆弱点。除数据线和电源输入线(交流或直流)外，还应将天线纳入考虑。在这种情况下，当被施加IEEE C62.45中规定的8/20μs组合波形时，防护的实现既可以采用AK10或AK15器件，也可以采用抗浪涌能力为10kA或以上的GDT。

4G无线设备的防雷击、ESD和电源线浪涌保护是系统设计中非常重要的一项考虑因素。如果没有采用相应的设计来防止上述电击威胁，就有可能导致现场故障、产品退货、声誉受损以及丢掉业务的后果。

传统的基站地点受到大城市人口密度高所导致的现行不动產状况所限。这限制了不断扩大无线语音和数据覆盖范围所需的大规模网络和新基站的快速部署。如今，愈来愈多的运营商需要重建电信设施，而这面临着筹备时间长和建设成本高的挑战。