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電信世界正快速步入4G時(shí)代，但同時(shí)也為電信這些設計者提出了挑戰。擴容的實(shí)現不完全依賴(lài)于價(jià)格昂貴、覆蓋范圍通�？蒬p 2公里的2G/3G宏蜂窩。這些基站通常安裝在合理設計的基站塔中。相反，有越來(lái)越多的覆蓋范圍分別為200米和100米的微微蜂窩(通常應用于購物中心、醫院、校園和辦公樓)和毫微微蜂窩(通常應用于家庭和小型辦公室)投入使用，它們的安裝通常由最終點(diǎn)用戶(hù)或樓宇管理人員完成。這些將數據傳輸至寬帶網(wǎng)絡(luò )，而不是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )。此外，回程節點(diǎn)的應用也更普遍，相關(guān)設備被安裝在樓宇或水塔等建筑結構之上，面臨著(zhù)雷擊威脅。這些節點(diǎn)被用于以低成本延伸元線(xiàn)骨干網(wǎng)，形成點(diǎn)到點(diǎn)架構。本文將解釋上述各種類(lèi)型設備可能面臨的雷擊危險，并提出相應的防護建議。 危險的性質(zhì) 所有安裝在戶(hù)外的設備(以及部分安裝在室內的設備)都面臨雷擊的危險，從而可能導致所有連接線(xiàn)路(包括電源線(xiàn)和數據線(xiàn))出現浪涌。關(guān)于此類(lèi)浪涌的現行規范包括GR-1089、IEC 61000-4-5、IEEEC62.41以及ITUK.44/20/21/56。 安裝在室內的設備則可能受到人類(lèi)或其他帶電物體靜電放電(ESD)的影響，這種ESD可進(jìn)入數據線(xiàn)。IEC 61000-4-2提供了應用級ESD測試方法的相關(guān)建議。 微微蜂窩與相關(guān)基站控制器的回程連接通常經(jīng)由以太網(wǎng)連接實(shí)現，如1000BaseT或10 GbE等。與此同時(shí)，微微蜂窩還可以直接與互聯(lián)網(wǎng)連接，而無(wú)需借助基站控制器甚至是移動(dòng)交換中心。而毫微微蜂窩亦可采用現有的互聯(lián)網(wǎng)連接，如DSL或CATV調制解調器。 防護方法 交流電源線(xiàn)的雷擊浪涌保護相當簡(jiǎn)單——利用高能量MOV(金屬氧化物壓敏電阻)或AK系列器件控制過(guò)電壓即可，但必須與短路和過(guò)載保護的熔斷器裝置相結合。需謹記的一點(diǎn)是，MOV的壽命取決于其能夠吸收的總能量，也就是說(shuō)，應根據瞬態(tài)調整MOV的額定瞬態(tài)能量。MOV正確合理的選擇，能最大限度地減少因浪涌保護器損壞而導致的設備故障。 對于直流電源線(xiàn)而言，TVS(瞬態(tài)電壓抑制)二極管可提供低鉗位電壓值，最大限度減少對設備的電氣應力。不同于其他傳統的無(wú)源器件，TVS即便面臨多個(gè)浪涌事件也不會(huì )出現磨損。 過(guò)電流保護可通過(guò)熔斷器裝置或可復位PTC實(shí)現。數據線(xiàn)可能面臨雷擊浪涌、與交流電源線(xiàn)的交互耦合，以及ESD的威脅。 這些線(xiàn)路承載的頻率較電源輸入更高，能夠在一定的電壓范圍內工作，因此相應的防護需求也較電源輸入應用更加復雜。 就HDSL線(xiàn)路而言，典型的防護方案包括一臺采用GDT(氣體放電管)處理最嚴重浪涌電流的主保護器，外加一對SIDACtor.(瞬態(tài)浪涌保護晶閘管)，以進(jìn)一步降低進(jìn)入電路的浪涌能量。與此同時(shí)，一對熔斷器的使用，可幫助客戶(hù)達到電信標準中規定的電源故障要求。此外，在耦合變壓器的第三位(即驅動(dòng)器側)放置SIDACtor或TVS SPA(矽保護陣列)也是常用方式之一。 如果使用ADSL線(xiàn)路，可采用單個(gè)GDT或SIDACtor提供保護，在需要電源故障保護的情況下，還應配備一個(gè)熔斷器。在此類(lèi)應用中，最好采用微電容SIDACtor以減少信號失真。如果電容值太高，可安裝反并聯(lián)連接的一對離散超快開(kāi)關(guān)二極管(圖1)，將總電容降低至15pF，也可以采用內置上述二極管的SDP或SEP SIDACTOR系列。 類(lèi)似的方法還可用于保護毫微微蜂窩、微微蜂窩以及回程設備中的以太網(wǎng)線(xiàn)路。對于安裝在室內(但暴露在雷電和ESD環(huán)境下，如GR-1089)的線(xiàn)路，可通過(guò)在線(xiàn)路側安裝額定浪涌的TVS二極管陣列(必要情況下再加上熔斷器)以及在第三位(耦合變壓器的線(xiàn)路驅動(dòng)器側)安裝超低電容二極管陣列來(lái)實(shí)現保護，如圖2所示。 如果以太網(wǎng)線(xiàn)路安裝在戶(hù)外，就必須對其采取雷擊瞬變保護措施。這種情況下的防護類(lèi)似于室內應用，需采用專(zhuān)門(mén)設計的SDP和SEP系列等SIDACtor取代TVS二極管陣列。此外，還應在電路的驅動(dòng)器側安裝TVS二極管陣列，以進(jìn)一步降低系統經(jīng)受的瞬態(tài)能量。 
圖1：ADSL線(xiàn)路保護可采用GDT或SIDACtor.再加上一個(gè)熔斷器得以實(shí)現
圖2：用于建筑物之間的以太網(wǎng)線(xiàn)路可采用超快TVS二極管、熔斷器，以及超低電容二極管陣列實(shí)現保護 回程設備有多個(gè)需保護的脆弱點(diǎn)。除數據線(xiàn)和電源輸入線(xiàn)(交流或直流)外，還應將天線(xiàn)納入考慮。在這種情況下，當被施加IEEE C62.45中規定的8/20μs組合波形時(shí)，防護的實(shí)現既可以采用AK10或AK15器件，也可以采用抗浪涌能力為10kA或以上的GDT。 4G無(wú)線(xiàn)設備的防雷擊、ESD和電源線(xiàn)浪涌保護是系統設計中非常重要的一項考慮因素。如果沒(méi)有采用相應的設計來(lái)防止上述電擊威脅，就有可能導致現場(chǎng)故障、產(chǎn)品退貨、聲譽(yù)受損以及丟掉業(yè)務(wù)的后果。 傳統的基站地點(diǎn)受到大城市人口密度高所導致的現行不動(dòng)產(chǎn)狀況所限。這限制了不斷擴大無(wú)線(xiàn)語(yǔ)音和數據覆蓋范圍所需的大規模網(wǎng)絡(luò )和新基站的快速部署。如今，愈來(lái)愈多的運營(yíng)商需要重建電信設施，而這面臨著(zhù)籌備時(shí)間長(cháng)和建設成本高的挑戰。 關(guān)于分布式基站 (DBS) 分布式基站(DBS)由BBU和RRU組成，能夠通過(guò)實(shí)現射頻和基帶處理單元的分離，從而緩解基站建設過(guò)程中的部分擁塞情況。這些DBS系統支持分布式安裝，而無(wú)需將設備的全部組件集中在同一區域。通過(guò)將部分設備安裝在塔上，能夠最大限度地減少占地面積。與傳統結構相比，DBS結構能夠顯著(zhù)降低之前由于在人口密度高的城市缺乏足夠的不動(dòng)產(chǎn)從而產(chǎn)生的整體網(wǎng)絡(luò )建設成本。 鑒于DBS遠程無(wú)線(xiàn)單元(RRU)暴露在雷擊環(huán)境中，這種新結構將其納入了更高的風(fēng)險類(lèi)別，并針對這些暴露單元采用了更高的安全標準。 大多數RRU都由直流電源、控制/信號端口、同軸電纜SPD以及光纖傳輸設備等組成。這些RRU端口和設備暴露在外部環(huán)境中，因而遭遇雷擊的風(fēng)險大大增加。 塔燈供電電纜 照明電源線(xiàn)應受到下述其中一項保護： 1) 安置于金屬管內的非屏蔽電纜； 2) 或未設金屬管的屏蔽電纜； 3) 或未設金屬管的非屏蔽電纜，但在導線(xiàn)和塔結構之間安裝SPD (在電力電纜入戶(hù)的地方，還需要安裝第二組SPD)。 這些SPDS應符合[IEC 61643-1] II類(lèi)，其額定峰值電流如表1所示。 表1：非屏蔽照明電纜 (8/20μs波形) 的額定峰值電流
浪涌保險絲可用于保護過(guò)電壓保護組件。LVSP20/30/40浪涌保險絲可以提供過(guò)電壓保護，其適用于表2中所列LPL等級的20kA/30kA/40kA類(lèi)別，從而能夠杜絕雷電引發(fā)事件造成的裂縫。LVSP是一個(gè)浪涌保險絲，因此它必須與過(guò)電壓保護串連使用，并不能真正進(jìn)行負載電流。LVSP設計用來(lái)保護過(guò)電壓的組件(MOV或AK系列二極管)對連續過(guò)壓等故障條件如TOV(暫時(shí)過(guò)電壓)，線(xiàn)膨脹或OV條件異常等可以使OV保護組件過(guò)熱引起熱衰竭。選擇LVSPI2T要有足夠的承受浪涌測試，行程的速度夠快，在過(guò)壓故障條件下熱損傷OV組件之前跳閘。這一點(diǎn)尤為重要，因為這些MOV組件有危險的失敗可能。設計工程師需要知道每個(gè)保險絲的I2T評級自“閃電等級”，例如，LSVP20具有額定的I2T 4,940 A2S。請參閱下表的選擇。
塔燈電源電纜的過(guò)電壓保護可由SPD提供。這些SPD應是具備高抗浪涌能力的設備(改成:這些SPD應具備有高的抗浪涌能力)，如AK系列TVS或Ultra MOV系列。需特別防護的應用可考慮AK10或AK15系列器件。 通信導線(xiàn)的SPD選擇 通信電纜應通過(guò)配線(xiàn)架接入RBS，而配線(xiàn)架則通過(guò)接地棒連接至主接地端子(MEB)，如圖3所示。在這里，主保護裝置接地用于實(shí)現共模保護。 鑒于其暴露于高浪涌環(huán)境下，用于RBS配線(xiàn)架的SPD通常為氣體放電管(GDT)類(lèi)型。搭載故障防護裝置的三端GDT常用于入口點(diǎn)。Littelfuse同時(shí)還提供T0-220固態(tài)解決方案。這種故障防護裝置在長(cháng)時(shí)間的電力故障事件中會(huì )出現短路。SPD的最低導通電壓應高于正常運行期間信號點(diǎn)(在電信業(yè)被標為“tip”和“ring”)與接地參考點(diǎn)之間的最大工作電壓。
圖3：通信配線(xiàn)架圖解 SPD的額定脈沖電流可基于下列公式進(jìn)行計算：
其中： ISPD指SPD的必需脈沖電流額定值； ILPL指表1中給出的最大雷擊電流峰值； n指接入RBS的業(yè)務(wù)數量； m指通信電纜導線(xiàn)的數量； mS指與屏蔽相當的導線(xiàn)數量。 如果是非屏蔽電纜，mS = 0。標準鋁屏的mS代表值= 30。舉例來(lái)說(shuō)，基于LPL III (ILPL= 100kA)、兩項業(yè)務(wù)(如電力和電信)，以及通信電纜中的20根(10對)導線(xiàn)，根據上述公式計算，ISPD= 500A。 注：在公式中，當8/20μs電流不低于10/350μS電流的5倍時(shí)，認為I類(lèi)和II類(lèi)SPD等效。
圖4：配線(xiàn)架中SPD的安裝 AK系列器件還可用于替代圖4中所示的GDT。就上述例子而言，要求安裝8/20浪涌額定值約為2,500A的設備。與任何GDT一樣，AK3或AK6可輕松適用。 |
