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電信世界正快速步入4G時代，但同時也為電信這些設計者提出了挑戰。擴容的實現不完全依賴于價格昂貴、覆蓋范圍通常可dp 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用戶或樓宇管理人員完成。這些將數據傳輸至寬帶網絡，而不是移動通信網絡。此外，回程節點的應用也更普遍，相關設備被安裝在樓宇或水塔等建筑結構之上，面臨著雷擊威脅。這些節點被用于以低成本延伸元線骨干網，形成點到點架構。本文將解釋上述各種類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 所有安裝在戶外的設備(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路(包括電源線和數據線)出現浪涌。關于此類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或其他帶電物體靜電放電(ESD)的影響，這種ESD可進入數據線。IEC 61000-4-2提供了應用級ESD測試方法的相關建議。 微微蜂窩與相關基站控制器的回程連接通常經由以太網連接實現，如1000BaseT或10 GbE等。與此同時，微微蜂窩還可以直接與互聯網連接，而無需借助基站控制器甚至是移動交換中心。而毫微微蜂窩亦可采用現有的互聯網連接，如DSL或CATV調制解調器。 防護方法 交流電源線的雷擊浪涌保護相當簡單——利用高能量MOV(金屬氧化物壓敏電阻)或AK系列器件控制過電壓即可，但必須與短路和過載保護的熔斷器裝置相結合。需謹記的一點是，MOV的壽命取決于其能夠吸收的總能量，也就是說，應根據瞬態調整MOV的額定瞬態能量。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。 對于直流電源線而言，TVS(瞬態電壓抑制)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源器件，TVS即便面臨多個浪涌事件也不會出現磨損。 過電流保護可通過熔斷器裝置或可復位PTC實現。數據線可能面臨雷擊浪涌、與交流電源線的交互耦合，以及ESD的威脅。 這些線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.(瞬態浪涌保護晶閘管)，以進一步降低進入電路的浪涌能量。與此同時，一對熔斷器的使用，可幫助客戶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線路，可采用單個GDT或SIDACtor提供保護，在需要電源故障保護的情況下，還應配備一個熔斷器。在此類應用中，最好采用微電容SIDACtor以減少信號失真。如果電容值太高，可安裝反并聯連接的一對離散超快開關二極管(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線路。對于安裝在室內(但暴露在雷電和ESD環境下，如GR-1089)的線路，可通過在線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(耦合變壓器的線路驅動器側)安裝超低電容二極管陣列來實現保護，如圖2所示。 如果以太網線路安裝在戶外，就必須對其采取雷擊瞬變保護措施。這種情況下的防護類似于室內應用，需采用專門設計的SDP和SEP系列等SIDACtor取代TVS二極管陣列。此外，還應在電路的驅動器側安裝TVS二極管陣列，以進一步降低系統經受的瞬態能量。 
圖1：ADSL線路保護可采用GDT或SIDACtor.再加上一個熔斷器得以實現
圖2：用于建筑物之間的以太網線路可采用超快TVS二極管、熔斷器，以及超低電容二極管陣列實現保護 回程設備有多個需保護的脆弱點。除數據線和電源輸入線(交流或直流)外，還應將天線納入考慮。在這種情況下，當被施加IEEE C62.45中規定的8/20μs組合波形時，防護的實現既可以采用AK10或AK15器件，也可以采用抗浪涌能力為10kA或以上的GDT。 4G無線設備的防雷擊、ESD和電源線浪涌保護是系統設計中非常重要的一項考慮因素。如果沒有采用相應的設計來防止上述電擊威脅，就有可能導致現場故障、產品退貨、聲譽受損以及丟掉業務的后果。 傳統的基站地點受到大城市人口密度高所導致的現行不動產狀況所限。這限制了不斷擴大無線語音和數據覆蓋范圍所需的大規模網絡和新基站的快速部署。如今，愈來愈多的運營商需要重建電信設施，而這面臨著籌備時間長和建設成本高的挑戰。 關于分布式基站 (DBS) 分布式基站(DBS)由BBU和RRU組成，能夠通過實現射頻和基帶處理單元的分離，從而緩解基站建設過程中的部分擁塞情況。這些DBS系統支持分布式安裝，而無需將設備的全部組件集中在同一區域。通過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結構能夠顯著降低之前由于在人口密度高的城市缺乏足夠的不動產從而產生的整體網絡建設成本。 鑒于DBS遠程無線單元(RRU)暴露在雷擊環境中，這種新結構將其納入了更高的風險類別，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境中，因而遭遇雷擊的風險大大增加。 塔燈供電電纜 照明電源線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，但在導線和塔結構之間安裝SPD (在電力電纜入戶的地方，還需要安裝第二組SPD)。 這些SPDS應符合[IEC 61643-1] II類，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電壓保護組件。LVSP20/30/40浪涌保險絲可以提供過電壓保護，其適用于表2中所列LPL等級的20kA/30kA/40kA類別，從而能夠杜絕雷電引發事件造成的裂縫。LVSP是一個浪涌保險絲，因此它必須與過電壓保護串連使用，并不能真正進行負載電流。LVSP設計用來保護過電壓的組件(MOV或AK系列二極管)對連續過壓等故障條件如TOV(暫時過電壓)，線膨脹或OV條件異常等可以使OV保護組件過熱引起熱衰竭。選擇LVSPI2T要有足夠的承受浪涌測試，行程的速度夠快，在過壓故障條件下熱損傷OV組件之前跳閘。這一點尤為重要，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。 通信導線的SPD選擇 通信電纜應通過配線架接入RBS，而配線架則通過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現共模保護。 鑒于其暴露于高浪涌環境下，用于RBS配線架的SPD通常為氣體放電管(GDT)類型。搭載故障防護裝置的三端GDT常用于入口點。Littelfuse同時還提供T0-220固態解決方案。這種故障防護裝置在長時間的電力故障事件中會出現短路。SPD的最低導通電壓應高于正常運行期間信號點(在電信業被標為“tip”和“ring”)與接地參考點之間的最大工作電壓。
圖3：通信配線架圖解 SPD的額定脈沖電流可基于下列公式進行計算：
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的業務數量； m指通信電纜導線的數量； mS指與屏蔽相當的導線數量。 如果是非屏蔽電纜，mS = 0。標準鋁屏的mS代表值= 30。舉例來說，基于LPL III (ILPL= 100kA)、兩項業務(如電力和電信)，以及通信電纜中的20根(10對)導線，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，認為I類和II類SPD等效。
圖4：配線架中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。 |
