Защита усилителей и антенн макробазовой станции 5G от электрических опасностей

Следующее поколение сотовой связи, технология 5G, обеспечивает повышенную скорость, большую согласованность и меньшую задержку.

Ожидается, что пятое поколение мобильных сетей сможет обеспечить связь между одним миллионом устройств на квадратный километр, что в 10 раз больше, чем у технологии 4G.

Достижения 5G могут улучшить потребительский опыт и способствовать появлению новых технологий, таких как:

Хотя это всего лишь несколько областей, на которые 5G окажет влияние, все это во многом зависит от центров обработки данных и поддерживающих базовых станций связи.

Надежность инфраструктурного оборудования имеет решающее значение для успешного внедрения сетей 5G.

Инженерам-проектировщикам электроники необходимо защитить свои проекты инфраструктуры 5G, разрабатывая схемы, защищающие от пяти источников электрических опасностей, влияющих на надежность и срок службы их оборудования.

Этими источниками опасности являются:

В этой статье представлено подробное описание макробазовой станции и предложены рекомендации по защите схемы базовой станции, а именно башенного усилителя и усовершенствованных антенных систем, от источников опасности электрического тока.

Базовая станция соединяет базовую сеть с отдельными мобильными телефонами и другими беспроводными устройствами, такими как часы, планшеты и устройства IoT, посредством передачи и приема. Информация основной полосы частот модулируется и передается на мобильные устройства; и передачи мобильных устройств принимаются, демодулируются и передаются в проводную инфраструктуру.

Базовые станции макросъемки представляют собой высокие башни высотой от 50 до 200 футов. Обычно они представляют собой видимые структуры и стратегически расположены, чтобы обеспечить максимальный охват в географическом районе.

Базовая станция должна подключаться ко всем беспроводным устройствам, пытающимся связаться с базовой станцией в зоне покрытия, которую она обслуживает.

Базовые станции 5G содержат усовершенствованные активные антенные системы, содержащие несколько антенн в конфигурациях с технологией «множественный вход-множественный выход» (MIMO).

Усовершенствованные активные антенны обеспечивают более высокую пропускную способность передачи/приема, более высокую скорость передачи данных и более эффективную передачу радиочастотной мощности.

На рисунке 1 показаны все элементы, составляющие базовую станцию, а также рекомендуемые компоненты защиты, управления и чувствительности, которые защищают и повышают эффективность цепей базовой станции.

На рисунке 2 показана структурная схема базовой станции.

Устройство защиты от перенапряжения взаимодействует с линией питания переменного тока и подвержено переходным процессам, присущим линии питания переменного тока.

Рекомендуется установить предохранитель для подавления перенапряжений на входе схемы защиты от перенапряжений. Этот тип предохранителя выдерживает грозовой перенапряжение до 200 кА, исходя из переходных перенапряжений, определенных в UL 1449 и IEC 61000-4-5. Этот предохранитель также обеспечивает защиту от ограничения тока в условиях короткого замыкания.

После установки предохранителя для подавления перенапряжений рассмотрите возможность использования последовательной комбинации металлооксидного варистора (MOV) и газоразрядной трубки (GDT) для поглощения удара молнии и других сильных переходных процессов, возникающих в результате изменений нагрузки, происходящих в линии электропередачи.

Разместите комбинацию MOV-GDT как можно ближе к входу, чтобы свести к минимуму распространение переходных процессов в схему.

Подключите MOV между линией и нейтралью и подключите газоразрядное устройство от нейтрали к земле.

Кроме того, мощный диод подавления переходных напряжений (TVS) является альтернативой MOV, если максимальная способность TVS-диода выдерживать перенапряжения достаточна для питания линии переменного тока. TVS-диоды имеют более быстрое время отклика и фиксируют переходные процессы при более низких напряжениях.

Усилитель, монтируемый на башне, подвергается воздействию внешней среды и нуждается в защите от ударов молнии и электростатического разряда.

Эта цепь должна иметь последовательный предохранитель для защиты от перегрузок по току и параллельный TVS-диод для поглощения переходных ударов молнии или электростатического разряда.

Мощные TVS-диоды могут безопасно поглощать перегрузки по току до 10 кА. Эти компоненты доступны в корпусах для поверхностного монтажа, когда ограничения по пространству имеют решающее значение.