2013年8月14日--電信世界正快速步入4G時代，同時也為電信設備研發廠商帶來了新的挑戰。新容量的擴充將不單單仰賴於價格昂貴、覆蓋範圍通常達2公里的2G/3G大型基地台(macrocell) 這些基地台通常安裝於設計合理的基地塔台中。相反地，有越來越多的覆蓋範圍200米的微型基地台(picocells)(通常應用於購物中心、醫院、校園和辦公樓)或覆蓋範圍約10米的特微型基地台(femtocells)(通常應用於家庭和小型辦公室)陸續投入，這些設備的安裝通常由終端用戶或大樓管理人員所建構完成。將資料傳輸至寬頻網路，而非行動通信網路。
此外，回程節點(backhaul nodes)的應用也日漸普遍，相關設備被安裝在樓宇或水塔等建築結構上，也都面臨著雷擊威脅。這些節點能以較低成本作為無線主幹網路的延伸，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，並提出相應的防護建議。
危險的性質
所有安裝在戶外的設備(以及部分安裝於室內的設備)都有面臨雷擊危險的可能，進而導致所有連接線路(包括電源線和資料線)出現湧浪(surge;或稱突波)。此類湧浪的現行規範包括：
GR-1089、IEC61000-4-5、IEEEC62.41以及ITU K.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可進入資料線。IEC 61000-4-2提供了應用級ESD測試方法的相關建議。
微型基地台與相關基地台控制器的回程連接通常是經由乙太網路連接而成，如1000BaseT或10 GbE等。在此同時，微型基地台也可以直接與網際網路連接，無需借助基地台控制器或行動交換中心。而特微型基地台亦可採用現有的網際網路連接，如DSL或CATV數據機。
防護方法
交流電源線的雷擊湧浪保護相當簡單——利用高能量 MOV(金屬氧化壓敏電阻)或AK系列元件控制過電壓即可，但必須與短路和超載保護的保險絲裝置相結合。需記住的一點是，MOV的壽命取決於其能夠吸收的總能量，也就是說，應根據暫態調整MOV的額定暫態能量。 MOV正確合理的選擇，能最大限度地減少因浪湧保護器損壞而導致的設備故障。
對於直流電源線而言，TVS(暫態電壓抑制)二極體可提供低箝位電壓值，減少對設備的電氣應力。不同於其他傳統的被動元件，TVS即便面臨多個湧浪發生也不會損壞。過電流保護可利用熔斷器或可重置PTC裝置完成。
資料傳輸線也面臨雷擊浪湧、與交流電源線的交互耦合，以及ESD等威脅。這些線路承載的頻率較電源輸入更高，且在一定的電壓範圍內工作，因此相應的防護需求也較電源輸入應用更加複雜。
就HDSL線路而言，典型的防護方案包括一台採用GDT(氣體放電管)處理最嚴重浪湧電流的主保護器，外加一對 SIDACtor.(暫態浪湧保護晶閘管或稱雙向順態過電壓保護器)，以進一步降低進入電路的浪湧能量。在此同時，一對熔斷器的使用，可協助客戶達到電信標準中所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，可採用單個GDT或SIDACtor 提供保護，在需要電源故障保護的情況下，應配備一個熔斷器。在此類應用中，最好採用微電容SIDACtor 以減少信號失真。如果電容值太高，可安裝反並聯連接的一對離散超快開關二極體(圖1)，將總電容降低至15pF，也可以採用內置上述二極管的SDP或SEP SIDACTOR系列。
類似的方法還可用於保護特微型基地台、微型基地台以及回程設備中的乙太網線路。對於安裝在室內(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湧的TVS二極體陣列(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。
如果乙太網線路安裝在戶外，就必須對其採取雷擊瞬變保護措施。這種情況下的防護類似於室內應用，需採用專門 設計的SDP和SEP系列等SIDACtor® 取代TVS二極體陣列。此外，應該在電路的驅動器側安裝TVS二極體陣列，以進一步降低系統承受的暫態能量。
圖1：ADSL線路保護可採用GDT或SIDACtor®.再加上一個熔斷器得以實現
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8/20 s組合波形時，防護的實現既可以採用AK10或AK15元件，也可以採用抗浪湧能力為10kA或以上的GDT。
4G無線設備的防雷擊、ESD和電源線浪湧保護是系統設計中非常重要的一項考慮因素。如果沒有採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後果。
圖2：用於建築物之間的乙太網線路可採用超快TVS二極體、熔斷器，以及超低電容二極體陣列實現保護
傳統的基地台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資料覆蓋範圍所需的大規模網路和新基地台的快速部署。如今，愈來愈多的營運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。
關於分散式基地台 (DBS)
分散式基地台(DBS)是由BBU和RRU組成，分別透過無線電射頻單元和基帶處理單元所組成，進而舒緩基地台建設過程中部分擁塞情況。這些DBS系統支援分散式安裝，在建設時期，設備全部元件不需要集中在同一區域。通過將部分設備安裝在塔上，能夠大幅度設備所需占地面積。與傳統結構相比較，DBS結構能顯著降低早期在人口密度高的城市缺乏足夠的建物從而產生的整體網路建設成本。
由於DBS遠端無線電單元(RRU)暴露在雷擊環境中，這種新結構將採用了更高的風險類別，並針對這些暴露單元 採用了更高的安全標準。
大多數RRU包括了直流電源、控制/信號埠、同軸電纜 SPD以及光纖傳輸設備等組成。這些RRU埠和設備暴露在外部環境中，因而遭遇雷擊的風險大大增加。
塔台照明供電電纜
照明電源線應受到下述其中一項保護：
安置於金屬管內的非遮罩電纜；
或未設金屬管的遮罩電纜；
或未設金屬管的非遮罩電纜，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2所示。
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雷電防雷等級(LPL)
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I
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II
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III - IV
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電流 (kA)
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40
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30
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20
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表2 - 非遮罩照明電纜 (8/20µs波形) 的額定峰值電流
浪湧保險絲可用於保護過電壓保護元件 。 LVSP20/30/40浪湧保險絲可以提供過電壓保護，適用於表2中所列LPL等級的20kA/30kA/40kA類別，從而杜絕雷電引發事件造成的裂縫。
LVSP是一個浪湧保險絲，因此它必須與過電壓保護串連使用，並不能真正承受負載電流。LVSP是設計用來保護過電壓的元件(MOV或 AK系列二極體)對連續過壓等故障條件如TOV(暫時過電壓)，電線膨脹或OV條件異常等可以使OV保護元件過熱引起熱故障。選擇LVSPI2T要有足夠的承受浪湧測試，行程的速度夠快，且在過壓故障條件下熱損傷OV元件之前跳閘。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。請參閱表3的選擇。
塔台照明電源電纜的過電壓保護可由SPD提供。這些SPD應是具備高抗浪湧能力的設備(改成這些SPD應具備有高的抗浪湧能力)，如AK系列TVS或Ultra MOV系列。需特別防護的應用可考慮AK10或AK15系列元件。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5所示。在這裡，主保護裝置接地用於實現共模保護。
鑒於其暴露於高浪湧環境下，用於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 常用於入口點。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於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。
SPD的額定脈衝電流可基於下列公式進行計算：
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ISPD
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=
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ILPL
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2n (m+ms)
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||
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公式4 其中：
ISPD指SPD的必需脈衝電流額定值； 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指與遮罩相當的導線數量。
如果是非遮罩電纜，mS = 0。標準鋁屏的mS代表值= 30。
舉例來說，基於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，根據公式4計算，ISPD = 500A。
注：在公式4中，當8/20 s電流不低於10/350 S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系列元件件還可用於替代圖6中所示的GDT。就上述例子而言，要求安裝8/20浪湧額定值約為2,500A的設備。與任何GDT一樣，AK3或AK6可輕鬆適用。
