"北斗二代”系统在2020年前建立和GPS相媲美的全球卫星系统。国内TD-SCDMA通信3G系统、TD-LTE通信4G系统,都使用COMPASS与GPS组成双模授时系统用于基站时钟同步。基于该系统的重要性,必须根据系统特性来选择合适的SPD。
从2003年至今,海鹏信用于通信卫星系统的浪涌保护器在全球各地已使用超过了500万只,其中,从2010年到现在,在北斗(COMPASS)、GPS、GLONASS、GALILEO多模模系统用了约300万只,现场并未反馈有损坏或系统被击现象。表明其理论分析与实际应用是相符的,也相互验证了保护方案的科学合理性。
1. 双模系统的感应雷防护
在COMPASS与GPS双模系统的中,天线与收发机之间使用的是一条同轴馈线,天线和收发机为双模天线和双模接收机。这样在北斗(COMPASS)与GPS双模系统的感应雷防护中安装天馈浪涌保护器时频率应包括GPS的1575.42MHz和COMPASS一代的2491.75MHz。而对于GLONASS、GALILEO等频率同样要求覆盖。4G标准的全球化,双模甚至是多模卫星系统的防护更显重要。
现有通信防护标准中均只简单提到在射频系统的接收机端加装天馈浪涌保护器,而忽略了在天线端加装天馈浪涌保护器。而且标准并未针对天馈系统浪涌保护列出详细的规范要求,《GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范》中既要求天馈浪涌保护器安装在收/发设备射频信号出入口端又要求天馈浪涌保护器的接地线应接在直击雷非防护区(LPZ0A)或直击雷防护区(LPZ0B)与第一防护区(LPZl)交界处的等电位接地端子板上。这是大部分基站面临的一个矛盾问题,所以移动基站现在要求将天馈浪涌保护器安装在机房馈窗入口处,这样其接地线最短,保护效果也xx。
2. 浪涌保护器的选择
国内许多行业都会参考IEC测试标准,然后转换为各自行业标准,如国标《GB/T18802.21-2004低压电涌保护器第21部分电信和信号网络的电涌保护器(SPD)-性能要求和试验方法》、气象行业标准《QX10.3-2007电涌保护器第3部分:在电子系统信号网络中的选择和使用原则》和工信部的标准《YD/T1542-2006 信号网络浪涌保护器(SPD)技术要求和测试方法》等,所以在测试的时候应根据具体的行业进行划分。
天馈浪涌保护器的性能指标除满足雷电防护要求外,还有相当一部分技术指标是要满足系统传输需要的。我们要注意,选用的依据尽量靠近工信部的标准,因为GPS和COMPASS是属于通信站功能的。YD5098-2005指标要求如下:
9.5.8移动基站的馈线SPDxx放电电流应不小于15kA(8/20μs),插入损耗应小于等于0.5dB,驻波比不大于1.2,输入功率应能满足发射机xx输出功率的要求。但因为卫星与地面之间传送的信号功率微弱,所以对安装在馈线上的产品射频指标要求相对较高,在1.1~2.6GHz范围内,驻波比小于1.12,插入损耗小于0.2dB为佳。
在北斗(COMPASS)与GPS系统的双模天线中,有一个低噪声放大器,其工作电压为5V,故选择的馈线浪涌保护器必须能通过馈电。目前能通馈电的馈线浪涌保护器只有滤波和单气体放电管结构的浪涌保护器,但在《GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范》中,指出信号和天馈线浪涌保护器的响应时间应小于等于10ns,则单气体放电管响应时间100ns就不能满足使用要求。虽然GB50343标准的2009版修订版中取消了这一条要求,但单气体放电管结构的浪涌保护器的限制电压为300V左右,对于只有5V工作电压的低噪声放大器来说是不可接受的损坏电压。而滤波结构的馈线浪涌保护器在5V工作电压下其限制电压能小于15V,对低噪声放大器是一个很好的保护。所以建议使用滤波结构的馈线浪涌保护器。
3. 系统保护
雷击时,杆塔接地体的电位升高,在电缆芯线中会出现感应的雷电流。由于天线与接收机距离较远,虽然同轴馈线有屏蔽的效果,但因为电缆较长,难免有折弯的地方,而当同轴馈线屏蔽层内腔不是圆柱型时,芯线和屏蔽层之的互感耦合是不平衡的,这样当雷电流感应到屏蔽层时,同轴芯线就会产生感应电压,所以在天线和接收机两处都要安装浪涌保护器。由于两端接地和感应区域的差异,浪涌电流可以流向天线或接收机,所以两端安装是安全有效的。
安装要求:
1) 从防雷的角度考虑,天线安装位置应尽量选择楼顶的中央,尽量不要安装在楼顶四周的矮墙上,一定不要安装在楼顶的角上,楼顶的角最易遭到雷击。天线安装位置附近应有专门的避雷针或类似的设施,如电信铁塔。GPS天线应处在避雷针的有效保护范围内。若无铁塔或避雷针,应安装专门的避雷针,以达到建筑防雷设计要求。
2) 天线侧浪涌保护器的“protect”端应接于靠近天线侧的输入端以保护天线内置的低噪放大器。为了安装方便,可以连接一段跳线,长度小于1250px为宜。天线侧浪涌保护器安装在天线架的浪涌保护器支架上,其接头需先用胶泥裹封,再用电气绝缘胶带密封,以防雨水侵入。天馈浪涌保护器的地线应用直径不小于6mm²多股绝缘铜导线就近接地。
3) 电缆馈线的金属外护层,在上部、下部和经走线架进机房入口处就近接地,在机房入口处的接地就近与地网引出的汇流排连通。
4) 电缆馈线进入机房后与接收机连接处安装浪涌保护器,以防止天馈线引入的感应雷。设备侧浪涌保护器的“protect”端应朝向接收机的方向,将设备侧浪涌保护器直接连接到机柜顶的输出接口或机房馈线窗入口处,设备侧浪涌保护器接地端子就近引接到室外的汇流排上。