Protegendo amplificadores e antenas de estação base macro 5G contra riscos elétricos

A próxima geração de comunicação celular, a tecnologia 5G, oferece maior velocidade, maior consistência e menor latência.

Espera-se que esta quinta geração de redes móveis tenha capacidade para permitir a comunicação entre um milhão de dispositivos/km2, o que é um fator 10 maior que a tecnologia 4G.

Os avanços do 5G poderão melhorar as experiências dos consumidores e facilitar tecnologias emergentes como:

Embora estas sejam apenas algumas áreas onde o 5G terá impacto, tudo depende altamente dos centros de dados e das estações base de comunicações de apoio.

A fiabilidade dos equipamentos de infraestrutura é fundamental para o sucesso da adoção das redes 5G.

Os engenheiros de projetos eletrônicos precisam proteger seus projetos de infraestrutura 5G desenvolvendo circuitos que protejam contra cinco fontes de riscos elétricos que afetam a confiabilidade e a vida útil de seus equipamentos.

Essas fontes de perigo são:

Este artigo fornece uma descrição detalhada de uma estação base macro e oferece recomendações para proteger os circuitos da estação base, nomeadamente o amplificador montado na torre e os sistemas avançados de antena contra fontes de riscos elétricos.

A estação base conecta a rede principal aos telefones celulares individuais e outros dispositivos sem fio, como relógios, tablets e dispositivos IoT, por meio de transmissão e recepção. As informações da banda base são moduladas e transmitidas para dispositivos móveis; e as transmissões de dispositivos móveis são recebidas, demoduladas e transmitidas para a infraestrutura de rede fixa.

As estações base macro são torres altas com alturas que variam de 50 a 200 pés. Geralmente são estruturas visíveis e estrategicamente localizadas para maximizar a cobertura em uma área geográfica.

A estação base deve conectar-se a todos os dispositivos sem fio que tentam se comunicar com a estação base na área de cobertura que ela atende.

As estações base 5G contêm sistemas de antenas ativas e avançadas contendo múltiplas antenas em configurações de tecnologia de múltiplas entradas e saídas (MIMO).

As antenas ativas e avançadas fornecem maior capacidade de transmissão/recepção, taxas de transmissão de dados mais rápidas e fornecimento mais eficiente de energia de RF.

A Figura 1 mostra todos os elementos que compõem uma estação base e os componentes recomendados de proteção, controle e detecção que protegem e melhoram a eficiência dos circuitos da estação base.

A Figura 2 mostra um diagrama de blocos do circuito da estação base.

O dispositivo de proteção contra surtos faz interface com a linha de alimentação CA e está sujeito a transientes inerentes à linha de alimentação CA.

Recomenda-se um fusível de supressão de surtos na entrada do circuito de proteção contra surtos. Este tipo de fusível pode suportar descargas atmosféricas de até 200 kA com base em surtos transitórios definidos em UL 1449 e IEC 61000-4-5. Este fusível também atua para fornecer proteção limitadora de corrente sob condições de curto-circuito.

Após o fusível de supressão de surtos, considere usar uma combinação em série de um varistor de óxido metálico (MOV) e um tubo de descarga de gás (GDT) para absorver a descarga atmosférica e outros grandes transientes decorrentes de mudanças de carga que ocorrem na linha de energia.

Coloque a combinação MOV-GDT o mais próximo possível da entrada para minimizar a propagação transitória no circuito.

Conecte o MOV entre a linha e o neutro e conecte o dispositivo de descarga de gás do neutro ao terra.

Além disso, um diodo supressor de tensão transitória (TVS) de alta potência é uma alternativa a um MOV se a capacidade máxima de tratamento de surtos do diodo TVS for adequada para a alimentação da linha de energia CA. Os diodos TVS têm tempos de resposta mais rápidos e fixam transientes em tensões mais baixas.

O amplificador montado em torre está exposto ao ambiente externo e precisa de proteção contra raios e descargas eletrostáticas.

Este circuito deve ter um fusível em série para proteção contra sobrecargas de corrente e um diodo TVS paralelo para absorver raios ou descargas transitórias de ESD.

Diodos TVS de alta potência podem absorver com segurança sobrecargas de corrente de até 10 kA. Esses componentes estão disponíveis em pacotes para montagem em superfície quando as restrições de espaço são críticas.