以5G为代表的移动通信技术正在成为下一个10年最为重要的技术方向。铁塔机房中的电源系统是移动通信网中必不可少的重要组成部分,其电磁兼容性和供电质量的好坏,将直接关系到整个通信网是否能够正常工作。

在5G时代,按照1座新建基站要配1整套通信电源的通常用量来计算,如果再算上新接手运营商对原有电源的更换,那么5G建设时期的通信电源需求至少要在35万套以上。而5G也将为电源和磁件行业带来比以往更为广阔的空间。

但是,欧盟,北美,日本等是当今重要的移动通信基站设备制产品的主要市场,随着这些地区和国家的电磁兼容技术标准,技术法规越来越严格,各个企业在符合各个区域市场准入要求方面面临越来越大的困难和压力。

传统的电磁兼容(EMC)设计经验和要求,限制了设计的创新,各个基站设备制造厂商在研发过程中从原型机到最终定型机往往需要大量的调试,验证和整改,这导致各个产品之间的一致性比较差。

基站设备产生的干扰信号主要是通过电源线或信号线对外传导产生的干扰,电源线包括交流电源线和直流电源线。交流电源线一般外接单相或三相市电,直流电源线一般外接交流/直流转换单元或者外接备用电池。按照接口和功耗的要求设计电源线线端接头和口径大小,外面直接加绝缘层。

信号线包括电信传输线,控制信号线和射频信号线。电信传输线一般为E1线,它承载基站系统和电信网之间的数据传输。

电源线的传导干扰验证一般在屏蔽室中进行,方法是在移动通信基站和外部供电设备之间接入人工电源网络,辅助设备需要接耦合退耦网络,网络利用容性电路将移动通信基站产生的高频噪声电压信号耦合到接收机,同时利用感性电路将外部供电设备产生的高频噪声信号阻隔在接收机以外。

对于移动通信基站产品的电磁干扰,一般则采用屏蔽隔离,接口滤波,内部电路结构调整等整改方式。这使得我们的产品一般在传导干扰方面,比较国际标准最严酷等级class B仍然有6dB以上的余量;在辐射干扰方面,比国际标准最严酷等级class B仍然有10dB以上的余量。

据悉,国际标准对电磁干扰验证的需求为AC电源线1kV,DC电源线和信号线0.5kV;通过耦合退耦网络注入到电源线,耦合端常为33nF的电容,退耦端常为大于100uH的电感,一般要求耦合增益大于20dB,退耦增益小于2dB;或者通过50-200pF的容性耦合钳空间耦合至信号线。

此外,电路中机械开关对电感性负载的切换经常会对电路中的移动通信基站设备产生干扰,这种干扰的特点是脉冲成群出现,脉冲重复频率较高,脉冲波形的上升时间短暂,但单个脉冲的能量较小,一般不会造成设备故障,但使设备产生误动作的情况经常出现。

而对于电快速脉冲群干扰,一般采用接口滤波,铁氧体磁环,TVS叠层压敏电阻等整改方式。上述器件可以对共模信号表现出较大电感量可以抑制干扰。因此,合理设计和使用整改器件的大小和特性使得我们的产品AC电源线验证级别可以达到4kV,2.5kHz,DC电源线和信号线验证级别可以达到2kV,5kHz。这就要求基站产品在实验中仍能保持正常通信和射频指标正常。

总的来说,合理地对移动通信基站产品的电磁兼容设计和验证进行投入,不仅可以使产品的电磁兼容性能指标满足国际国内标准,甚至可以让性能更优越。

但事实情况是,国内目前的电磁兼容研发力量和资金投入严重不足,缺少专业EMC人员参与设计和调试,缺乏相应的软件进行EMC的分析和设计,只是通过大量的经验积累总结出一定的规范性规则,绝大多数企业的设备EMC设计水平还停留在事后补救的阶段。

只有部分大型制造厂商有专业的EMC人才,使用仿真软件进行原理验证。在产品设计阶段进行EMC设计,实际上可以降低EMC整改的成本和节约巨额的测试费用。一些重要的基站设备制造厂商甚至已经有能力建造自己的EMC测试平台。而作为基站磁元件供应商,提供符合EMC要求的磁件产品,不仅让基站设备制造厂商在EMC方面更加省心,也使得企业自身更易在基站领域站稳脚跟。

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