随着4G通信的普及以及5G通信的快速发展,基站天线和通信铁塔的分布密度大幅度增加,进而导致了因雷击通信铁塔引起的通信系统损坏事件频频发生。为提高GSM频段基站的防雷效率,本文讨论了安装在通信铁塔上,用以保护GSM频段通信系统免受雷击损害的方法和系统设计。该系统可通过前端传感器检测通信铁塔上部的上行先导信号和下行先导信号,并且输出控制受控SPD的预警信号(CSPD),确保GSM频段通信系统的供电系统的正常运行。通过对受控SPD设计与测试,以及GSM频段微带天线对雷电电磁脉冲耦合效应的研究,本文得出以下成果和结论。(1)新型GSM频段防雷系统的预警模块通过对铁塔上端传感器采集到的先导信号进行分析与处理,判定在一定时间内是否会发生雷击铁塔事件。当采集到的先导信号满足预设的触发条件时,信号处理及预警模块可在一段时间内输出控制受控SPD改变工作状态的预警电平。(2)新型GSM频段防雷系统的信号处理及预警模块输出预警电平后,受控SPD可实现负载端和供电段完全断开(此时由不间断电源供电,不影响通讯系统的正常供电),降低雷电流对负载端的影响。并且受控SPD不受复杂的雷电参数以及脉冲个数的影响。当受控SPD处于断开状态并且供电端流过浪涌电流时负载端的感应电压仅保持在0-1.5V之间,可较好地保护供电系统的正常工作。(3)巴伦对微带天线雷击耦合效应的影响将明显大于极化对微带天线雷击耦合效应的影响。无论微带天线处于垂直极化或水平极化状态,后端感应电压均比较大;“当巴伦与同轴线所在平面”平行于地面时,水平极化天线的雷击耦合效应最小,其后端信号基本可视作噪声,而垂直极化天线的感应电压则比水平极化情况大得多,由此可见,该种情况下,巴伦结构将不对后端感应电压产生影响。(4)微带天线耦合雷电电磁脉冲后,馈电端口处的感应电压与巴伦和同轴线之间的距离呈近似的线性关系。在天线工作频段不变的条件下,巴伦与同轴线之间的距离越大,微带天线在同一高度处的后端感应电压越大。(5)微带天线对雷电电磁脉冲的耦合效应随天线与铁塔之间的距离的减小而增大,并且天线越靠近铁塔,峰值电压变化率越大。