通信系統(tǒng)中電磁兼容的應(yīng)用

0 引言

無(wú)線(xiàn)電通信是把能量以電磁場(chǎng)的方式從一個(gè)電路傳輸?shù)搅硪粋€(gè)電路。在進(jìn)行電路設(shè)汁或無(wú)線(xiàn)電通信時(shí)，我們需要的是兩個(gè)電路之間的能量能夠按照一定的要求進(jìn)行傳輸，否則將會(huì)在設(shè)備之間及設(shè)備的內(nèi)部產(chǎn)生電磁干擾。尤其在設(shè)計(jì)比較復(fù)雜的設(shè)備電路和其中的復(fù)雜單元時(shí)，則更應(yīng)該考慮電磁兼容問(wèn)題。由于電磁波的無(wú)線(xiàn)傳播特性，決定了其在傳輸過(guò)程中必然會(huì)受到來(lái)自外界和自身內(nèi)部的多種因素的影響。

這里我們只討論通信系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生EMI的原因及如何消除EMI的影響。在通信系統(tǒng)內(nèi)部，各種電子器件應(yīng)用很多，導(dǎo)致了EMI成為了一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，產(chǎn)生的原因有很多，如電源線(xiàn)與信號(hào)線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)與信號(hào)線(xiàn)的公共阻抗、各種信號(hào)之間的接地不當(dāng)、強(qiáng)信號(hào)電路對(duì)弱信號(hào)電路的電磁感應(yīng)、大功率信號(hào)的空間電磁波輻射對(duì)其它電路的影響、多路信號(hào)并列傳送產(chǎn)生的互相干擾等。通信系統(tǒng)中各種傳導(dǎo)性耦合、空間輻射和接地不當(dāng)是產(chǎn)生各種干擾擾、系統(tǒng)EMC差的主要原因。

1 產(chǎn)生EMI的幾種因素

1.1電磁輻射

大功率的電子設(shè)備和高頻信號(hào)往往會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的高頻電磁波，向四周擴(kuò)散輻射，必然會(huì)對(duì)其它電路形成干擾。尤其是在電子設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)部，許多元件集中安裝在狹小的空間內(nèi)，由于大功率信號(hào)的輻射，在弱信號(hào)電路的附近產(chǎn)生電磁場(chǎng)耦合是很正常的。特別是對(duì)于信號(hào)工作頻率很寬、大小信號(hào)電路公用、單元布局密集、離散器件和立裝元器件多的單元，有時(shí)它的每根金屬線(xiàn)都會(huì)產(chǎn)生天線(xiàn)發(fā)射電磁波和接收電磁波。此時(shí)，在敏感器件的周?chē)?、弱信?hào)電路處，更容易形成導(dǎo)線(xiàn)的天線(xiàn)效應(yīng)。

1.2傳導(dǎo)性耦合

當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上回路的電流經(jīng)過(guò)一個(gè)公共阻抗時(shí)，一個(gè)回路的電流在該公共阻抗上形成的電壓就會(huì)影響到其它電路回路，即為電路的傳導(dǎo)性耦合。產(chǎn)生的原因有：地線(xiàn)阻抗、公共電源線(xiàn)內(nèi)阻、公共線(xiàn)路阻抗和多回路電路性傳導(dǎo)等。在實(shí)際的電路中，傳導(dǎo)性耦合可以分為電場(chǎng)耦合、磁場(chǎng)耦合和電場(chǎng)磁場(chǎng)耦合，即我們常等效的并聯(lián)于電路的電容耦合、串聯(lián)于電路的電感耦合和同時(shí)并聯(lián)串聯(lián)于電路的電容電感耦合。

1.3接地干擾

在同一電路中，兩個(gè)不同的接地點(diǎn)之間總有一定的阻抗，地電流在該公共阻抗上產(chǎn)生了地電壓，而地電壓又直接加到電路上成為干擾電壓。一般情況下，接地阻抗往往都很低，設(shè)計(jì)時(shí)可以不考慮。但對(duì)于EMI而盲，地回路接地面上的阻抗是不能忽略的。

2 提高電磁兼容能力的技術(shù)

如何降低通信系統(tǒng)自身的各種EMI，提高系統(tǒng)EMC能力，是保證系統(tǒng)正常工作的前提，其方法主要有一下幾種：

2.1 降低輻射干擾

電磁輻射的傳輸方式大至相隔較遠(yuǎn)的系統(tǒng)間，小至系統(tǒng)內(nèi)可想象的極小距離，所以在設(shè)備設(shè)計(jì)之初，應(yīng)該將大信號(hào)和小信號(hào)嚴(yán)格分開(kāi)，分單元設(shè)計(jì)或隔離，最大程度上減小空間里相互的電磁干擾。主要方法有：

2.1.1進(jìn)行物理隔離

即增大信號(hào)導(dǎo)線(xiàn)與干擾鋪源之間的距離，弱信號(hào)導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)避免和強(qiáng)信號(hào)導(dǎo)線(xiàn)相互平行設(shè)計(jì)。避免同一個(gè)信號(hào)回路的兩根導(dǎo)線(xiàn)，弱信號(hào)回路與強(qiáng)信號(hào)回路共用接地線(xiàn)。對(duì)于各種不同性能的元件和導(dǎo)線(xiàn)，應(yīng)按其不同電平、功率、抗干擾能力的大小，進(jìn)行分類(lèi)。

2.1.2平衡電路電壓

利用電路上的平衡關(guān)系，讓兩根傳輸同一信號(hào)的導(dǎo)線(xiàn)具有相同的干擾電壓?？墒垢蓴_電壓在這兩根導(dǎo)線(xiàn)的負(fù)載上自行抵消。用這種方法能有效地抑制外電路的電磁干擾。

2.1.3保持信號(hào)間的良好屏蔽性

即將電力線(xiàn)或磁力線(xiàn)的影響限定在某個(gè)范圍內(nèi)，阻止電力線(xiàn)或磁力線(xiàn)進(jìn)入某個(gè)范圍，把外界干擾與測(cè)量裝置隔開(kāi)。使測(cè)量信號(hào)不受外界電磁場(chǎng)的影響。使用屏蔽線(xiàn)和屏蔽電纜時(shí)，必須注意屏蔽層、外層都不能流過(guò)電流，與地不能構(gòu)成回路。

2.1.4正確接地

地電位十分復(fù)雜，為了盡量削弱干擾，應(yīng)正確應(yīng)用“一點(diǎn)接地”和“多點(diǎn)接地”。

2.2 降低接地干擾

接地平面的一般要求為：接地平面應(yīng)是零電位；理想的接地平面應(yīng)是零電阻的實(shí)體，電流經(jīng)過(guò)時(shí)沒(méi)有壓降；接地平面與布線(xiàn)間有很大的分布電容，而平面本身的引線(xiàn)電感將很小；接地要求盡量降低多電路公共接地阻抗上所產(chǎn)生的干擾電壓．同時(shí)避免形成不必要的回路。

在進(jìn)行小信號(hào)電路的接地設(shè)計(jì)，特別是信號(hào)變化范圍大、頻率變化范圍大的電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

2.2.1弱信號(hào)放大器與信號(hào)源選擇一點(diǎn)接地

對(duì)于信號(hào)源和放大器連接的電路。如果信號(hào)源和放大器在不同點(diǎn)接地，兩地之間存在著電位差。對(duì)放大器的輸出端而言，這個(gè)電位差很小，可以忽略不計(jì)；但對(duì)放大器的輸入端來(lái)說(shuō)，這個(gè)電位差應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于信號(hào)源的輸出信號(hào)，否則將在放大器上產(chǎn)生很大的干擾。

2.2.2多級(jí)電路選擇一點(diǎn)接地

低電平級(jí)電路是最易受干擾的電路。特別是多級(jí)相連的電路，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)相比較，非常小，因此，應(yīng)選擇一點(diǎn)接地，使低電平級(jí)電路受到干擾為最小。

2.2.3電纜屏蔽層的接地點(diǎn)選擇

對(duì)于低頻和高頻電路，應(yīng)采用不同的接地方式，特別是高頻屏蔽線(xiàn)，使回路電流只經(jīng)過(guò)低阻屏蔽層而不通過(guò)電纜的內(nèi)導(dǎo)體．可有效地抑制地回路的干擾。

2.2.4諧振回路的接地選擇

諧振回路和濾波電路的接地是最容易被忽略的問(wèn)題，受接地方式的誤導(dǎo)，許多設(shè)計(jì)人員將諧振回路的電容電感就近接地。在并聯(lián)諧振回路中，電感和電容應(yīng)取一點(diǎn)接地，使諧振回路本身形成一個(gè)閉合回路，此時(shí)高頻大電流將不通過(guò)接地面。而抑制產(chǎn)生地回路干擾。采用正確的諧振回路和濾波電路可有效抑制干擾。

2.3 降低傳導(dǎo)干擾

傳導(dǎo)干擾分為差模干擾和共模干擾兩種：前者是指存在于相線(xiàn)和中線(xiàn)之間的干擾信號(hào)：后者是指各相線(xiàn)和中線(xiàn)和地之間的干擾信號(hào)。

在不同的電路中，應(yīng)根據(jù)差模干擾和共模干擾對(duì)電路的影響大小來(lái)選擇具體的抑制干擾方法。在一般的電路系統(tǒng)中，差模干擾幅度小、頻率低、所造成的干擾較小；共模干擾幅度大、頻率高，還可以通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生輻射．所造成的干擾較大。因此，欲削弱傳導(dǎo)干擾。把EMI信號(hào)控制在有關(guān)EMC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限電平以下，最有效的方法就是在開(kāi)關(guān)電源輸入和輸出電路中加裝濾波器。同時(shí)，濾波也是應(yīng)用最廣泛、最有效的方法之一。目前。抑制傳導(dǎo)干擾最有效的方法是無(wú)源濾波技術(shù)。根據(jù)電路不同的耦合方式所引起的不同的傳導(dǎo)干擾，應(yīng)采用不同的方法來(lái)消除或減小。對(duì)于電感耦合帶來(lái)的干擾，在適當(dāng)?shù)奈恢迷黾俞尫烹娙?，達(dá)到消除或減小互感帶來(lái)的干擾；對(duì)于電容耦合，干擾頻率、阻抗是由設(shè)備決定的，抑制電容耦合干擾最有效的方法是減小耦合電容。

2.4 減小電磁干擾的其它措施

為了最大程度地降低通信系統(tǒng)的噪聲、消除EMI，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)該考慮以下幾種方法：

2.4.1選用低噪聲的器件和元件

在放大或其它電路中．電子器件的內(nèi)部噪聲起著重要的作用，因此，改進(jìn)電子器件的噪聲性能和選用低噪聲的電子器件，就能大大降低電路的噪聲系數(shù)。

2.4.2正確地選擇晶體管

放大級(jí)的直流T作點(diǎn)晶體管放大級(jí)的噪聲系數(shù)和晶體管的直流工作點(diǎn)有較大的關(guān)系，同時(shí)，噪聲系數(shù)NF還分別與晶體管的VCE和VCB有關(guān)。

2.4.3選擇合適的信號(hào)源內(nèi)阻

第一級(jí)放大器、多級(jí)放大器的各級(jí)之間、混頻器等均與信號(hào)源相連，選擇合適的內(nèi)阻，不僅可以獲得最小的噪聲系數(shù)，同時(shí)可以得到最大的功率增益。

2.4.4選擇合適的工作帶寬

噪聲、電壓都與通帶寬度有關(guān)．接收機(jī)或放大器的帶寬增大時(shí)，接收機(jī)或放大器的各種內(nèi)部噪聲也增大。因此，必須嚴(yán)格選擇接收機(jī)或放大器的帶寬．使之既不過(guò)窄，滿(mǎn)足信號(hào)‘通過(guò)時(shí)對(duì)失真的要求．叉不致過(guò)寬．以免信噪比下降。

3 結(jié)束語(yǔ)

在自然界中，EMI無(wú)所不在，不論采取什么樣的措施，都不能徹底消除EMI的影響。我們所能夠做到的就是最大程度地降低其影響，綜合考慮各種限制因素的要求，滿(mǎn)足工作需要。