通信系統(tǒng)中電磁兼容的應(yīng)用

0 引言

無線電通信是把能量以電磁場的方式從一個電路傳輸?shù)搅硪粋€電路。在進(jìn)行電路設(shè)汁或無線電通信時，我們需要的是兩個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)計比較復(fù)雜的設(shè)備電路和其中的復(fù)雜單元時，則更應(yīng)該考慮電磁兼容問題。由于電磁波的無線傳播特性，決定了其在傳輸過程中必然會受到來自外界和自身內(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成為了一個比較復(fù)雜的問題，產(chǎn)生的原因有很多，如電源線與信號線、信號線與信號線的公共阻抗、各種信號之間的接地不當(dāng)、強信號電路對弱信號電路的電磁感應(yīng)、大功率信號的空間電磁波輻射對其它電路的影響、多路信號并列傳送產(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)備和高頻信號往往會產(chǎn)生強烈的高頻電磁波，向四周擴(kuò)散輻射，必然會對其它電路形成干擾。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)，由于大功率信號的輻射，在弱信號電路的附近產(chǎn)生電磁場耦合是很正常的。特別是對于信號工作頻率很寬、大小信號電路公用、單元布局密集、離散器件和立裝元器件多的單元，有時它的每根金屬線都會產(chǎn)生天線發(fā)射電磁波和接收電磁波。此時，在敏感器件的周圍、弱信號電路處，更容易形成導(dǎo)線的天線效應(yīng)。

1.2傳導(dǎo)性耦合

當(dāng)兩個或兩個以上回路的電流經(jīng)過一個公共阻抗時，一個回路的電流在該公共阻抗上形成的電壓就會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：地線阻抗、公共電源線內(nèi)阻、公共線路阻抗和多回路電路性傳導(dǎo)等。在實際的電路中，傳導(dǎo)性耦合可以分為電場耦合、磁場耦合和電場磁場耦合，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，兩個不同的接地點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)計時可以不考慮。但對于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)計之初，應(yīng)該將大信號和小信號嚴(yán)格分開，分單元設(shè)計或隔離，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

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

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的導(dǎo)線具有相同的干擾電壓?？墒垢蓴_電壓在這兩根導(dǎo)線的負(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保持信號間的良好屏蔽性

即將電力線或磁力線的影響限定在某個范圍內(nèi)，阻止電力線或磁力線進(jìn)入某個范圍，把外界干擾與測量裝置隔開。使測量信號不受外界電磁場的影響。使用屏蔽線和屏蔽電纜時，必須注意屏蔽層、外層都不能流過電流，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“一點接地”和“多點接地”。

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)是零電阻的實體，電流經(jīng)過時沒有壓降；接地平面與布線間有很大的分布電容，而平面本身的引線電感將很小；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．同時避免形成不必要的回路。

在進(jìn)行小信號電路的接地設(shè)計，特別是信號變化范圍大、頻率變化范圍大的電路設(shè)計時，應(yīng)該注意以下幾個方面的問題：

2.2.1弱信號放大器與信號源選擇一點接地

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

2.2.2多級電路選擇一點接地

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

2.2.3電纜屏蔽層的接地點選擇

對于低頻和高頻電路，應(yīng)采用不同的接地方式，特別是高頻屏蔽線，使回路電流只經(jīng)過低阻屏蔽層而不通過電纜的內(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題，受接地方式的誤導(dǎo)，許多設(shè)計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)取一點接地，使諧振回路本身形成一個閉合回路，此時高頻大電流將不通過接地面。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和中線之間的干擾信號：后者是指各相線和中線和地之間的干擾信號。

在不同的電路中，應(yīng)根據(jù)差模干擾和共模干擾對電路的影響大小來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，還可以通過導(dǎo)線產(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關(guān)電源輸入和輸出電路中加裝濾波器。同時，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)采用不同的方法來消除或減小。對于電感耦合帶來的干擾，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的干擾；對于電容耦合，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。