復雜電磁環境下電磁干擾抑制措施分析

徐麗瓊

（國家廣播電視總局726 臺，云南 宣威 655400）

0 引言

電子、電氣機械設備在一定程度上為人們的高質量生產生活提供了便利，但與此同時，嚴重的電磁干擾問題也極大影響了設備的正常運行，造成環境污染。通過分析實際情況可知，各類電子設備在轉化電磁能量期間將產生寬頻段、高密度的電磁信號，使得當前的電磁環境愈加復雜。受到高頻電磁波的影響，不僅會使得精密電子設備運行異常，同時也會對人們的生命健康造成影響，進一步導致各類安全事故的發生，由此，為有效抑制電磁干擾問題，相關技術人員需要將增強電磁兼容性作為主要的工作內容，以達到優化現有電磁環境的目的。

1 電磁干擾來源

1.1 內部源

（1）電源和電路。電源及電路的不穩定、高頻噪聲等均可能對各類精密電子儀器造成較為嚴重的電磁干擾，因此相關技術人員需要注意以下要點：需引進高質量電源濾波器，排除電源中的高頻波紋及噪聲，保障電源的使用穩定性。同時，也可以利用合理鋪設地線的方式可有效降低地回路及共模干擾，避免出現嚴重的電磁干擾問題，應盡量選擇短而粗的地線，在實際布設地線時嚴禁與信號線或共用地線交叉。另外，可設計分段電源線路，實現不同電路及模塊的單獨供電，避免出現互擾問題，強化電源系統的抗干擾能力。

（2）電線和布線。不合理的線路布局將引發電磁串擾問題，由此，相關技術人員可采取以下措施：可分離現有信號線路，將不同功能的線路進行分類，避免出現互擾問題。也可以選擇具有電磁屏蔽能力的線材，有效抵御外部電磁場的干擾，尤其是在傳輸高頻電子信號期間。另外，完善的低阻抗接地系統可將各類干擾信號傳輸至地面，避免其對機房、電子設備等造成影響。

1.2 外部源

（1）無線電頻譜干擾。無線電頻譜設備在使用期間將產生大量的干擾信號，影響機房及電子設備的運行。相關技術人員可利用濾波器對某一頻段的干擾信號進行濾除，保障電子設備的正常運行，同時也可以依據現場電磁環境適當調整機房及設備的工作頻段，或在現有電子設備中融入抗干擾編碼、差分信號傳輸、抗干擾濾波器等多樣化技術手段，防止出現頻率沖突干擾等問題。

（2）電力線路干擾。電流的變化將導致周圍的電磁場發生改變，進而對電子設備造成影響，相關人員可使用電源濾波器減少高頻噪聲，或采用屏蔽電源線、隔離電源等方式避免電子設備受到電力線路的干擾。

（3）雷電干擾。雷電產生的強力電磁脈沖會導致電子設備異常運行或直接損壞，技術人員可依據不同的使用需要選擇適當的避雷裝置，將過電壓導入大地，進而構建完整的接地系統，避免機房及電子設備受到雷電影響[1]。

2 電磁干擾對電子裝置造成的危害

2.1 圖像顯示系統方面

在復雜的電磁環境下，字母數字讀出器、雷達顯示器、圖示、電視、傳真等圖像顯示設備將出現畫面模糊不清或卡頓、雪花等問題。輕微干擾下，畫面質量、清晰度、分辨率降低，導致實際情境與畫面內容差距較大，若是干擾程度較大，將導致相關人員無法判讀畫面，達不到預計的顯示效果。

2.2 靈敏電子設備方面

在強烈的電磁干擾影響下，音頻處理器、光譜機等各類靈敏電子設備將出現過載問題，實際工作效能較低，嚴重時將導致器件被直接燒毀。通常情況下，硅晶體管基極與發射極的反向擊穿電壓在5V 以下，但隨著溫度的增高，其擊穿概率會相應提高。同時，在電磁干擾的影響下，將出現尖峰電壓，可能會造成晶體管短路，或在射頻電磁的影響下出現晶體管二次擊穿損壞等問題。

2.3 采樣檢測和自動控制系統方面

采樣、監控設備受到電磁干擾將出現異常運行問題，部分監測工作受影響。如電磁干擾將增大數字系統的誤碼率，數據信息的精確性降低，甚至直接出現信息丟失等情況；指針式儀表系統則會在復雜的電磁環境下出現指針亂擺、指示錯誤等問題，嚴重影響系統功能；自動控制系統在強電磁影響下會出現失控、誤控等情況，降低系統可靠性，威脅設備使用安全。

2.4 廣播傳輸發射系統方面

在機房中，除了大量的電子設備，還有電源設備、集成線路、傳輸導線和模塊式電路板，制冷設備，電燈等等，會產生大量的電磁干擾，加之空間小，設備多、功率密度高、配電復雜、電磁干擾源多、敏感器件多，這樣容易造成機房內部電磁干擾問題異常突出，機器設備故障率很高，隔三差五就有設備損壞。同時受到電磁及地線干擾噪音的影響，在音頻信號傳輸到發射機的過程中，經常會有雜音，干擾等情況，影響信號質量[2]。由此，相關技術人員可通過降低音頻信號的輸入阻抗、增加高頻陶瓷電容、調整PCB 信號線布局、增加屏蔽罩等方式隔絕電磁信號的干擾，或利用獨立走線、單點接地、隔離電源、電源機箱屏蔽罩、增加音頻隔離芯片等方式避免受到地線干擾噪音的影響，保證音頻信號傳輸質量。

3 電磁干擾的抑制措施

3.1 接地

接地是現階段抑制干擾與噪聲最常見手段之一，接地電不一定為大地電位，也能是一個等電位面或位點。從實際情況來看，常見的接地方式有單點、多點、混合3 種接地形式。其中，單點接地就是以電路系統中的某一點作為基準參考點，使得其他各類信號的地線均與該點相連，可在低頻時避免地阻抗對設備的運行造成干擾，但需注意該接地方式并不適用于高頻電磁環境下，否則將可能導致單元間干擾。多點接地則是將各子系統的接地點連接到附近的接地線或接地面上，此時應注意避免總接地線過長。與單點接地法相比，多點接地法的電路較為簡單，且在一定程度上減少了高頻駐波，但需注意，地線回路數量的增加將導致低電平信號出現干擾問題?；旌辖拥胤椒ㄖ饕峭ㄟ^連接高頻接地點、旁路電容及接地平面實現的，利用此方式應盡量避免旁路電容與引線電感出現諧振問題。相關技術人員可依據實際使用需要靈活選擇不同的接地方式。

在實際開展接地作業過程中，相關人員應注意以下4 點：①盡量縮短地線接入長度，避免電路回路面積增加，造成電磁干擾加強。同時應避免地線與電源線、信號線呈現平行或交叉的接入狀態，防止出現耦合、共模、地回路干擾等情況。②應依據電流容量確定地線寬度，確保其滿足地線的導電要求，防止出現地線電壓升高的情況，削弱地線的抗干擾能力。③接地電阻作為保障地線安全使用的關鍵指標，需小于現有地線電阻。相關技術人員可利用調整接地電極深埋程度、改變接地電極材料及數量等方式減小接地電阻數值。另外也需要保證接地電位始終處于平衡狀態，防止出現共模干擾。④應確保信號線與公共地線相互獨立，避免對設備儀表造成耦合干擾?？衫梅謱印⒎蛛x布線的模式，劃分為不同的功能模塊，嚴禁出現交叉問題[3]。

3.2 屏蔽

屏蔽實際上就是利用導電或磁導材料將靈敏電子器件或區域單獨封閉起來，以滿足控制電磁波、電場、磁場的要求，避免各區域相互感應，削弱或阻斷電磁的傳播。屏蔽可對輻射耦合干擾有較為明顯的抑制效果，不僅可控制、吸收、抵消內部干擾電磁場，避免其向外發散，同時也可防止外部電磁場對內部造成輻射干擾。

在實際開展接地作業期間，相關人員應注意以下3點：①選擇適當的屏蔽材料。當前常用的材料包含金屬屏蔽膜、金屬屏蔽箱、導電涂料等，需要參考儀表設備的使用要求及屏蔽材料的磁導性、導電性、耐久性、信號衰減性等因素，保證設備有序運作。②設計合理的屏蔽結構，應參考設備儀器的使用功能及干擾源特點，盡量選擇封閉形式，避免出現電磁泄露等問題。為有效避免高頻電磁的干擾，可設計屏蔽殼、屏蔽罩等裝置避免電磁波擴散。③綜合使用屏蔽及地線方法，以此可形成低阻抗電阻回路，使得干擾信號流向地線，極大提高設備儀表的抗干擾能力[4]。

3.3 濾波

濾波實際上就是壓縮信號回路的干擾頻譜以達到抗干擾目的。利用電磁干擾濾波器可將信號頻譜中的干擾信號識別并過濾掉，有效降低傳導干擾電平。通常情況下，相較于有用信號源，噪聲源發出的信號頻譜更寬，因此在設備接收信號時也將接收干擾信號，對設備儀器的正常使用、控制造成影響。當前常使用的濾波器主要分為低通、高通、帶通、帶阻四種類型，可有選擇性地阻斷特定區間范圍內的頻率信號，極大提高接受系統的信噪比。除了使用硬件濾波器，技術人員也可使用濾波軟件，通過相應算法對采集到的離散信號進行分離，提取并濾除諧波成分。

濾波器的具體的使用方式如下。為防止輸入信號中的高頻噪聲對后續電路造成干擾，需將濾波器接在信號輸入端，排除超過系統工作范圍的信號頻率。若是使用低通濾波器，可有效排除高于使用標準頻率的信號，若是使用高通濾波器，可有效排除低于使用標準頻率的信號；為有效過濾輸出信號中的雜散諧波，保證信號輸出質量，也可將濾波器接在信號輸出端，排除超過系統運行范圍的信號頻率。若是使用低通濾波器，可有效排除高于系統運行標準頻率的諧波信號，若是使用高通濾波器，可有效排除低于系統運行標準頻率的直流偏置信號及低頻噪聲。由此，技術人員可依據濾波器的設計特性及系統使用要求合理選擇不同頻率標準及濾波能力的濾波器設備[5]。

4 常用防干擾措施分類總結

4.1 電源方面

電源方面的防電磁干擾措施如下：①電源變壓器應加隔離，外殼須接地良好。單相AC 控制線建議采用絞線，直流導線建議使用絞線來配線。②開關式電源供應器加裝隔離罩以防輻射性干擾。③交流電磁接觸器線圈、電磁閥，皆須聯結火花消除器，且火花消除器距離負載側愈近愈好。④濾波器選用π 型或T 型來抑制寬波段噪聲，陶鐵磁體材質可抑制射頻噪聲。⑤電源線兩端采隔離接地的方式，防止接地回路形成共同阻抗耦合將噪聲耦合至信號線。⑥電源及大電流導線緊貼電氣箱的底部，并沿著邊角布線。

4.2 信號方面

首先，輸入信號線與輸出線盡量分開，避免同在一個接頭上，如不能避免時應將輸入與輸出信號錯開，以免相互干擾。其次，傳輸信號的線路采用穿管的方式來屏蔽電磁輻射干擾。最后，傳輸信號敏感性較高的信號線，除采用絞線外可加隔離遮蔽。

4.3 其他方面

其他常用的防電磁干擾措如下：①加裝地線，把靜電干擾消除。②采用抗干擾，屏蔽性強材質的受干擾的電源線和網線，如秋葉原網線的超六類線FSTB（雙屏蔽），其具有較好屏蔽干擾效果。③將電子零件及濾波器適當的包裝。④電磁開關之熱電驛輸出側須聯結三相火花消除器，直流繼電器線圈聯結二極管，以供反相電壓保護。⑤把突波吸收器裝于電路開關和噪聲濾波器之間、線與線間、線與接地之間，將能有效吸收突波。

5 實例分析

以某廣播音頻輸入信號噪音為例，技術人員在監聽廣播時發現某頻率廣播存在較大噪音且影響收聽質量。因此，在問題發生后，相關人員立即進行檢查，但并未發現異常，由此判斷可能是音頻受到干擾。在其他設備關閉后，僅保留該頻段發射機，仍有噪音，但是接入耳機試聽，則音質正常。在通過檢查音頻輸入線路可知，周邊無多余干擾源，PCB 走線、接地正常，因此考慮為地環引發噪音，因此選擇發射機音頻輸入端增加隔離芯片HX808 的處理方式，發現音質得到改善。具體設計電路如圖1 所示。

圖1 HX808 音頻隔離電路

該電路中IN_L、IN_R 為衛星接收機左右聲道，可與470nF 耦合電容接入系統的IN1、IN2 端口，耳機模塊J1 的5 號引腳接地，并利用22μF 電容與VM1 端相連，此時發射機輸出聲道為OUT_L、OUT_R，VM2 可與100nF 電容相連并接地，進而分隔開接收機及發射機間的聯系，避免出現地線干擾，保障音頻信號質量，解決音頻噪聲問題。

6 結語

綜上而言，為有效解決電磁干擾問題，相關技術人員需要深入了解產生電磁干擾的主要原因，并以此為基礎，利用接地、屏蔽、濾波等方式解決電磁兼容問題，將電磁干擾控制在一定的范圍內，實現各電子設備的穩定運行，在推動電子系統集成化、精細化發展的同時保障電磁環境的清潔、安全。