复杂电磁环境下电磁干扰抑制措施分析

徐丽琼

（国家广播电视总局726 台，云南 宣威 655400）

0 引言

电子、电气机械设备在一定程度上为人们的高质量生产生活提供了便利，但与此同时，严重的电磁干扰问题也极大影响了设备的正常运行，造成环境污染。通过分析实际情况可知，各类电子设备在转化电磁能量期间将产生宽频段、高密度的电磁信号，使得当前的电磁环境愈加复杂。受到高频电磁波的影响，不仅会使得精密电子设备运行异常，同时也会对人们的生命健康造成影响，进一步导致各类安全事故的发生，由此，为有效抑制电磁干扰问题，相关技术人员需要将增强电磁兼容性作为主要的工作内容，以达到优化现有电磁环境的目的。

1 电磁干扰来源

1.1 内部源

（1）电源和电路。电源及电路的不稳定、高频噪声等均可能对各类精密电子仪器造成较为严重的电磁干扰，因此相关技术人员需要注意以下要点：需引进高质量电源滤波器，排除电源中的高频波纹及噪声，保障电源的使用稳定性。同时，也可以利用合理铺设地线的方式可有效降低地回路及共模干扰，避免出现严重的电磁干扰问题，应尽量选择短而粗的地线，在实际布设地线时严禁与信号线或共用地线交叉。另外，可设计分段电源线路，实现不同电路及模块的单独供电，避免出现互扰问题，强化电源系统的抗干扰能力。

（2）电线和布线。不合理的线路布局将引发电磁串扰问题，由此，相关技术人员可采取以下措施：可分离现有信号线路，将不同功能的线路进行分类，避免出现互扰问题。也可以选择具有电磁屏蔽能力的线材，有效抵御外部电磁场的干扰，尤其是在传输高频电子信号期间。另外，完善的低阻抗接地系统可将各类干扰信号传输至地面，避免其对机房、电子设备等造成影响。

1.2 外部源

（1）无线电频谱干扰。无线电频谱设备在使用期间将产生大量的干扰信号，影响机房及电子设备的运行。相关技术人员可利用滤波器对某一频段的干扰信号进行滤除，保障电子设备的正常运行，同时也可以依据现场电磁环境适当调整机房及设备的工作频段，或在现有电子设备中融入抗干扰编码、差分信号传输、抗干扰滤波器等多样化技术手段，防止出现频率冲突干扰等问题。

（2）电力线路干扰。电流的变化将导致周围的电磁场发生改变，进而对电子设备造成影响，相关人员可使用电源滤波器减少高频噪声，或采用屏蔽电源线、隔离电源等方式避免电子设备受到电力线路的干扰。

（3）雷电干扰。雷电产生的强力电磁脉冲会导致电子设备异常运行或直接损坏，技术人员可依据不同的使用需要选择适当的避雷装置，将过电压导入大地，进而构建完整的接地系统，避免机房及电子设备受到雷电影响[1]。

2 电磁干扰对电子装置造成的危害

2.1 图像显示系统方面

在复杂的电磁环境下，字母数字读出器、雷达显示器、图示、电视、传真等图像显示设备将出现画面模糊不清或卡顿、雪花等问题。轻微干扰下，画面质量、清晰度、分辨率降低，导致实际情境与画面内容差距较大，若是干扰程度较大，将导致相关人员无法判读画面，达不到预计的显示效果。

2.2 灵敏电子设备方面

在强烈的电磁干扰影响下，音频处理器、光谱机等各类灵敏电子设备将出现过载问题，实际工作效能较低，严重时将导致器件被直接烧毁。通常情况下，硅晶体管基极与发射极的反向击穿电压在5V 以下，但随着温度的增高，其击穿概率会相应提高。同时，在电磁干扰的影响下，将出现尖峰电压，可能会造成晶体管短路，或在射频电磁的影响下出现晶体管二次击穿损坏等问题。

2.3 采样检测和自动控制系统方面

采样、监控设备受到电磁干扰将出现异常运行问题，部分监测工作受影响。如电磁干扰将增大数字系统的误码率，数据信息的精确性降低，甚至直接出现信息丢失等情况；指针式仪表系统则会在复杂的电磁环境下出现指针乱摆、指示错误等问题，严重影响系统功能；自动控制系统在强电磁影响下会出现失控、误控等情况，降低系统可靠性，威胁设备使用安全。

2.4 广播传输发射系统方面

在机房中，除了大量的电子设备，还有电源设备、集成线路、传输导线和模块式电路板，制冷设备，电灯等等，会产生大量的电磁干扰，加之空间小，设备多、功率密度高、配电复杂、电磁干扰源多、敏感器件多，这样容易造成机房内部电磁干扰问题异常突出，机器设备故障率很高，隔三差五就有设备损坏。同时受到电磁及地线干扰噪音的影响，在音频信号传输到发射机的过程中，经常会有杂音，干扰等情况，影响信号质量[2]。由此，相关技术人员可通过降低音频信号的输入阻抗、增加高频陶瓷电容、调整PCB 信号线布局、增加屏蔽罩等方式隔绝电磁信号的干扰，或利用独立走线、单点接地、隔离电源、电源机箱屏蔽罩、增加音频隔离芯片等方式避免受到地线干扰噪音的影响，保证音频信号传输质量。

3 电磁干扰的抑制措施

3.1 接地

接地是现阶段抑制干扰与噪声最常见手段之一，接地电不一定为大地电位，也能是一个等电位面或位点。从实际情况来看，常见的接地方式有单点、多点、混合3 种接地形式。其中，单点接地就是以电路系统中的某一点作为基准参考点，使得其他各类信号的地线均与该点相连，可在低频时避免地阻抗对设备的运行造成干扰，但需注意该接地方式并不适用于高频电磁环境下，否则将可能导致单元间干扰。多点接地则是将各子系统的接地点连接到附近的接地线或接地面上，此时应注意避免总接地线过长。与单点接地法相比，多点接地法的电路较为简单，且在一定程度上减少了高频驻波，但需注意，地线回路数量的增加将导致低电平信号出现干扰问题。混合接地方法主要是通过连接高频接地点、旁路电容及接地平面实现的，利用此方式应尽量避免旁路电容与引线电感出现谐振问题。相关技术人员可依据实际使用需要灵活选择不同的接地方式。

在实际开展接地作业过程中，相关人员应注意以下4 点：①尽量缩短地线接入长度，避免电路回路面积增加，造成电磁干扰加强。同时应避免地线与电源线、信号线呈现平行或交叉的接入状态，防止出现耦合、共模、地回路干扰等情况。②应依据电流容量确定地线宽度，确保其满足地线的导电要求，防止出现地线电压升高的情况，削弱地线的抗干扰能力。③接地电阻作为保障地线安全使用的关键指标，需小于现有地线电阻。相关技术人员可利用调整接地电极深埋程度、改变接地电极材料及数量等方式减小接地电阻数值。另外也需要保证接地电位始终处于平衡状态，防止出现共模干扰。④应确保信号线与公共地线相互独立，避免对设备仪表造成耦合干扰。可利用分层、分离布线的模式，划分为不同的功能模块，严禁出现交叉问题[3]。

3.2 屏蔽

屏蔽实际上就是利用导电或磁导材料将灵敏电子器件或区域单独封闭起来，以满足控制电磁波、电场、磁场的要求，避免各区域相互感应，削弱或阻断电磁的传播。屏蔽可对辐射耦合干扰有较为明显的抑制效果，不仅可控制、吸收、抵消内部干扰电磁场，避免其向外发散，同时也可防止外部电磁场对内部造成辐射干扰。

在实际开展接地作业期间，相关人员应注意以下3点：①选择适当的屏蔽材料。当前常用的材料包含金属屏蔽膜、金属屏蔽箱、导电涂料等，需要参考仪表设备的使用要求及屏蔽材料的磁导性、导电性、耐久性、信号衰减性等因素，保证设备有序运作。②设计合理的屏蔽结构，应参考设备仪器的使用功能及干扰源特点，尽量选择封闭形式，避免出现电磁泄露等问题。为有效避免高频电磁的干扰，可设计屏蔽壳、屏蔽罩等装置避免电磁波扩散。③综合使用屏蔽及地线方法，以此可形成低阻抗电阻回路，使得干扰信号流向地线，极大提高设备仪表的抗干扰能力[4]。

3.3 滤波

滤波实际上就是压缩信号回路的干扰频谱以达到抗干扰目的。利用电磁干扰滤波器可将信号频谱中的干扰信号识别并过滤掉，有效降低传导干扰电平。通常情况下，相较于有用信号源，噪声源发出的信号频谱更宽，因此在设备接收信号时也将接收干扰信号，对设备仪器的正常使用、控制造成影响。当前常使用的滤波器主要分为低通、高通、带通、带阻四种类型，可有选择性地阻断特定区间范围内的频率信号，极大提高接受系统的信噪比。除了使用硬件滤波器，技术人员也可使用滤波软件，通过相应算法对采集到的离散信号进行分离，提取并滤除谐波成分。

滤波器的具体的使用方式如下。为防止输入信号中的高频噪声对后续电路造成干扰，需将滤波器接在信号输入端，排除超过系统工作范围的信号频率。若是使用低通滤波器，可有效排除高于使用标准频率的信号，若是使用高通滤波器，可有效排除低于使用标准频率的信号；为有效过滤输出信号中的杂散谐波，保证信号输出质量，也可将滤波器接在信号输出端，排除超过系统运行范围的信号频率。若是使用低通滤波器，可有效排除高于系统运行标准频率的谐波信号，若是使用高通滤波器，可有效排除低于系统运行标准频率的直流偏置信号及低频噪声。由此，技术人员可依据滤波器的设计特性及系统使用要求合理选择不同频率标准及滤波能力的滤波器设备[5]。

4 常用防干扰措施分类总结

4.1 电源方面

电源方面的防电磁干扰措施如下：①电源变压器应加隔离，外壳须接地良好。单相AC 控制线建议采用绞线，直流导线建议使用绞线来配线。②开关式电源供应器加装隔离罩以防辐射性干扰。③交流电磁接触器线圈、电磁阀，皆须联结火花消除器，且火花消除器距离负载侧愈近愈好。④滤波器选用π 型或T 型来抑制宽波段噪声，陶铁磁体材质可抑制射频噪声。⑤电源线两端采隔离接地的方式，防止接地回路形成共同阻抗耦合将噪声耦合至信号线。⑥电源及大电流导线紧贴电气箱的底部，并沿着边角布线。

4.2 信号方面

首先，输入信号线与输出线尽量分开，避免同在一个接头上，如不能避免时应将输入与输出信号错开，以免相互干扰。其次，传输信号的线路采用穿管的方式来屏蔽电磁辐射干扰。最后，传输信号敏感性较高的信号线，除采用绞线外可加隔离遮蔽。

4.3 其他方面

其他常用的防电磁干扰措如下：①加装地线，把静电干扰消除。②采用抗干扰，屏蔽性强材质的受干扰的电源线和网线，如秋叶原网线的超六类线FSTB（双屏蔽），其具有较好屏蔽干扰效果。③将电子零件及滤波器适当的包装。④电磁开关之热电驿输出侧须联结三相火花消除器，直流继电器线圈联结二极管，以供反相电压保护。⑤把突波吸收器装于电路开关和噪声滤波器之间、线与线间、线与接地之间，将能有效吸收突波。

5 实例分析

以某广播音频输入信号噪音为例，技术人员在监听广播时发现某频率广播存在较大噪音且影响收听质量。因此，在问题发生后，相关人员立即进行检查，但并未发现异常，由此判断可能是音频受到干扰。在其他设备关闭后，仅保留该频段发射机，仍有噪音，但是接入耳机试听，则音质正常。在通过检查音频输入线路可知，周边无多余干扰源，PCB 走线、接地正常，因此考虑为地环引发噪音，因此选择发射机音频输入端增加隔离芯片HX808 的处理方式，发现音质得到改善。具体设计电路如图1 所示。

图1 HX808 音频隔离电路

该电路中IN_L、IN_R 为卫星接收机左右声道，可与470nF 耦合电容接入系统的IN1、IN2 端口，耳机模块J1 的5 号引脚接地，并利用22μF 电容与VM1 端相连，此时发射机输出声道为OUT_L、OUT_R，VM2 可与100nF 电容相连并接地，进而分隔开接收机及发射机间的联系，避免出现地线干扰，保障音频信号质量，解决音频噪声问题。

6 结语

综上而言，为有效解决电磁干扰问题，相关技术人员需要深入了解产生电磁干扰的主要原因，并以此为基础，利用接地、屏蔽、滤波等方式解决电磁兼容问题，将电磁干扰控制在一定的范围内，实现各电子设备的稳定运行，在推动电子系统集成化、精细化发展的同时保障电磁环境的清洁、安全。