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合理解決弱電系統(tǒng)中的電磁干擾

      中央議題：

      電磁干擾的定義、分類及傳輸

解決弱電系統(tǒng)中電磁干擾題目的方法

      解決方案：

      抗干擾的電源裝置方法

      抗干擾的傳輸信號線路方法

      抗干擾弱的電設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)方法

      弱電系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)信息的傳送的系統(tǒng)，在傳送信息的過程中要求能夠?qū)崿F(xiàn)信息的保真度、速度、廣度和可靠性。目前，跟著電子學(xué)、計(jì)算機(jī)、激光、光纖維通信和各種遙控遙感技術(shù)的發(fā)展，社會已進(jìn)入高度信息化的時代，越來越多的高精度、高可靠性、高敏捷度、高密度（小型化、集成化）、大功率、小信號運(yùn)用的電子設(shè)備是支持弱電系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，而電子設(shè)備之間的電磁干擾已成為系統(tǒng)和設(shè)備正常工作的凸起障礙。
      看看這些關(guān)于電磁干擾的例子：變頻器、調(diào)光開關(guān)等節(jié)能器件等是以晶閘管或類似電子器件為核心的設(shè)備，它們工作時會在電網(wǎng)上產(chǎn)生高次諧波干擾；數(shù)字電路裝置（包括電腦、程控交換機(jī)、設(shè)備自動控制系統(tǒng)的現(xiàn)場控制器等）、高頻振蕩電路（包括發(fā)射機(jī)、接收機(jī)及時鐘本振等振蕩電路的基頻及其諧波）、氣體放電燈、熒光燈的整流器、啟動器等，它們都會對電網(wǎng)及附近空間產(chǎn)生電磁干擾；家用電器、辦公用電器，其中串激電機(jī)的換向器、電子控制器、定時器等均會對電網(wǎng)及附近空間產(chǎn)生電磁干擾（電磁干擾頻譜從幾萬赫到幾百兆赫）；還有一些工、科、醫(yī)射頻設(shè)備，是指病院、科技展覽廳中那些可能對150千赫--400吉赫頻段內(nèi)的無線電造成電磁干擾的設(shè)備。
       一、電磁干擾的定義
      “干擾”這個詞的本意就是指，對某個正處于不亂工作狀態(tài)的系統(tǒng)產(chǎn)生不良的影響?！半姶鸥蓴_”是電子噪音對正處于正常工作狀態(tài)的系統(tǒng)、電子設(shè)備產(chǎn)生不良影響的電磁現(xiàn)象，即任何伴跟著電壓、電流的變化而產(chǎn)生會降低某個裝置、設(shè)備或者系統(tǒng)的機(jī)能，或可能產(chǎn)生不良影響的電磁現(xiàn)象就是電磁干擾。這樣看來，恒定的電壓、電流或電磁場對系統(tǒng)或電子設(shè)備是不會造成很大干擾的。對電路或電器設(shè)備造成嚴(yán)峻干擾的，主要是不斷變化著的電場或磁場。
      因此，簡樸地說，任何不但愿的電壓和電流的波動對設(shè)備機(jī)能的影響就稱為電磁干擾。產(chǎn)生這些電壓、電流的源頭即為電磁干擾源。這些電壓和電流會通過傳導(dǎo)或電磁輻射傳到受害的系統(tǒng)和設(shè)備。
      二、電磁干擾的分類
通常，在分析電磁干擾時，系統(tǒng)指人們對之進(jìn)行設(shè)計(jì)和治理控制的電工設(shè)備或電子設(shè)備整體。
      1、根據(jù)干擾方式的不同，電磁干擾可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾是電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過導(dǎo)電介質(zhì)或公共電源線互相產(chǎn)生干擾。輻射干擾是指電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過空間耦合把干擾信號傳給另一個電網(wǎng)絡(luò)或電子設(shè)備。
      2、根據(jù)干擾來源的不同，電磁干擾可以來自系統(tǒng)內(nèi)部，也可以來自系統(tǒng)外部，前者稱為系統(tǒng)內(nèi)部的干擾，后者稱為系統(tǒng)之間的干擾。
      3、根據(jù)產(chǎn)生干擾的原因不同，電磁干擾分為天然和人工兩種。天然干擾源主要是雷電、太陽輻射或宇宙輻射等；人為干擾源有輸電線路、電念頭、開關(guān)、繼電器、氖燈、熒光燈、電鈴、電熱器、電弧焊接機(jī)、晶閘管逆變器、氣體整流器、高速邏輯電路、門電路、數(shù)據(jù)處理機(jī)、電流的突變、電弧放電、電暈放電，以及核爆炸產(chǎn)生的核電磁脈沖等。
      三、電磁干擾的傳輸
      電磁干擾的途徑分為傳導(dǎo)耦合方式和輻射耦合方式兩種方式。
      1、傳導(dǎo)是指電壓或電暢通流暢過干擾源和被干擾對象之間的公共阻抗進(jìn)入被干擾對象。其中的公共阻抗通常是干擾頻率的函數(shù)。有時干擾經(jīng)由金屬線路的傳輸，包括集總元件如電容器、變壓器等直接傳導(dǎo)到電路。
      2、輻射則用來表征非傳導(dǎo)性的傳輸，其傳輸機(jī)理可能是天線的“近場”或感應(yīng)場，而不是輻射場。在干擾電磁場中,磁場通過電感性耦合,電場通過電容性耦合而進(jìn)入電路中。
      四、解決弱電系統(tǒng)中電磁干擾題目的方法
      解決方法就是怎樣使得在統(tǒng)一電磁環(huán)境下工作的電子設(shè)備、電子系統(tǒng)都能互不干擾地正常工作，能夠達(dá)到兼容狀態(tài)，這就涉及到弱電系統(tǒng)中的電磁兼容機(jī)能。
      電磁兼容性(EMC)是指“一種器件、設(shè)備或系統(tǒng)的機(jī)能，它可以使其在自身環(huán)境下正常工作并且同時不會對此環(huán)境中任何其他設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈電磁干擾(IEEEC63.12-1987)?！?/span>
      弱電系統(tǒng)中的電磁兼容性主要研究內(nèi)容就是電磁干擾和抗干擾題目。電磁干擾題目上面我們已經(jīng)探討過了，下面我們來說說抗干擾的題目。
      電子系統(tǒng)或電工設(shè)備以劃定的安全逾度，在指定的電磁環(huán)境中按照設(shè)計(jì)要求工作的能力，是反映電子系統(tǒng)機(jī)能的重要指標(biāo)之一。系統(tǒng)、電子設(shè)備能電磁兼容就意味著不管是在系統(tǒng)內(nèi)部，仍是對其所處的環(huán)境，系統(tǒng)都能如預(yù)期的那樣正常的工作，即具有很好的抗干擾能力。
      弱電系統(tǒng)的主體設(shè)備是采用了信息技術(shù)中的各種電子設(shè)備，所以要進(jìn)步弱電系統(tǒng)的抗干擾機(jī)能只有采用多方面的綜合按捺措施才能獲得滿足效果。對于弱電系統(tǒng)應(yīng)從電子設(shè)備、信號傳輸線路、電源回路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等幾個方面來考慮抗干擾的方法。
      1、抗干擾的電源裝置方法
      電源裝置是弱電電子設(shè)備、電子系統(tǒng)正常工作的動力源。電源的不亂、可靠、安全與否對弱電系統(tǒng)的正常運(yùn)行影響極大。據(jù)資料顯示，大約有30%—50%的電子系統(tǒng)、電子設(shè)備的故障是發(fā)生在電源部門。電源的干擾主要有堵截時造成的欠電壓或大容量感性負(fù)載投入、巨大的雷電沖擊電流、電網(wǎng)中的高次諧波的干擾等。解決這些題目可以裝設(shè)電磁干擾濾波器，它是一種用于按捺電磁干擾，特別是電源線路中噪音的電子線路設(shè)備，是消除對電源環(huán)節(jié)造成影響的高頻干擾和共模干擾的有效辦法。由于有害的電磁干擾的頻率要比正常信號頻率高得多，所以電磁干擾濾波器是通過選擇性地阻攔或分流有害的高頻來施展作用的?；旧想姶鸥蓴_濾波器的感應(yīng)部門被設(shè)計(jì)作為一個低通器件使交流線路頻率通過，同時它仍是一個高頻截止器件，電磁干擾濾波器的其他部門使用電容來分路或分流有害的高頻噪聲，使這些有害的高頻噪聲不能到達(dá)敏感電路。這樣電磁干擾濾波器明顯降低或衰減了所有要進(jìn)入或離開受保護(hù)電子器件的有害噪聲信號。
      2、抗干擾的傳輸信號線路方法
       a、終端匹配法。在動態(tài)波形要求不嚴(yán)格的前提下，在終端并上一個較大（大于特性阻抗）的電阻，一方面可改善因反射引起的動態(tài)波形畸變，另一方面又兼顧了高電平降低得不很嚴(yán)峻。匹配電阻一般阻值都很低，在終端用電阻匹配的方法，功耗較大。
       b、始真?zhèn)€匹配方法。適當(dāng)?shù)倪x擇串聯(lián)電阻，改善波形，消除反射。R的阻值一般取傳輸線的特性阻抗減去輸出門的輸出內(nèi)阻。
       c、在數(shù)字信號的傳輸中，盡可能避免懸空端。
       d、在單線傳輸?shù)那闆r下，如其旁邊有屏蔽線可將單線圍繞在屏蔽線附近，或者使單線緊貼在接地的金屬地板上走線，這樣都可使接地線對地的阻抗變低，線間的分布電容減少，進(jìn)步傳輸線抗干擾的機(jī)能。
       e、在雙向傳輸中，應(yīng)留意讓來回的兩種信號線分開。兩信號線之間接一根地線作為屏蔽。另外采用有屏蔽層的傳輸電纜也是減少電磁干擾的一項(xiàng)基本措施。
       3、抗干擾弱的電設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)方法
       只有如金屬和鐵之類導(dǎo)磁率高的材料才能在極低頻率下達(dá)到較高屏蔽效率。這些材料的導(dǎo)磁率會跟著頻率增加而降低，另外假如初始磁場較強(qiáng)也會使導(dǎo)磁率降低，還有就是采用機(jī)械方法將屏蔽罩作成劃定外形同樣會降低導(dǎo)磁率。
       在高頻電場下，采用薄層金屬作為外殼或內(nèi)襯材料可達(dá)到良好的屏蔽效果，但前提是屏蔽必需連續(xù)，并將敏感部門完全遮蓋住，沒出缺口或縫隙(形成一個法拉第籠)。然而在實(shí)際中要制造一個無接縫及缺口的屏蔽罩是不可能的，因?yàn)槠帘握忠殖啥鄠€部門進(jìn)行制作，因此就會有縫隙需要接合，另外通常還得在屏蔽罩上打孔以便安裝與插卡或裝配組件的連線。
       設(shè)計(jì)屏蔽罩的難題在于制造過程中不可避免會產(chǎn)生孔隙，而且設(shè)備運(yùn)行過程中還會需要用到這些孔隙。制造、面板連線、透風(fēng)口、外部監(jiān)測窗口以及面板安裝組件等都需要在屏蔽罩上打孔，從而大大降低了屏蔽機(jī)能。盡管溝槽和縫隙不可避免，但在屏蔽設(shè)計(jì)中對與電路工作頻率波長有關(guān)的溝槽長度作仔細(xì)考慮是很有好處的。弱電電子設(shè)備外殼的透風(fēng)孔、進(jìn)出線孔、連接縫隙等要足夠小。因?yàn)榻涌p會導(dǎo)致屏蔽罩導(dǎo)通率下降，因此屏蔽效率也會降低。要留意低于截止頻率的輻射其衰減只取決于縫隙的長度直徑比，例如長度直徑比為3時可獲得100dB的衰減。在需要穿孔時，可利用厚屏蔽罩上面小孔的波導(dǎo)特性；另一種實(shí)現(xiàn)較高長度直徑比的方法是附加一個小型金屬屏蔽物，如一個大小合適的襯墊。所有襯墊都有一個有效工作最小接觸電阻，可以加大對襯墊的壓縮力度以降低多個襯墊的接觸電阻，當(dāng)然這將增加密封強(qiáng)度，會使屏蔽罩變得更為彎曲。大多數(shù)襯墊在壓縮到原來厚度的30%至70%時效果比較好。因此在建議的最小接觸面范圍內(nèi)，兩個相向凹點(diǎn)之間的壓力應(yīng)足以確保襯墊和墊片之間具有良好的導(dǎo)電性。除此，在多縫情況下，推廣構(gòu)成多孔屏蔽罩也是可行的。機(jī)箱的接縫處可使用導(dǎo)電襯墊，透風(fēng)窗可使用波導(dǎo)管，面板顯示窗可使用屏蔽玻璃材料。可用于堵截通過空間輻射傳播的電磁干擾。所以電子設(shè)備一般都需要進(jìn)行屏蔽，這是由于結(jié)構(gòu)本身存在一些槽和縫隙。所需屏蔽可通過一些基本原則確定，但是理論與現(xiàn)實(shí)之間仍是有差別。例如在計(jì)算某個頻率下襯墊的大小和間距時還必需考慮信號的強(qiáng)度，猶如在一個設(shè)備中使用了多個處理器時的情形。
      表面處理及墊片設(shè)計(jì)是保持長期屏蔽以實(shí)現(xiàn)電磁兼容機(jī)能的樞紐因素。
      除了解決設(shè)備本身的題目，弱電電子設(shè)備的輸入、輸出端接口電路設(shè)計(jì)中還應(yīng)設(shè)置消除雷片子響的抗電涌按捺器、高低頻濾波器、光電耦合器等電路，并盡量想法采用平衡傳輸制式，可有效按捺地環(huán)路干擾。盡可能減小電路板中的相互電磁干擾。可采用多層電路板以減少引線；布線盡量短粗以減小環(huán)路電阻；布線轉(zhuǎn)角處要圓滑，以利于阻抗匹配；不同類型的電路單元要分路接地等等。
      總之，弱電系統(tǒng)主要考慮的題目是信息傳送的效果題目，其系統(tǒng)的運(yùn)行是依靠于各種電子設(shè)備，因此要進(jìn)步弱電系統(tǒng)的抗電磁干擾機(jī)能必需使得在統(tǒng)一電磁環(huán)境下工作的各種電子設(shè)備、電子系統(tǒng)都能互不干擾地正常工作，達(dá)到兼容狀態(tài)。按捺電磁干擾應(yīng)從電源、傳輸、負(fù)載等環(huán)節(jié)著手，采用綜合管理方法，從全系統(tǒng)的態(tài)度上來全面考慮電磁兼容題目。電磁兼容技術(shù)是一個正在發(fā)展的領(lǐng)域，這是因?yàn)楝F(xiàn)代的計(jì)算、通訊、控制系統(tǒng)中，電氣和電子線路的密度以及它們之間的相關(guān)功能日益增加。對弱電設(shè)備的選型、弱電系統(tǒng)的組成配置、電纜管線的布置、系統(tǒng)調(diào)校時分析干擾性質(zhì)及來源等全過程采取有效的措施，以確保整個弱電系統(tǒng)的電磁兼容性滿足要求。

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