通信系统中电磁兼容的应用

0 引言

无线电通信是把能量以电磁场的方式从一个电路传输到另一个电路。在进行电路设汁或无线电通信时，我们需要的是两个电路之间的能量能够按照一定的要求进行传输，否则将会在设备之间及设备的内部产生电磁干扰。尤其在设计比较复杂的设备电路和其中的复杂单元时，则更应该考虑电磁兼容问题。由于电磁波的无线传播特性，决定了其在传输过程中必然会受到来自外界和自身内部的多种因素的影响。

这里我们只讨论通信系统内部产生EMI的原因及如何消除EMI的影响。在通信系统内部，各种电子器件应用很多，导致了EMI成为了一个比较复杂的问题，产生的原因有很多，如电源线与信号线、信号线与信号线的公共阻抗、各种信号之间的接地不当、强信号电路对弱信号电路的电磁感应、大功率信号的空间电磁波辐射对其它电路的影响、多路信号并列传送产生的互相干扰等。通信系统中各种传导性耦合、空间辐射和接地不当是产生各种干扰扰、系统EMC差的主要原因。

1 产生EMI的几种因素

1.1电磁辐射
大功率的电子设备和高频信号往往会产生强烈的高频电磁波，向四周扩散辐射，必然会对其它电路形成干扰。尤其是在电子设备系统内部，许多元件集中安装在狭小的空间内，由于大功率信号的辐射，在弱信号电路的附近产生电磁场耦合是很正常的。特别是对于信号工作频率很宽、大小信号电路公用、单元布局密集、离散器件和立装元器件多的单元，有时它的每根金属线都会产生天线发射电磁波和接收电磁波。此时，在敏感器件的周围、弱信号电路处，更容易形成导线的天线效应。

1.2传导性耦合
当两个或两个以上回路的电流经过一个公共阻抗时，一个回路的电流在该公共阻抗上形成的电压就会影响到其它电路回路，即为电路的传导性耦合。产生的原因有：地线阻抗、公共电源线内阻、公共线路阻抗和多回路电路性传导等。在实际的电路中，传导性耦合可以分为电场耦合、磁场耦合和电场磁场耦合，即我们常等效的并联于电路的电容耦合、串联于电路的电感耦合和同时并联串联于电路的电容电感耦合。

1.3接地干扰
在同一电路中，两个不同的接地点之间总有一定的阻抗，地电流在该公共阻抗上产生了地电压，而地电压又直接加到电路上成为干扰电压。一般情况下，接地阻抗往往都很低，设计时可以不考虑。但对于EMI而盲，地回路接地面上的阻抗是不能忽略的。

2 提高电磁兼容能力的技术

如何降低通信系统自身的各种EMI，提高系统EMC能力，是保证系统正常工作的前提，其方法主要有一下几种：

2.1 降低辐射干扰
电磁辐射的传输方式大至相隔较远的系统间，小至系统内可想象的极小距离，所以在设备设计之初，应该将大信号和小信号严格分开，分单元设计或隔离，最大程度上减小空间里相互的电磁干扰。主要方法有：

2.1.1进行物理隔离
即增大信号导线与干扰铺源之间的距离，弱信号导线应避免和强信号导线相互平行设计。避免同一个信号回路的两根导线，弱信号回路与强信号回路共用接地线。对于各种不同性能的元件和导线，应按其不同电平、功率、抗干扰能力的大小，进行分类。

2.1.2平衡电路电压
利用电路上的平衡关系，让两根传输同一信号的导线具有相同的干扰电压。可使干扰电压在这两根导线的负载上自行抵消。用这种方法能有效地抑制外电路的电磁干扰。
2.1.3保持信号间的良好屏蔽性
即将电力线或磁力线的影响限定在某个范围内，阻止电力线或磁力线进入某个范围，把外界干扰与测量装置隔开。使测量信号不受外界电磁场的影响。使用屏蔽线和屏蔽电缆时，必须注意屏蔽层、外层都不能流过电流，与地不能构成回路。

2.1.4正确接地
地电位十分复杂，为了尽量削弱干扰，应正确应用"一点接地"和"多点接地"。

2.2 降低接地干扰
接地平面的一般要求为：接地平面应是零电位；理想的接地平面应是零电阻的实体，电流经过时没有压降；接地平面与布线间有很大的分布电容，而平面本身的引线电感将很小；接地要求尽量降低多电路公共接地阻抗上所产生的干扰电压．同时避免形成不必要的回路。

在进行小信号电路的接地设计，特别是信号变化范围大、频率变化范围大的电路设计时，应该注意以下几个方面的问题：

2.2.1弱信号放大器与信号源选择一点接地
对于信号源和放大器连接的电路。如果信号源和放大器在不同点接地，两地之间存在着电位差。对放大器的输出端而言，这个电位差很小，可以忽略不计；但对放大器的输入端来说，这个电位差应远远小于信号源的输出信号，否则将在放大器上产生很大的干扰。

2.2.2多级电路选择一点接地
低电平级电路是最易受干扰的电路。特别是多级相连的电路，输入信号和输出信号相比较，非常小，因此，应选择一点接地，使低电平级电路受到干扰为最小。