电磁兼容设计及其应用

2．1．2 设备的信号接地
设备的信号接地，是以设备中某一点或一块金属薄板来作为信号的接地参考点，它为设备中的所有信号提供了一个公共参考电位。
实际应用中有几种基本的信号接地方式，即浮地、单点接地、多点接地和混合接地。
(1)浮地
采用浮地的目的是将设备与公共接地系统，或可能引起环流的公共导线隔离开。
浮地的最大优点是抗干扰性能好。缺点是由于设备不与公共地相连，容易在两者间造成静电积累，当电荷积累到一定程度后，在设备地与公共地之间的电位差可能引起剧烈的静电放电，而成为破坏性很强的干扰源。一个折衷方案是在浮地与公共地之间跨接一个阻值很大的泄放电阻，用以释放所积聚的电荷。实现设备的浮地可采用变压器隔离或光电隔离。
(2)单点接地
单点接地是指在一个电路或设备中只有一个物理点被定义为接地参考点，凡需要接地的点都被接至这一点，如图3所示。对一个系统，如采用单点接地，则系统中的每个设备都有自己的单点接地点，然后各设备的"地"再与系统中惟一指定的参考接地点相连。

图3 单点接地示意图

单点接地的缺点是当系统工作频率很高时，以致信号的波长可与接地线长度相比拟时(如达到1／4波长)，接地线就不能作为一根普通连接线考虑，它会呈现某种电抗效应，使接地效果不理想，此时可以采用多点接地的方法。

(3)多点接地
多点接地指设备中凡需要接地的点都直接接到距它最近的接地平面上，以便使接地线最短，如图4所示。这里说的接地平面可以是设备的底板、专用接地母线，甚至是设备的机架。

图4 多点接地示意图

多点接地的优点是简单，凡需要接地的点都可以就近接地，由于接地电感的减小，使地线上的高频噪声大为减少。所以多点接地在高频下使用效果更佳。
单点接地与多点接地的分界常以流通信号波长λ的0．05倍为界，凡单点接地线长度达到0．05λ以上时，就应当用多点接地。

2．1．3 设备的接大地
(1)设备的接大地
实际应用中，除认真考虑设备内部的信号接地外，通常还要将设备的信号地、机壳与大地连在一起，并以大地作为设备的接地参考点。设备接大地的目的有三个：
①设备的安全接地，保证了操作人员的安全；
②释放机箱上所积聚的电荷，避免因电荷积聚使机箱电位升高，造成电路工作的不稳定；
③避免设备在外界电磁环境的干扰下造成设备对大地的电位发生变化，引起设备工作的不稳定。
如能将接地与屏蔽、滤波等技术配合使用，对提高设备的电磁兼容性可起到事半功倍的作用。
(2)接大地的方法与接地电阻
判断接大地有效性的重要指标是接地电阻。接地电阻除与接地电极的制作方式有关外，也和大地自身的性质有关。
正确的接大地方法是用直径1～2 cm的铜棒(长2～4 m)打入地下，深度在2 m以上。一根铜棒的接地电阻在25 Ω左右，这对一些小功率电气设备已经够用。若要达到更小的接地电阻，可增加铜棒附近地域的盐分和水分，还可将几根铜棒互连成网。一般接地电阻以10 Ω为设计目标。

2．2 屏蔽
用金属材料将设备内部产生噪声的区域封闭起来的方法称为屏蔽。屏蔽能有效抑制通过空间传播的电磁干扰。采用屏蔽的目的有两个：一是限制设备内部的辐射电磁能越出某一区域；二是防止外部的辐射电磁能进入设备内部。
按屏蔽所起的作用可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽三种。

2．2．1 电场屏蔽
电场屏蔽就是用导体将噪声源(或被屏蔽物体)包围起来，然后接地，以达到屏蔽的目的。由于导体表面的反射损耗很大，很薄的材料(铝箔、铜箔)也有很好的屏蔽效果。另外，机箱上即使有缝隙，也不会产生太大的影响。

2．2．2 磁场屏蔽
磁场屏蔽通常是指对直流或低频磁场的屏蔽，其屏蔽效果比电场的屏蔽要困难得多。
磁场屏蔽的主要原理是利用屏蔽体的高导磁率、低磁阻特性对磁通所起的磁分路作用，使屏蔽体内部的磁场大大削弱。当要屏蔽外部强磁场时，要求外层屏蔽体选用不易磁饱和的材料，如硅钢等；内层则用容易达到饱和的高导磁材料。反之，屏蔽体的材料使用次序也需颠倒过来。两层屏蔽体在安装时要注意彼此间的磁路绝缘。若屏蔽体无接地要求，可用绝缘材料作支撑；如要求接地，可用非铁磁材料的金属作支撑。

2．2．3 电磁场屏蔽
电磁场屏蔽的目的是要阻止电磁场在空间传播。
电磁场屏蔽可采用如下方法：
反射  金属表面对电磁波的反射作用。
吸收  电磁波在进入屏蔽体内部时，会被屏蔽体金属所吸收。
反射和吸收  电磁波透过金属到达屏蔽体另一表层时，在金属与空气交界面上会再次形成反射，重返屏蔽体内部，结果在屏蔽体内部形成多次反射和吸收现象(当然最终还会有少量电磁波透过屏蔽体而进入被保护空间)。
因此，电磁屏蔽是基于金属材料对电磁波的反射和吸收两个作用来完成的。