??? 摘? 要: 通過引用一個電信局域網中電磁干擾的解決實例,研究了電信局域網中電磁兼容的原理,介紹抑制電磁干擾的一般方法。?
??? 關鍵詞: 電磁兼容(EMC)? 干擾成因? 抑制方法
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??? 電磁兼容EMC(Electromagnetic compatibility)是在研究電磁干擾EMI(Electromagnetic Interference)的基礎上發展起來的學科。隨著各種電子設備的日益廣泛應用,電磁兼容控制技術的研究已經成為一門新興研究課題。移動通信近十年的迅速發展,各種無線新設備的不斷采用,使電磁干擾發生的頻率與危害亦隨之加大。本文結合深圳移動通信公司的電磁干擾實例談談電磁兼容控制技術在電信局域網中的應用。?
1 電信局域網中電磁兼容控制技術的應用?
1.1 電磁兼容的有關概念?
??? 電磁兼容是指處在同一電磁環境中的某設備,不會因其他設備的電磁發射而導致使用降級,同時也不會因為該設備的電磁發射,使得同一電磁環境中的其他設備導致使用降級。?
??? 電磁兼容是在研究電磁干擾的基礎上發展起來的學科。電子設備的使用必然會帶來電磁干擾,而電磁兼容性的目的就是使在同一環境中的電子設備相互兼容,協調使用,使得各個電子設備的電磁發射限制在合理的范圍內而不致影響其功能,同時又使各個設備具有較強的抗干擾能力,功能得到充分發揮。?
1.2 電磁干擾的來源?
??? 構成電磁干擾必須具有三要素,即干擾源、干擾傳播途徑和敏感設備。干擾源的分類按照干擾形式區分,可分為自然干擾源和人為干擾源;按照來源區分,可以分為內部干擾和外部干擾。?
??? 內部干擾指電子設備內部器件間的相互干擾,包括電源線通過設備的干擾或者是電源線、地線、傳輸線相互耦合而產生的干擾,同時亦包括系統器件的發熱或耦合等原因而對其他器件造成的干擾。?
??? 外部干擾是電子設備或系統外的因素對系統所造成的電磁干擾,包括電源線的絕緣漏電而造成的干擾或者是空間電磁波造成的干擾等,此外還包括電網變壓器的電磁干擾以及由溫度引起的電磁干擾等。?
??? 電磁干擾的傳遞途徑可以以漏電或者耦合形式通過絕緣介質(包括空氣等)來傳播,可分為傳導傳輸方式和輻射傳輸方式,在耦合方式上可分為傳導耦合和輻射耦合兩種方式。具體干擾傳播形式與干擾源的頻率和被干擾物的形狀有關。?
2 電磁干擾實例?
??? 深圳移動通信公司的移動客戶中心是我省較早投入使用的客戶系統。在進行擴容工程后,采用了華為公司移動客戶平臺系統,在新的系統投入使用后,發現原有的18個座席發生嚴重的雜音。其布局如圖1所示,此18個座席與其余座席有如下的區別:?
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??? (1)兩排座席間有三組電源線通過,同時與信號線的距離較近;?
??? (2)此18個座席是由一臺6kVA的SANTAK的UPS供電,同時其余座席由有油機保證的市電直接供電。?
??? 經過分析判斷,可能產生干擾的原因如下:?
??? (1)UPS的交流380V進線電纜的電磁場由空間耦合而對座席的信號線所產生的電磁干擾;?
??? (2)UPS的交流220V出線電纜的電磁場由空間耦合而對座席的信號線所產生的電磁干擾;?
??? (3)18個座席的接地不好,使得諧波及漏電流的濾除不好,從而產生干擾;?
??? (4)座席終端存在內部干擾,使電磁干擾難以避免;?
??? (5)UPS輸出本身存在大量音頻段諧波分量,發生干擾;?
??? (6)信號線等級及屏蔽達不到要求,使得空間電磁波對設備干擾不可避免。?
??? 針對上述可能的干擾原因,對座席終端進行了如下的試驗:?
??? (1)將UPS的進線380V電纜供電切斷,同時以電池供給座席終端,測試此18個座席的干擾情況依舊;?
??? (2)在UPS 380V交流進線與220V交流出線正常供電情況下,將此18個座席由其他市電引來而非由UPS來供電,結果發現無雜音;?
??? (3)將其他正常座席的終端移至此18個座席,結果發現雜音情況依舊;同時,將此18個座席終端移至其他的座席位置,雜音不存在。?
??? 由上述的試驗可見,干擾的發生是和電源緊密相關的,和座席終端或者音頻電路無關;同時與380V電纜的電磁干擾關系亦不大。由此可見,干擾的發生與UPS電源緊密相關,因此又進行UPS輸出端的傳導干擾實驗。
??? 以HP8591 EMC分析儀進行諧波分析,從干擾頻譜圖可以看出,UPS輸出端的頻率干擾在101dBuV。而根據華為公司提供的標準,在900kHz時的限制值應為79dBuV。這樣,干擾值遠遠超出了輸出的限制值。由此可見,UPS的輸出干擾是產生雜音的主要來源。?
??? 控制電磁干擾通常采用控制干擾源和電磁屏蔽兩種方法。針對上述實例可以得出:采用濾波抑制的方法是最直接有效的方法。?
??? 為此,采用常州堅利廠DL-20T1EMI專用低通濾波器來解決此問題,其濾波范圍在幾十kHz～幾十MHz。將這2個低通濾波器分別加在UPS的輸出端,如圖1所示,經過測試后,證實雜音消失,干擾問題得以解決。?
3 電磁兼容控制的一般方法?
??? 電磁兼容的控制是一項系統工程,應當在系統的設計、研制、規劃等各個方面加以考慮,具體可以采取組織管理措施與技術措施兩方面的方法。組織管理包括頻率管理及時間空間分離等方面的原則。由于本文主要討論電信局域網中的電磁干擾抑制問題,故只從技術的角度針對上述具體問題加以闡述。電信局域網中電磁兼容的技術措施,可以分為抑制和疏導電磁干擾兩大類。?
3.1 電信局域網中抑制電磁干擾的措施?
??? (1) 接地?
??? 接地是為了給電路系統提供一個統一良好的電位參考點,同時可為高頻電流、靜電及雷電電流提供電氣泄放通路以保證設備安全。在電信局域網中可以采取下列幾種接地方法:?
??? ·根據機房的不同條件和具體設備的要求而選擇單點接地、多點接地以及混合接地。單點接地是指電氣系統中只存在一個接地點,其他設備的接地均直接連到這一點上;多點接地是指將同一系統的不同接地點均連接到同一個接地面上。此外,為了防止高頻干擾,尚有混合接地等。一般而言,在電信局域網中系統應以單點接地為好,這是為了使系統電位統一,同時不致于在接地回路中形成“環流”。但是具體的設備不同,接地方式亦不同。?
??? ·為了抑制電磁干擾可以將鎧裝電纜的屏蔽層兩端接地,使得漏電流得到泄放,同時使整個接地回路的電位相同。?
??? · 在電纜槽及其它電力引入體上進行連續接地,以形成統一的接地電位。?
??? (2)屏蔽?
??? 屏蔽的目的就是限制設備內部的輻射泄漏出該區域,同時亦防止外來輻射進入該區域。電信網中的屏蔽主要指電磁屏蔽,即防止交變電磁場對電信設備的影響。對于電信局域網中的屏蔽,應當考慮的不僅是電纜的進線屏蔽,同時也應對信號線的屏蔽做出要求,不同場合信號線的選擇也是解決電磁干擾的重要方面。在選擇信號線纜材料時,應先根據用戶要求及環境情況考慮傳輸能力和抗干擾能力,再考慮線纜的經濟因素。表1中列出了目前常用線纜的抗干擾能力的參考值。?
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??? 上述各種電纜價格依次增高,具體選用的方式應符合《信息技術設備抗干擾度限值和測量方法》(GB/T17618-1998,idt:CISPIR24:1997)中的有關規定,根據選用等級分別選用上述的幾種纜線系統及相應屏蔽設備。?
對于一個屏蔽系統,良好的接地是達到屏蔽效果的基礎,同時要求屏蔽體的兩端接地,并保持屏蔽的連續性。對于屏蔽系統的地阻要求小于1Ω。?
??? 電信局域網的屏蔽除做好上述措施外,在設計及布線施工中亦應嚴格按照規范執行,因為信號纜線和電力線的距離與干擾的程度有很大關系。具體要求可以參考有關規范。?
3.2 電信局域網中疏導電磁干擾的措施?
??? 電力引入線路中,非工頻成分所占比重往往較大,有時甚至接近或超過工頻成分,這是一個重要的干擾源。這樣,抑制疏導非工作頻率的電氣成分便成為一個重要的工作,因為這直接影響系統中干擾的大小。濾波就是抑制疏導其他非工作頻率成分,從而達到控制電磁兼容的目的。?
??? 濾波通常用濾波器的方式來進行,濾波器分為信號選擇濾波器和電磁干擾濾波器兩大類。在電信局域網中電源線往往是電磁干擾出入電子設備的主要途徑,因此,這里就電源EMI濾波器的情況加以說明:電源線上的干擾模式有差模干擾和共模干擾兩種方式。一般,火線與零線間的干擾為差模干擾,通常在200Hz以下的干擾成份中占主導成份;而火線與地線,零線與地線間的干擾為共模干擾,通常在1MHz的干擾成份中占主要成份。因而不同的濾波器抑制上述兩種干擾的能力也不同。濾波器抑制共模干擾和差模干擾的能力通常以共模插入損耗和差模插入損耗來衡量。應根據系統未安裝濾波器時的干擾波形來選擇濾波器的基本參數,然后根據應用的溫度范圍、通流量、環境條件等方面對濾波器進行選擇,上例中對電源濾波器的選擇便是一個明顯的例子。?
3.3? 電信局域網中控制電磁兼容的其他方法?
??? 電信局域網中控制電磁兼容的方式除了上述方法外,尚有頻率管理、電氣隔離等方法。同時,在網絡設計、設備選型時就應考慮電磁兼容的問題,做到在系統規劃設計階段就能準確預測電磁兼容的情況,從而實現電磁兼容控制上的防患于未然。?
??? 電磁兼容的解決是一個綜合性的問題。電信局域網中由于設備眾多,電磁兼容性問題成為必須要考慮的一個重要方面;同時隨著網絡技術的快速發展,使得無線網絡中設備的更新換代速度大大加快,這樣就更增加了電磁干擾發生的可能性。針對這種情況,在整個網絡的設計之初就應將電磁兼容的控制問題作為網絡設計的一個重要方面加以考慮,同時加強與各個相關專業技術人員的協作,共同謀求以最簡捷的方法解決電磁干擾問題。?
參考文獻?
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5 深圳華為技術有限公司.深圳市移動ICD移動客戶平臺座席臺雜音問題報告.1999?