高频接地方式的探讨

摘要：高频接地有其区别于工频接地的特殊性，从钢质材料阻抗计算公式诱导出的高频接地连接线高频阻抗计算公式，能给予高频接地回路在工作频段下表现出来的种种现象给以合理地解释，从而找到有效的办法减少对电子设备的干扰。

关键字：高频接地

Abstract

Abstract: High frequency grounding has its particularity that is different from the power frequency of the ground. High frequency grounding connecting calculation formula of high frequency impedance, which is the induction of steel materials impedance calculation formula, can give reasonable explanations to all kinds of phenomenon expressed by high frequency grounding loop in working band, so as to find effective ways to reduce the interference of electronic equipment.

Key word: high frequency grounding

中图分类号：TL503.2文献标识码：A文章编号：

1.引言

高频接地是提高电子电气设备电磁兼容有效性的重要手段之一。正确的接地既能抑制外部电磁干扰的影响，又能防止电子电气设备向外部发射电磁波；而错误的接地常常会引入非常严重的干扰，甚至会使电子电气设备无法正常工作。

2.高频接地分析

2.1高频的定义

电磁波的频谱可粗略划分为：工频（50Hz/60 Hz）、射频或高频（1KHz~100MHz）和微波（大于1GHz）。高频即介于3MHz与30MHz之间的频率(介于100m与10m之间的波长)。

2.2电磁波的危害

人体在电磁场作用下，吸收的辐射能量将发生生物学作用，对人体造成伤害，如手指轻微颤抖、皮肤划痕、视力减退等。对产生磁场的设备外壳设屏蔽装置，并将屏蔽体接地，不仅可以降低屏蔽体以外的电磁场强度，达到减轻或消除电磁场对人体危害的目的，也可以保护屏蔽接地体内的设备免受外界电磁场的干扰影响。现代化的电力系统其本身就是强烈的电磁干扰源，主要通过辐射方式干扰该频段内的通信设备。为抑制外部高压输电线路的干扰影响，应采用适当的接地措施。

2.3常用的接地方式有两种即分散接地方式、联合接地方式

分散接地方式：分散接地就是将通信大楼的防雷接地、电源系统接地、通讯设备的各类接地以及其他设备的接地分别接入相互分离的接地系统，由于地线系统不断增多，地线间潜在的耦合影响往往难以避免，分散接地反而容易引起干扰。同时主体建筑物的高度不断增加，其接地方式所带的不安全因素也越来越大。当某一设施被雷击中，容易形成地下反击，损坏其他设备。

联合接地方式：联合接地方式也称单点接地方式，即所有接地系统共用一个共同的“地”。联合接地有以下一些特点：（1）整个大楼的接地系统组成一个笼式均压体，对于直击雷，楼内同一层各点位比较均匀；对于感应雷，笼式均压体和大楼的框架式结构对外来电磁场干扰也可提供10－40dB的屏蔽效果；（2）一般联合接地方式接地电阻非常小，不存在各种接地体之间的耦合影响，有利于减少干扰；

2.4低频、高频电路的接地原则：

低频电路的接地原则：低频电路的接地，应坚持一点接地的原则，单点接地是为许多接在一起的电路提供共同参考点的方法，并联单点接地最为简单而实用，它没有公共阻抗耦合和低频地环路的问题。每一个电路模块都接到一个单点地上，每一个子单元在同一点与参考点相连。地线上其它部分的电流不会耦合进电路。这种接地方式在1MHz以下的工作频率下能工作得很好。但是，虽着频率的升高，接地阻抗随之增大，电路上会产生较大的共模电压。所以，单点接地不适合于高频电路。

高频电路的接地原则：对于工作频率较高的电路和数字电路，由于各元器件的引线和电路的布局本身的电感都将增加接地线的阻抗，因而在低频电路中广泛采用的一点接地的方法，若用在高频电路容易增加接地线的阻抗，而且地线间的杂散电感和分布电容也会造成电路间的相互耦合，从而使电路工作不稳定。为了降低接地线阻抗及其减少地线间的杂散电感和分布电容造成电路间的相互耦合，高频电路采用就近接地——即“多点接地”的原则，把各电路的系统地线就近接至低阻抗地线上，一般来说，当电路的工作频率高于10MHZ时，应采用多点接地的方式。由于高频电路的接地关键是尽量减少接地线的杂散电感和分布电容，所以在接地的实施方法上与低频电路有很大的区别。

2.5高频接地线长度计算及接地极材质的选择：

电子设备一般都要求有一个良好的接地系统，做好接地系统既是设备稳定、可靠工作的需要，也是保障设备和人身安全的需要。电子设备的接地系统一般包括直流地、功率地、工作地，三种接地线在某一公共点接在一起后再通过等电位连接带接到接地体。一个良好的接地系统除了必须有良好的接地体以外，接地线的长度和用材规格是极其重要的方面。实际工作中不同设备对接地线的长度和用材规格要求不一样，不同的参考资料给出的接地线长度、用材规格也往往不同，使工程技术人员容易混淆。因此从理论上估算与校验显得非常重要。

2.5.1接地线长度：

2.5.1.1为防止雷电流或故障电流所产生的高电位对设备的损害，要求接地线长度尽可能短。实际工作中，由于设备与接地体相对距离的存在，接地线允许长度对技术人员来说才有实际意义。由公式（1）可以用来估算接地线允许长度。

Umax=UL=L0·L·di/dt （1）

由上式得：

L=Umax/（L0·L·di/dt） （2）

式中 Umax —设备能承受的最高电位（kV）；

UL—雷电流或故障电流流过接地装置时引下线上的电感电压降（kV）；

L0—引下线的单位长度的电感（μH/m），一般取其等于1.5μH/m；

L—引下线长度（m）；

di/dt—雷电流或故障电流陡度（kA/μs）；雷电流徒度按一类为di/dt=I/T1=20kA/μs，二类为15 kA/μs，三类为10 kA/μs，按规范，I为雷电流幅值，一类为200kA，二类为150kA，三类为100kA；T1为波头时间（μs），取T1=10μs；故障电流则按实际估算。

考虑到引下线的电感对设备电位的影响，引下线除了尽可能短以外，还要尽可能避免弯曲、绕圈。

2.5.1.2对于高频电子设备还必须考虑引下线高频阻抗和表面射频电阻对设备的影响。为了减少接地引下线的高频阻抗和接地引下线的射频电阻，对接地线到公共接点的距离有一定要求。