电磁干扰的成因及其应对措施的分析

摘 要： 针对当前科技发展造成的复杂电磁环境，分析了电磁干扰源的分类和电磁干扰的传播途径，并介绍了屏蔽、接地、滤波这三种能有效抑制和防止干扰的措施及其原理。

关键词： 电磁干扰；传导；辐射；屏蔽；接地；滤波

1 前言

随着现代科技的急速发展，各类电子设备广泛地进入到人们的日常生活和每个生产行业，同时产生的电磁污染状况也日趋严重，给我们的生活和生产带来了不可忽视的影响。例如：移动通信设备的无线电波干扰会影响心脏起博器等医疗装置的正常使用；手机、笔记本电脑使用时会干扰飞行导航系统的工作可靠性；通信系统、广播电视网络的正常工作会受到电力设备的谐波干扰、电位异常的影响等等。

2 电磁干扰的成因分析

电磁干扰产生的方式很多，研究表明，任何一种电磁干扰的产生都应同时具有三个基本的条件：首先应有干扰源存在；其次应具备传播干扰能量能通过的的途径和通道；最后还应有扰的对象。

2.1 电磁干扰源的分类

电磁干扰源通常有两大类：人为干扰源与自然干扰源。人为干扰源指由电子、电气设备等人工装置产生的电磁干扰，自然干扰源是指来源于静电放电、大气噪声、宁宙噪声等自然因素形成的干扰。人为干扰源一种是有意发射干扰源，如雷达、通信、广播、电视和导航系统等专门用来发射电磁能量的装置；另一种是无意发射干扰源，如家用电器、电动机械、输电线缆以及工业用射频设备等在完成自身设计功能的同时又附带产生电磁能量的电气设备。

2.2 电磁干扰传播方式

电磁干扰的传播通常是通过辐射方式和传导方式进入电气设备，从而影响设备的正常工作。

辐射干扰就是干扰源信号通过空间被耦合到另一个电网络。辐射传输时信号以电磁波的形式通过介质传播，能量是按照电磁场的规律向周围空间发射，在电路中产生和引入的辐射干扰主要是各种导电线缆导致的天线效应。例如由输电线路电晕而产生的电视、无线电干扰就属于典型的辐射干扰。

传导干扰是指一个电网络上的信号通过导电介质被耦合到另外的电网络。形成传导干扰的条件是在干扰源和扰对象之间必须有完整的电路连接，干扰信号顺着这个电路传递到扰对象从而产生干扰现象。这个传输电路可包括供电电源、连接线缆、设备的导电构件、电抗元件、互感元件和公共阻抗等。例如通过电源线传入的雷电冲击源产生的干扰就属于典型的传导干扰。电磁干扰传播还有其他方式，如共感应耦合、阻抗耦合等。在实际工作中，两个电路或设备间产生干扰一般包含着多种途径的耦合，正是因为多种耦合形式同时存在又反复交叉，共同形成了干扰，才使得电磁干扰变得难以抑制。

2.3 扰对象

扰对象也称敏感设备，它可以是一个单独的用电器甚至是一个大型的电网络系统，也可以是一个电路板组件甚至是一个很小的元器件。

3 电磁干扰的应对措施

显然，在出现电磁干扰现象时，应该从以上三个形成要素着手，对症下药，只要能够消除其中的某一个条件，就可以解决问题。解决电磁干扰的常用手段主要有采用电磁屏蔽装置、系统接地手段和滤波电路三种。

3.1 电磁屏蔽

利用金属屏蔽体可以消除和减弱干扰的功能对两个空间区域进行金属隔离的方式就称为屏蔽。通过屏蔽能够控制电、磁场及电磁波从一个空间区域向另一个空间区域的感应和辐射，即用金属屏蔽体把电磁干扰源与外界隔离起来，从而防止电磁干扰能量向外界扩散；同时也能够用金属的屏蔽体把容易扰的对象密闭起来，起到防止它受外界电磁能量的影响的作用。电磁屏蔽装置设计的关键，一方面要保证整个屏蔽体必须是一个连续、完整的导电体，即屏蔽体具有导电连续性，二是不能有导体直接穿过屏蔽体。

金属屏蔽体的材料选取有一定原则：

（1）当干扰的电磁波频率比较低时，应该采用导磁率较高的金属材料，这样磁力线容易被限制在屏蔽体的以内，有效防止其扩散到外部空间。

（2）当干扰的电磁波频率较高时，应该采用电阻率较低的金属材料，材料中产生的涡流能够形成对外来电磁能量的抵消作用，可以起到屏蔽的作用。

（3）在一些场合，如果要求对高、低频电磁波同时要有良好的屏蔽作用时，可以使用不同的金属材料组成多层屏蔽装置。

3.2 电路系统接地

接地是防止干扰、抑制噪声的重要手段，主要起到三个方面的作用：

1）如果整个电路系统中的所有单元电路存在一个公共的参考零电位，接地可以保证电路系统工作的稳定性能。

2）可以保证电气设备的安全工作。例如：当雷电产生电磁感应时能够避免电子设备被损坏；当工频交流输入电压由于绝缘不良等原因与设备外壳直接连通时，可以避免人员在操作使用时发生触电事故；现在许多医疗仪器在使用的时候都是与病人的身体直接相连的，如果仪器外壳带有110V或 220V电压时，会导致病人的致命危险。

3）能够防止外部的电磁波干扰。机壳接地的方式能够使大量因为静电感应累积在机壳上的电荷通过大地被释放掉，而对于设备的屏蔽装置，若是选择了合适的接地也能够获得良好的屏蔽效果。

电路接地通常有单点接地方式、多点接地方式以及混合接地方式三类。单点接地方式指的是一个电路中只存在一个公共的参考电位点，没有低频地环路和公共地阻抗耦合，对于高频

信号有较大的接地阻抗，在低频线路中，当信号的频率小于1MHz，由于布线、器件间的电感影响比较小，但是接地电路形成的环流对干扰影响比较大，所以就应该采用单点接地的方式。多点接地就是系统中每个接地点都就近直接接到距其最近的接地平面，每条地线很短，能够提供较小的接地阻抗，当信号的频率高于100MHz，由于布线的电感效应较为明显，而地线的阻抗增大，所以应该采用多点接地的方式去降低地线阻抗。当信号频率为1MHz～10MHz时，可以根据实际情况选用适当的接地方法。如果当电路系统中高频电路和低频电路时共存时，则可采用混合接地的方法，系统内的低频电路用单点接地，高频电路用多点接地。

3.3 采用抗电磁干扰的滤波器

抗干扰滤波器的作用主要就是使电子装置内部所产生的噪声不向外界泄漏，于此同时又可防止外界的噪声干扰进入到设备内部。由于电磁干扰信号的频率通常要都比正常信号的频率高许多，因此滤波器是要通过选择性地分流或阻拦有害的干扰高频信号来发挥作用。抗干扰滤波器中的感应机构应被设计成一个低通器件，能使交流线路的频率通过，同时又是一个截止高频的器件，滤波器的其余部分可用电容器分流或分路有害的高频干扰信号，使得有害的高频噪声不能传导到电子装置的敏感电路。抗干扰滤波器常由无源元器件的电路组成，这些元器件包括电感、电容，它们组成了LC电路。

在实际工作应用中，抑制干扰的方法还有：结合屏蔽措施，采取平衡手段、设置隔离电路、积分电路、整形电路、选通电路、接点网络等多种电路技术；正确及合理选用电路元器件；屏蔽装置的材料使用塑料金属化处理的工艺等。

如今电子产品的种类和数量越来越多，各类电子设备的发射功率也越来越大，电路系统的灵敏程度越来越高，因此保证电子设备的抗电磁干扰能力是一个复杂的技术任务。抑制电磁干扰首先要清楚干扰是通过哪种方式到达扰的对象，然后全面考虑整个系统的要求，从每个环节入手，采取综合性的治理方法，才能最终制定出正确、完善的抗干扰措施，达到良好的抑制和消除干扰的效果。