電磁干擾原理及其濾波器的運(yùn)用模型

王 亮

（中國人民解放軍91245部隊(duì)，遼寧 葫蘆島 125001）

電磁干擾原理及其濾波器的運(yùn)用模型

王 亮

（中國人民解放軍91245部隊(duì)，遼寧 葫蘆島 125001）

電磁干擾對通信信號傳輸?shù)母蓴_作用已受到共識，解決電磁現(xiàn)象造成的異常干擾是極為重要的，關(guān)系著用戶及設(shè)備通信傳輸?shù)陌踩煽啃?為了保證信息設(shè)備的安全運(yùn)行，避免電子或電力傳輸信號受到異常干擾.現(xiàn)分析了電磁干擾的基本原理，結(jié)合濾波器建立多功能的運(yùn)用模型，實(shí)現(xiàn)電磁干擾現(xiàn)象的有效控制.

電磁干擾；原理；濾波器；運(yùn)用模型

近年來電磁感應(yīng)對電纜信號傳輸?shù)母蓴_作用越來越明顯，在降低信號傳輸效率的同時也破壞了用戶信息的安全性.受于技術(shù)及設(shè)備條件的限制，企業(yè)處理電磁干擾問題的成效不夠突出，大部分通信設(shè)備及線路依舊面臨著干擾破壞.電磁干擾濾波器是一種抑制電磁干擾及電源線路中噪音的電子線路設(shè)備，將其用作干擾現(xiàn)象的防控裝置具有良好的抗干擾作用.

1 電磁干擾的原理

電磁干擾是自然界不可避免的電磁現(xiàn)象，與電磁效應(yīng)等理論研究共同被人們所熟知.本質(zhì)上來說，電磁干擾屬于電子噪音的一種，對電纜信號、信號強(qiáng)度等均有較大的干擾破壞作用.隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，技術(shù)專家開始深入研究電磁干擾問題，以掌握最新的抗干擾措施.

電磁干擾原理與其發(fā)生的三要素是緊密關(guān)聯(lián)的，包括干擾源、耦合路徑、接收器等，三要素共同產(chǎn)生了電磁干擾的破壞作用.結(jié)合電磁干擾三要素，其產(chǎn)生干擾現(xiàn)象的原理：①干擾源.干擾源是引起電磁波的主要來源，也是整個電磁干擾形成的最基本條件.通常電磁干擾的來源集中于微處理器、微控制器、傳送器等不同的元件，由干擾源產(chǎn)生電子噪音并逐漸擴(kuò)散.②耦合路徑.具備電磁干擾源條件之后，耦合路徑便是負(fù)責(zé)傳輸干擾的載體，不同路徑的電磁干擾程度是不一樣的.導(dǎo)線是電磁干擾最普遍的耦合載體，其面對高負(fù)荷工作狀態(tài)下產(chǎn)生電子噪聲，從而為電磁波傳播提供了空間.③接收器.干擾作用需要被電子或電氣設(shè)備接收才能完成，從原理上來說，電磁干擾僅少數(shù)電磁干擾是經(jīng)過射頻輻射接受感應(yīng)，其它均是利用接收器來感應(yīng)電磁波.

2 電磁干擾濾波器的應(yīng)用

工業(yè)科技改革背景下，許多先進(jìn)的抗電磁干擾設(shè)備或裝置得到推廣應(yīng)用，電磁干擾濾波器是常用的安全裝置.其核心功能是從電源線路、控制信號、電子噪音等方面加強(qiáng)防御，提高了電子設(shè)備的安全性能.此外，電磁干擾濾波器的功能就是保持電子設(shè)備的內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲不向外泄漏，同時防止電子設(shè)備外部的交流線路產(chǎn)生的噪聲進(jìn)入設(shè)備[1].考慮到電磁干擾對信息設(shè)備干擾的危害性，電力、通信、航空等多個領(lǐng)域開始研究新型的抗干擾措施，以降低信號傳輸期間面臨的傳輸風(fēng)險.電磁干擾濾波器是針對電磁干擾研制的新型設(shè)備，用其組建抗干擾模型可增強(qiáng)信號傳輸?shù)目煽啃?

電磁干擾濾波器通常由無源電子元件的網(wǎng)絡(luò)組成，這些元件包括電容和電感，它們組成LC電路.因?yàn)橛泻Φ碾姶鸥蓴_的頻率要比正常信號頻率高得多，所以電磁干擾濾波器是通過選擇性地阻攔或分流有害的高頻來發(fā)揮作用的.基本上，電磁干擾濾波器的感應(yīng)部分被設(shè)計作為一個低通器件使交流線路頻率通過.同時它還是一個高頻截止器件，電磁干擾濾波器的其他部分使用電容來分路或分流有害的高頻噪聲，使這些有害的高頻噪聲不能到達(dá)敏感電路[2].經(jīng)過該處理過程，電磁干擾能夠大范圍控制干擾電磁的傳輸，抑制了電磁噪聲帶來的不利影響.

3 基于濾波器應(yīng)用模型的語音信號抗干擾方法

近代計算機(jī)與信息技術(shù)的普及應(yīng)用，使數(shù)字信號成為了信息傳遞的先進(jìn)載體，大大改善了語言信號分配期間的傳輸效率.數(shù)字信號處理系統(tǒng)由大量的電子器件組成，根據(jù)電磁干擾原理可知，電子器件均有可能成為電磁干擾的來源.語音信號擺脫了文字、圖像、視頻等信息傳遞的操作難度，但遇到電子噪音則變得極不穩(wěn)定.利用電磁干擾濾波器建立抗干擾模型，能降低數(shù)字信號處理系統(tǒng)受危害的程度.本次從濾波器模型的硬件模塊、軟件模塊等兩方面分析語音信號抗干擾的措施.

3.1 硬件模塊

硬件是濾波器應(yīng)用模型的重要部分，可直接運(yùn)用于系統(tǒng)的操作控制，完成了信號的輸入、處理、傳輸、接收等主要工作.語音信號處理系統(tǒng)抗干擾處理需增強(qiáng)硬件模塊的改進(jìn)，根據(jù)詳細(xì)地硬件結(jié)構(gòu)采用濾波器加以防范.具體抗干擾技術(shù)：①線路干擾.電纜線路是傳輸信號的載體，總線與支線之間的有效連接才能保證信號處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性.一般情況下，總線結(jié)構(gòu)可選擇三態(tài)門形式進(jìn)行連接，防止設(shè)備在高壓或高電流條件下發(fā)生懸空，配合使用緩沖器可增強(qiáng)抗干擾能力.②串模干擾.配合硬件設(shè)備控制數(shù)字信號的串模干擾，如：調(diào)整電纜線路的結(jié)構(gòu)，調(diào)整導(dǎo)線截面面積的大小，改善電纜信號傳輸?shù)男?；選用高性能電磁兼容器件，徹底杜絕噪聲干擾；安裝濾波器抑制電磁干擾波及其它相連接的設(shè)備.③過濾處理.根據(jù)硬件模塊需要選擇電磁干擾濾波器，對電源、線路、元件等干擾現(xiàn)象及時進(jìn)行抑制.電子信息設(shè)備、計算機(jī)設(shè)備常遇到電網(wǎng)運(yùn)行中諧波的干擾，安裝濾波器起到了過濾干擾電波的作用，如圖1，為語音信號處理系統(tǒng)提供良好的運(yùn)行環(huán)境.

圖1 電磁干擾濾波器的應(yīng)用

3.2 軟件模塊

不同行業(yè)領(lǐng)域?qū)﹄姶鸥蓴_的定義略有不同，但其根本理論判斷結(jié)果是一致的，即“所有能夠中斷、阻礙、減弱、限制電氣、電子設(shè)備有效運(yùn)行的異常干擾.”電磁干擾的具體定義：船舶工程將電磁干擾確定為無用電磁信號對有用電磁信號造成的不利作用，尤其是信號發(fā)送、接收等環(huán)節(jié)的干擾；電力或通信工程把電磁干擾判斷為“電磁騷擾”，主要對象是信號設(shè)備、傳輸通道、通信系統(tǒng)等.電磁干擾濾波器的數(shù)字化設(shè)計可采用多種方法完成，如：程序判斷濾波法、中位值濾波法、算術(shù)平均濾波法、遞推平均濾波法等[3].參照本次研究的要求，采用程序判斷濾波法完成軟件模塊的設(shè)置，流程如圖2.

圖2 程序判斷濾波法的流程

編制科學(xué)的運(yùn)行模塊是發(fā)揮電磁干擾濾波器模型功能的基本條件，也是建立濾波器應(yīng)用模型的關(guān)鍵.本次軟件模塊的流程：語音信號首先經(jīng)過采樣/保持電路（S/H），送至模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后通過數(shù)字濾波器濾除其中的干擾信號，最后通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC）獲得語音信號輸出，經(jīng)過各裝置之間的配合運(yùn)行及時提供相關(guān)的過濾信號.設(shè)數(shù)字濾波器的輸入信號為X（n），輸出信號為Y（n），則輸入序列和輸出序列之間的關(guān)系可用差分方程表示，具體如下：

根據(jù)上述公式，輸入信號X（n）可以是語音信號經(jīng)采樣和ADC轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字序列，也可以是計算機(jī)的輸出信號；ak和bk均為系數(shù)，通過設(shè)置ak和bk可將DF設(shè)計成需要的帶通濾波器.按照公式設(shè)計各個模塊參數(shù)值的標(biāo)志性更高，從而增強(qiáng)了語音信號處理系統(tǒng)抵抗干擾的能力[4].基于電磁干擾濾波模型的軟件模塊，具有多方面的數(shù)字信號處理功能，添加數(shù)字化濾波器完成語音信號的過濾處理，顯著改善了信號處理系統(tǒng)的安全系數(shù).

3.3 電磁干擾的防范

3.3.1 安裝屏蔽設(shè)施.屏蔽器是一種常見的干擾抑制方式，通常安裝于各種設(shè)備的連接線路中.線路是連接各項(xiàng)設(shè)備運(yùn)行的媒介，也是電磁干擾形成的主要區(qū)域[5].利用屏蔽器件可顯著控制干擾波段的擴(kuò)散范圍，使電力設(shè)備內(nèi)外部線路正常運(yùn)行.此外，屏蔽技術(shù)在干擾發(fā)生之后，也能及時對電力設(shè)備或元器件實(shí)施隔離處理，降低電磁感應(yīng)的干擾程度.

3.3.2 選用濾波裝置.選擇適當(dāng)?shù)臑V波器裝置，能顯著改善電源的供電質(zhì)量以及電路的線性狀態(tài)，防止受到外在諧波及非線形因素的干擾.除了語音信號外，其它文字、圖像、視頻等信號也要與濾波器應(yīng)用模型相結(jié)合，應(yīng)選擇功能相匹配的濾波裝置進(jìn)行防控.如：保證濾波器處于工作頻段內(nèi)，符合電纜線路的負(fù)載要求，必要時選擇多級聯(lián)控制頻率干擾問題.

3.3.3 調(diào)整線路連接.大至外部連接的輔助設(shè)備，小至內(nèi)部的線路或元器件，通過改造均可起到良好的抗干擾作用.如：選用粗細(xì)適中的電纜連接，控制線內(nèi)信號傳輸?shù)男?；采用多功能電磁兼容器件，增?qiáng)設(shè)備抗電磁干擾的能力；安裝濾波器抑制電磁干擾波及其它相連接的設(shè)備.必要時擴(kuò)大導(dǎo)線之間的間距，導(dǎo)線之間相隔的距離越小，設(shè)備內(nèi)元器件被干擾的可能性越大.

3.3.4 抑制電源干擾.開關(guān)電源是電子設(shè)備的一個干擾點(diǎn)，導(dǎo)致信號傳輸系統(tǒng)內(nèi)壓失去均衡，出現(xiàn)了不同程度的頻率跳動現(xiàn)象.安裝濾波器后應(yīng)加強(qiáng)開關(guān)電源的干擾控制，常見的方法是“接地”，建立傳導(dǎo)通路達(dá)到抑制干擾的作用.如：把電源與大地之間形成接地，電路結(jié)構(gòu)至少具備一個接地條件，可防止磁感應(yīng)噪聲帶來的外界干擾.

3.3.5 建立監(jiān)測系統(tǒng).監(jiān)測是為了提前發(fā)現(xiàn)電磁干擾現(xiàn)象，防止語音、文字、數(shù)據(jù)等信號受到干擾破壞.建立智能化監(jiān)測系統(tǒng)防范電磁干擾，其核心功能是實(shí)時監(jiān)測異常電磁現(xiàn)象，并且發(fā)出報警信號提醒操作人員緊急處理.如：以計算機(jī)為操作平臺設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)，對捕捉到的數(shù)據(jù)信號自動化處理，再根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果分析干擾的可能性，發(fā)現(xiàn)異常情況及時告警.

4 結(jié)論

總之，針對電磁干擾造成的不利影響，企業(yè)需加強(qiáng)電氣電子設(shè)備的抗干擾改造措施，避免電磁現(xiàn)象引起的一系列危害.新型濾波器在結(jié)構(gòu)裝置方面實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化改進(jìn)，保證了通信電纜信號傳輸?shù)陌踩\(yùn)行.語音信號是系統(tǒng)通信的常見形式之一，也是電磁干擾的主要對象.結(jié)合電磁干擾濾波器的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計防御模型，并配備其它智能性的操控模塊，可全面提升濾波器抗電磁的作用.

〔1〕溫偉軍.淺析現(xiàn)代電氣電子設(shè)備常見的干擾問題[J].安全與電磁兼容，2011，16（8）：27-29.

〔2〕胡修林.電磁干擾濾波器的運(yùn)行原理與模型構(gòu)建分析[J].電子信息技術(shù)，2011，18（12）：35-37.

〔3〕易良棟.數(shù)字濾波器濾除電子測量系統(tǒng)中工頻及其諧波干擾的研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，31（10）：52-54.

〔4〕王義元.信號傳輸流程中電磁干擾的破壞及防范技術(shù)[J].中國科技信息，2010，29（16）：82-83.

〔5〕候在平.基于DSP的語音信號處理系統(tǒng)中的抗干擾技術(shù)[J].國外電子元器件，2011，17（13）：43-45.

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1673-260X（2012）09-0154-02