中波發(fā)射臺(tái)高頻干擾機(jī)制及抗干擾措施

廈門廣播電視集團(tuán)發(fā)射中心 蔡乃軍

中波發(fā)射臺(tái)存在著很強(qiáng)的高頻干擾，現(xiàn)機(jī)房發(fā)射機(jī)均為DAM、PDM固態(tài)機(jī)，信號(hào)傳輸、控制設(shè)備等都是低壓電子設(shè)備，如果不解決干擾問題，將影響著發(fā)射設(shè)備的安全播出。本文對(duì)中波廣播發(fā)射臺(tái)存在的干擾進(jìn)行分析，并對(duì)實(shí)際電路進(jìn)行詳細(xì)分析，提出解決方案，希望中波發(fā)射臺(tái)技術(shù)人員可以從中得到啟發(fā)。

1 中波發(fā)射臺(tái)設(shè)備受干擾的原因分析

電磁干擾（EMI）的產(chǎn)生必須同時(shí)具備干擾源、干擾傳播途徑、被干擾設(shè)備等要素。三個(gè)要素缺少任何一項(xiàng)干擾都不會(huì)產(chǎn)生。

1.1 干擾源

指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或者信號(hào)。對(duì)于中波發(fā)射臺(tái)來說，干擾源主要是高頻輻射干擾。

1.2 干擾途徑及方式

指從干擾源傳播到被干擾設(shè)備的通路或介質(zhì)。通常的干擾路徑一般是通過導(dǎo)線（傳導(dǎo)）和空間（輻射）傳播的。由于進(jìn)入設(shè)備的干擾路徑不同，其干擾的形式及產(chǎn)生的影響也就不同，例如輻射干擾、耦合干擾、共地或共電源干擾和傳導(dǎo)干擾等等。傳播干擾途徑也可能幾種同時(shí)存在，例如由接地導(dǎo)線引入的干擾，可能同時(shí)有輻射干擾（接地線比較長且細(xì)的）、耦合干擾（接入線長且與其他大脈沖電流的導(dǎo)線靠得太近）、共地干擾（系統(tǒng)接地不良或接地系統(tǒng)不合理）。

1.3 被干擾設(shè)備

指容易被干擾的對(duì)象。例如：較長的輸入引線部件，單片機(jī)，數(shù)字集成IC，A/D、D/A轉(zhuǎn)換器，邏輯控制電路等。

2 解決高頻干擾的辦法

針對(duì)不同的干擾途徑、干擾的方式、被干擾設(shè)備，應(yīng)當(dāng)采取不同的抗干擾措施。具體來說，就是要抑制干擾源、切斷干擾傳播的路徑、提高元器件或設(shè)備的抗干擾能力等。

2.1 抑制干擾源

在不影響原電路功能的前提，盡可能的減小干擾源的電壓變化率和電流變化率。減小干擾源的電壓變化率主要是通過在干擾源兩端并聯(lián)電容來實(shí)現(xiàn)。例如采用RC串聯(lián)電路并接在繼電器 接點(diǎn)兩端做為火花抑制電路，電路一般選擇幾kΩ到幾十KΩ的電阻，電容大約選擇0.01uF左右，這樣可以減小電火花的影響；在帶電機(jī)的電路中加濾波電路，電容和電感的引線盡量短；在緊靠集成電路電源引腳處并接一個(gè)0.01μF～0.1μF高頻電容下地，用來減小電源引入的對(duì)集成電路的干擾影響；在可控硅電路中，為了減小噪聲嚴(yán)重時(shí)擊穿可控硅，在其兩端并接RC抑制電路。

減小干擾源的電流變化率則是在干擾源回路串聯(lián)電感或電阻以及增加續(xù)流二極管來實(shí)現(xiàn)。例如在繼電器線圈兩端加續(xù)流二極管，消除當(dāng)斷開線圈時(shí)，繼電器線圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)干擾。對(duì)于高頻電容的接線，應(yīng)盡量接近電源端并選擇粗短型的，否則等于增大了電容的等效串聯(lián)電阻，這樣會(huì)影響濾波效果。還有導(dǎo)線連接時(shí)折角應(yīng)有點(diǎn)弧度，不能為直角，這樣可以減少高頻噪聲輻射干擾。（隋曉紅.數(shù)字電路的抗干擾設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)電,2004(3):23-25）

最后，對(duì)干擾源進(jìn)行良好的屏蔽與接地處理，可以大大減小其向外輻射和傳導(dǎo)的強(qiáng)度。

2.2 切斷干擾路徑

當(dāng)高頻干擾源的噪聲和有用信號(hào)的頻帶是不一樣的，可以通過接入濾波器的辦法來切斷高頻干擾源的傳播。良好的屏蔽與接地措施，也是阻斷輻射型干擾的有效辦法。

電源作為所有設(shè)備的公共連接，同時(shí)也是干擾噪聲傳播的公共通道，其危害是巨大的。因此，應(yīng)該在每臺(tái)設(shè)備的交流輸入口加裝電源濾波器，以隔斷電網(wǎng)與設(shè)備之間的相互干擾與沖擊。

在接收端電路的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上，使用對(duì)地低阻抗設(shè)計(jì)，有利于大幅度降低輻射型干擾信號(hào)的幅度，提高信噪比。

2.3 提高元器件和設(shè)備的抗干擾性能

常見措施有：（1）使用帶屏蔽層的電纜，且用平衡傳輸方式來傳輸信號(hào)，把存在的干擾信號(hào)化為共模干擾并去除；（2）在電路中，集成電路的閑置端在不改變系統(tǒng)邏輯的情況下不要懸空，應(yīng)接地或接電源；（3）電源線和地線要貼地或貼機(jī)殼，盡量避免架空，且盡量粗短。除了減小電阻、減小電磁耦合外，也是要降低對(duì)地高頻電抗；（4）集成電路器件直接焊在電路板上，盡量少用IC座；（5）特別敏感的器件可以考慮加裝屏蔽盒，并對(duì)所有進(jìn)出端加裝濾波抗干擾電路。（隋曉紅.數(shù)字電路的抗干擾設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)電,2004(3):23-25）

下面通過幾個(gè)實(shí)例來說明具體的抗干擾措施。

3 實(shí)例分析及解決辦法

3.1 故障案例1

上海明珠生產(chǎn)的DAM10KW機(jī)，經(jīng)常出現(xiàn)駐波故障報(bào)警亮紅燈，而且是經(jīng)常網(wǎng)絡(luò)和負(fù)載駐波一起報(bào)警。報(bào)警控制電路如圖1所示。

圖1 報(bào)警控制電路圖

圖2 一階RC濾波器性能

故障檢測(cè)信號(hào)經(jīng)R7輸入到比較器N1，該信號(hào)幅度達(dá)到設(shè)定值（由R15調(diào)整設(shè)定）以上時(shí)，輸出低電平報(bào)警。

經(jīng)仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)，電路中的故障檢測(cè)信號(hào)連接到R7之前，有一段較長的引線，可能引入了本臺(tái)發(fā)射的中波高頻信號(hào)干擾。用示波器觀察，果然發(fā)現(xiàn)R7左邊輸入的信號(hào)波形中，除了其本身的直流成分外，疊加了幅度為幾百毫伏的調(diào)幅波，峰值隨著調(diào)制音頻變化著，因此N1會(huì)輸出誤報(bào)警信息。示波器波形如圖3所示：

圖3 示波器波形

故障分析與解決：

圖1所示的信號(hào)輸入回路中，R7、R10與C17組成的一階RC濾波，理應(yīng)可以濾除中波頻率的干擾。

回顧一階RC濾波器性能，如圖2所示。

設(shè)RC濾波器的輸入信號(hào)周期為T，頻率為f，則f=1/T

由圖2中右邊所示的傳輸幅頻特性曲線A(f)可知，當(dāng)T》2πτ時(shí)，A(f)≈1，基本上沒有衰減效果；而當(dāng)T《2πτ時(shí)，A(f)≈0，有很好的衰減效果。

本例中，考慮的是中波高頻信號(hào)的干擾，中波廣播頻段為0.535MHz～1.605MHz，平均頻率約1MHz，周期約T≈1us。

原電路圖1中，R7為24Ω，C17為2nF，R10應(yīng)與R7并聯(lián)后作為RC濾波器的”R”，本例中因?yàn)镽10》R7，故忽略R10的影響。此電路的RC時(shí)間常數(shù)τ=0.048μs，2πτ=0.3us《T，因此A(f)→1，造成干擾信號(hào)就很容易通過。

于是將原來故障檢測(cè)來的輸入電阻R7由原來的24Ω換成51Ω，將濾波電容C17加大到220nF，RC時(shí)間常數(shù)τ=11.2μs，2πτ≈70us》T，因此A(f)→0，干擾信號(hào)就被阻擋，不能通過。

3.2 故障案例2

DAM10KW機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)欠激勵(lì)故障，剛開始懷疑是A17射頻激勵(lì)板故障，經(jīng)檢查激勵(lì)板輸出正常，后經(jīng)電路分析，判斷可能是原電路（圖4）也是由于信號(hào)端受中波高頻干擾引起的，于是并接了一個(gè)電阻R1和電容C1，組成τ=50us的一階RC濾波器，增加抗高頻干擾能力（圖5），故障排除。

圖4 原電路圖

圖5

3.3 故障案例3

上海3KW PDM機(jī)每次關(guān)機(jī)時(shí)，出現(xiàn)功放故障亮紅燈，需人工復(fù)位后正常，經(jīng)電路分析，判斷可能是由于關(guān)機(jī)瞬間在故障信號(hào)監(jiān)測(cè)端口產(chǎn)生了一個(gè)尖脈沖干擾所造成，該干擾信號(hào)脈沖觸發(fā)功放檢測(cè)電路，使得控制板U1B輸出高電平，造成功放亮紅燈。電路改造為如圖6，并接一個(gè)電容C1(虛線處)下地，組成由R174、R175和C1構(gòu)成的RC濾波器，τ≈47us，有效濾除了關(guān)機(jī)瞬間干擾脈沖。

圖6 電路改造圖

3.4 故障案例4

2014年新機(jī)房搬遷時(shí)，綜合監(jiān)視屏幕墻的顯示圖像，在發(fā)射機(jī)開機(jī)后有很強(qiáng)的中波網(wǎng)紋干擾，發(fā)射機(jī)關(guān)機(jī)后消失，如圖7所示：

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查研究后發(fā)現(xiàn)，機(jī)房接地母線的線排寬度只有3cm，且監(jiān)測(cè)視頻信號(hào)源是VGA模擬信號(hào)，而且從視頻信號(hào)源到屏幕墻的長度達(dá)20米，這些可能是造成網(wǎng)紋干擾的原因。

改進(jìn)措施是把接地銅皮原寬3cm改為20cm，而且將VGA線纜的路徑改成更加直接，原長度20米縮短到10米。改進(jìn)后圖像質(zhì)量大大改善，如圖8所示。

圖7

圖8

究其原因，主要是因?yàn)闄C(jī)房內(nèi)部存在較強(qiáng)的中波高頻信號(hào)干擾，VGA線纜雖然帶外屏蔽層，但畢竟是不平衡傳輸?shù)耐S方式，長度太長了天線接收效應(yīng)也更明顯；同時(shí)高頻接地改善了以后使干擾信號(hào)的幅度進(jìn)一步降低了。（何連成.信號(hào)傳輸?shù)母蓴_機(jī)制和抗干擾措施[C]//2007全國廣播電視技術(shù)論文集2,2007）

4 結(jié)語

工作中，常會(huì)遇到的一些“軟故障”現(xiàn)象——時(shí)好時(shí)壞難于確定故障部位，這類現(xiàn)象除接觸不良外，很大可能是存在高頻干擾，不妨可以按照本文所提供的思路去分析解決。