信息通信抗干擾接地設計研究

關鍵詞：信息通信；抗干擾接地；電磁干擾

中圖分類號：TN911.4；TN913.8 文獻標識碼：A

0 引言

在高速、高頻通信環(huán)境中，傳統(tǒng)的接地設計方法已經難以滿足當前的抗干擾需求。有效的接地設計需要綜合考慮電感、電阻、阻抗等多種因素，采用科學合理的方法進行優(yōu)化，以確保通信設備在復雜電磁環(huán)境中的可靠運行。此外，隨著物聯(lián)網、5G等新興技術的普及，對抗干擾接地設計提出了更高的要求。優(yōu)化信息通信抗干擾接地設計，不僅能提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力、保障通信質量，還能推動信息通信技術的進一步發(fā)展。

1 信息通信抗干擾接地設計相關技術規(guī)范要求

信息通信抗干擾接地設計是保障現(xiàn)代通信系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性的關鍵設計，在具體設計要求方面，《數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范》（GB 50174 — 2017）明確指出，通信系統(tǒng)的接地電阻應小于1 Ω，以有效降低雷擊及電力系統(tǒng)故障引起的瞬態(tài)電壓對設備的影響，要求接地系統(tǒng)應采用銅及鍍鋅鋼等具有高導電性、耐腐蝕的材料，以確保長期穩(wěn)定的接地效果。

在接地系統(tǒng)結構設計方面，《通信電源設備安裝工程驗收規(guī)范》（GB 51199 — 2016）規(guī)定，接地系統(tǒng)應具有良好的連續(xù)性，接地線的連接點需采用焊接或壓接的方式，確保連接牢固可靠，避免因接觸不良導致接地電阻增加、干擾信號引入的情況發(fā)生。對于多層建筑及大型機房，該標準建議采用綜合接地系統(tǒng)以及等電位連接的方法將各部分接地系統(tǒng)連為一體，降低各子系統(tǒng)之間的電位差，提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力[1]。對于等電位連接的技術細節(jié)，《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》（GB50343 — 2012）要求在信息系統(tǒng)的各個層面設置等電位連接網，將所有金屬構件、設備外殼及接地線等連接到等電位網絡中，防止因電位差引起的干擾損害。此外，《通信局（站）防雷與接地工程設計規(guī)范》（GB 50698 — 2011）也指出，對于高頻通信設備，建議采用多點接地方式，以更有效地抑制高頻干擾信號，接地導線的布線應盡量短而直，避免形成大環(huán)路，從而減少感應電動勢的產生[2]。信息通信抗干擾接地設計需要嚴格遵循上述技術規(guī)范，使系統(tǒng)整體的抗干擾能力和可靠性得到顯著提升，為通信設備的穩(wěn)定運行提供堅實的保障。

2 信息通信抗干擾接地系統(tǒng)組成

信息通信抗干擾接地系統(tǒng)主要包括接地電極、接地干線、接地支線和連接裝置等組件。

（1）接地電極。本系統(tǒng)接地電極采用銅質材料，橫截面積為18 mm²，長度為2.5 m，埋設于地下，與土壤接觸良好，接地電極的布置方式符合《數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范》（GB 50174 — 2017）的要求，保證低阻抗路徑的形成[3]。

（2）接地干線。接地干線是將接地電流從設備引導至接地電極的主要通道，本系統(tǒng)接地干線采用銅質材料，橫截面積為30mm²，干線的導電性能及抗腐蝕能力良好。接地干線采用短直布線，能夠有效避免環(huán)路、尖角，最大限度地減少電磁干擾的產生。接地干線的安裝采用壓接方法，能夠充分確保連接點的牢固性。

（3）接地支線。接地支線用于將各個設備連接至接地干線，本系統(tǒng)依據(jù)設備的功率和抗干擾需求，選用的接地支線橫截面積為20mm²，支線與設備的連接需牢固可靠，設備外殼、電纜屏蔽層和接地系統(tǒng)的連接良好[4]。

（4）連接裝置。連接裝置是整個接地系統(tǒng)的關鍵組件，裝置包括接地端子、接地匯流條和等電位連接帶結構。系統(tǒng)所選擇的接地端子充分考慮了導電性能及機械強度；接地匯流條則用于將多個接地點匯聚，確保等電位連接，其主要采用銅質材料，橫截面積為30mm²；等電位連接帶用于將建筑物內的各種金屬結構及設備外殼連接至接地系統(tǒng)，確保各部分電位一致，防止因電位差引起的干擾[5]。

3 信息通信抗干擾接地設計細則

3.1 接地線阻抗降低設計

在電子通信工程中，抗干擾接地設計至關重要。接地線阻抗是影響電勢差的重要因素之一，因此有效控制接地線阻抗是提升信息通信穩(wěn)定性的關鍵[6]。在交流條件下，接地線阻抗的計算公式：

根據(jù)式（2）可知，直流條件下接地線的橫截面積和電流會影響接地線的電阻抗，增大接地線的橫截面積可以顯著降低阻抗。

結合式（1）和式（2）可以發(fā)現(xiàn)，接地導線的橫截面積是影響接地線阻抗的關鍵因素。因此，在本抗干擾接地設計中使用橫截面積較大的銅質接地線，以顯著降低接地線的阻抗，并且接地導線的布線應盡量短直，避免形成環(huán)路，以減少電磁干擾。

3.2 接地環(huán)路干擾控制設計

如圖1所示，接地環(huán)路干擾控制設計中的多接地點，在對接地線阻抗的過程中經常會發(fā)生環(huán)路問題，特別是當電容經過大量電流時，會導致接地線回路故障，在接地時產生大量電壓，影響通信質量。此外，地線中的電流通過時也會產生電磁感應效應，增加電磁干擾的風險，因此接地系統(tǒng)設計必須有效控制環(huán)路問題。

為了降低接地線阻抗，減少環(huán)路干擾，本系統(tǒng)設計采取了以下措施。首先，增大接地線的橫截面積。根據(jù)式（2）可知，通過增大橫截面積可以顯著降低接地線阻抗。本系統(tǒng)設計使用橫截面積為30 mm² 的銅質導線作為接地干線，其導電性能優(yōu)越，抗腐蝕能力也較為理想。

其次，為控制電磁干擾，利用光耦合器及限流設備有效隔離了電磁場干擾，光耦合器使用光信號傳遞電流，避免了輸入、輸出兩側產生直接的電氣連接，減少了電磁干擾的可能性，限流設備則控制通過接地線的電流，降低電磁感應的影響。

3.3 屏蔽線接地設計

屏蔽線的接地應滿足以下條件：①接地電阻應小于1Ω；②對于屏蔽線的接地點選擇，應避免與高電流設備共用接地點，以減少電磁干擾。屏蔽線應盡量采用單點接地方式，并在需要時根據(jù)實際情況采用多點接地，但必須確保各接地點的等電位連接，以避免形成接地回路。因此，本系統(tǒng)設計具體指標如下：接地電阻采用FLUKE 1625 接地電阻測試儀（圖2）進行測試，確保測得的接地電阻值符合設計要求。在接地線材質選擇上，使用橫截面積為30 mm² 的多股銅線，對于長距離傳輸?shù)钠帘尉€，每隔50 m 設置一個等電位連接點，并使用防水接頭以確保接點的可靠性。在布線過程中，為了避免屏蔽線與電源線平行鋪設，屏蔽線應采用屏蔽套管進行保護，屏蔽套管的接地電阻與屏蔽線接地點的接地電阻一致。同時，在布線工作中，使用高精度接地電阻測試儀進行多次測量，確保每個接地點的接地電阻均在0.1Ω 以內，從而實現(xiàn)各接地點的電位一致性。

為了進一步提高接地系統(tǒng)的抗干擾性能，系統(tǒng)在屏蔽線接地點附近安裝了浪涌保護器（surgeprotection device，SPD），以期消化瞬態(tài)電壓對通信設備的影響，在SPD 選型方面，本文選擇響應時間小于25 ns、泄放電流不小于20 kA 的OBV2-40/4P SPD。

3.4 對點精準接地設計

在電子通信工程中，對點精準接地設計能夠有效控制電線阻抗，避免電線阻抗干擾對通信設備運行的影響。對于高頻電路，由于電感效應顯著，通過對點精準設計，能夠顯著減少導線長度，從而降低電感引起的干擾。在低頻電路中，電阻則是主要影響因素，通過對點精準設計，可以有效控制電阻值。

為減少電感值，應盡量縮短導線長度，并且使用較粗的導線。因此，在實際設計中，采用橫截面積為30 mm² 的多股銅線，以確保較低的電感值。

對于低頻電路，電阻則是主要干擾因素。由式（2）可知，通過縮短導線長度和增大橫截面積，可以有效降低電阻值。

在對點精準接地設計中，仍要考慮以下3個細節(jié)指標：①接地點的選擇，應避開電流大、干擾強的區(qū)域；②導線材質應選擇高導電性的銅線；③接地線應采用單點接地方式，并確保接地點的電位一致。

綜上，對點精準接地設計應綜合考慮電感、電阻等因素，本系統(tǒng)采用標準化設計手段，確保了接地系統(tǒng)的可靠性及抗干擾性能，從而確保了通信工程的穩(wěn)定性。在實際設計過程中，仍需進一步靈活調整對點精準接地設計，充分發(fā)揮相關設備的抗干擾性能，以確保通信設備高效穩(wěn)定地運行。

4 結語

本文系統(tǒng)地探討了抗干擾接地設計的各個方面，提出了具體的設計方案及優(yōu)化措施，以期能夠為現(xiàn)有通信系統(tǒng)提供有效的解決方案，為未來的通信技術發(fā)展奠定了堅實的基礎。信息通信抗干擾接地設計是一項具有重要現(xiàn)實意義的研究方向，需要持續(xù)關注，希望未來能夠有更多的學者和工程師參與到這一領域的研究中，共同推動信息通信技術的持續(xù)進步。