电磁兼容技术在电信局域网中的应用

2006-05-07 15:50:07来源: 电子技术应用

电信局域网中电磁干扰的解决实例,研究了电信局域网中电磁兼容的原理,介绍抑制电磁干扰的一般方法。

电磁兼容EMC(Electromagnetic compatibility)是在研究电磁干扰EMI(Electromagnetic Interference)的基础上发展起来的学科。随着各种电子设备的日益广泛应用,电磁兼容控制技术的研究已经成为一门新兴研究课题。移动通信近十年的迅速发展,各种无线新设备的的不断采用,使电路干扰发生的频率与危害亦随之加大。本文结合深圳移动通信公司的电磁干扰实例谈谈电磁兼容控制技术在电信局域网中的应用。

1 电信局域网中电磁兼容控制技术的应用

1.1 电磁兼容的有关概念

电磁兼容是指处在同一电磁环境中的某设备,不会因其他设备的电磁发射而导致使用降级,同时也不会因为该设备的电磁发射,使得同一电磁环境中的其他设备导致使用降级。

电磁兼容是在研究电磁干扰的基础上发展起来的学科。电子设备的使用必然会带来电磁干扰,而电磁兼容性的目的就是使在同一环境中的电子设备相互兼容,协调使用,使得各个电子设备电磁发射限制在合理的范围内而不致影响其功能,同时又使各个设备具有较强的抗干扰能力,功能得到充分发挥。

1.2 电磁干扰的来源

构成电磁干扰必须具有三要素,即干扰源、干扰传播途径和敏感设备。干扰源的分类按照干扰形式区分,可分为自然干扰源和人为干扰源;按照来源区分,可以分为内部干扰和外部干扰。

内部干扰指电子设备内部器件的相互干扰,包括电源线通过设备的干扰或者是电源线、地线、传输线相互耦合而产生的干扰,同时亦包括系统器件的发热或耦合等原因而对其他器件造成的干扰。

外部干扰是电子设备或系统外的因素对系统所造成的电磁干扰,包括电源线的绝缘漏电而造成的干扰或者是空间电磁波造成的干扰等,此外还包括电网变压器的电磁干扰以及由温度引起的电磁干扰等。

电磁干扰的传递途径可以以漏电或者耦合形式通过绝缘介质(包括空气等)来传播,可分为传导传输方式和辐射传输方式,在耦合方式上可分为传导耦合和辐身耦合两种方式。具体干扰传输形式与干扰源的频率和被干扰物的形状有关。

2 电磁干扰实例

深圳移动通信公司的移动客户中心是我省较早投入使用的客户系统。在进行扩容工程后,采用了华为公司移动客户平台系统,在新的系统投入使用后,发现原有的18个座席发生严重的杂音。其布局如图1所示,此18个座席与其余座席有如下的区别:

(1)两排座席间有三组电源线通过,同时与信号线的距离较近;

(2)此18个座席是由一台6kVA的SANTAK的UPS供电,同时其余座席由有油机保证的市电直接供电。

经过分析判断,可能产生干扰的原因如下:

(1)UPS的交流380V进线电缆的电磁场由空间耦合而对座席的信号线所产生的电磁干扰;

(2)UPS的交流220V出线电缆的电磁场由空间耦合而对座席的信号所产生的电磁干扰;

(3)18个座席的接地不好,使得谐波及漏电流的滤除不好,从而产生干扰;

(4)座席终端存在内部干扰,使电磁干扰难以避免;

(5)UPS输出本身存在大量音频段谐波分量,发生干扰;

(6)信号线等级及屏蔽达不到要求,使得空间电磁波对设备干扰不可避免。

针对上述可能的干扰原因,对座席终端进行了如下的试验:

(1)将UPS的进线380V电缆供电切断,同时以电池供给座席终端,测试此18个座席 的干扰情况依旧;

(2)在UPS 380V交流进线与220V交流出线正常供电情况下,将此18个座席由其他市电引来而非由UPS来供电,结果发现无杂音;

(3)将其他正常座席的终端移至此18个座席,结果发现杂音情况依旧;同时,将此18个座席终端移至其他的座席位置,杂音不存在。

由上述的试验可见,干扰的发生是和电源紧密相关的,和座席终端或者音频电路无关;同时与380V电缆的电磁干扰关系亦不大。由此可见,干扰的发生与UPS电源紧密相关,因此又进行UPS输出端的传导干扰实验。

以HP8591 EMC分析仪进行谐波分析,从干扰频谱图可以看出,UPS输出端的频率干扰在101dBuV。而根据华为公司提供的标准,在900kHz时的限制值应为79dBuV。这样,干扰值远远超出了输出的限制值。由此可见,UPS的输出干扰是产生杂音的主要来源。

控制电磁干扰通常采用控制干扰源和电磁屏蔽两种方法。针对上述实例可以得出:采用滤波抑制的方法是最直接有效的方法。

为此,采用常州坚利厂DL-20T1EMI专用低通滤波器来解决此问题,其滤波范围在几十kHz~几十MHz。将这2个低通滤波器分别回在UPS的输出端,如图1所示,经过测试后,证实杂音消失,干扰问题得以解决。

3 电磁兼容控制的一般方法

电磁兼容的控制是一项系统工程,应当在系统的设计、研制、规划等各个方面加以考虑,具体可以采取组织管理措施与技术措施两方面的方法。组织管理包括频率管理及时间空间分离等方面的原则。由于本文主要讨论电信局域网中的电磁干扰抑制问题,故只从技术的角度针对上述具体问题加以阐述。电信局域网中电磁兼容的技术措施,可以分为抑制和导电磁干扰两大类。

3.1 电信局域网中抑制电磁干扰的措施

(1)接地

接地是为了给电路系统提供一个统一良好的电位参考点,同时可为高频电流、静电及雷电电流提供电气泄放通路以保证设备安全。在电信局域网中可以采取下列几种接地方法:

·根据机房的不同条件和具体设备的要求而选择单点接地、多点接地以及混合接地。单点接地是指电气系统中只存在一个接地点,其他设备的接地均直接连到这一点上;多点接地是指将同一系统的不同接地点均连接到同一个接地面上。此外,为了防止高频干扰,尚有混合接等。一般而言,在电信局域网中系统应以单点接地为好,这是为了使系统电位统一,同时不致于在接地回路中形成“环流”。但是具体的设备不同,接地方式亦不同。

·为了抑制电磁干扰可以将铠装电缆的屏蔽层两端接地,使得漏电流得到泄放,同时使整个接地回路的电位相同。

·在电缆槽及其它电力引入体上进行连续接地,以形成统一的接地电位。

(2)屏蔽

屏蔽的目的就是限制设备内部的辐射泄漏出该区域,同时亦防止外来辐射进入该区域。电信网中的屏蔽主要指电磁屏蔽,即防止交变电磁场对电信设备的影响。对于电信局域网中的屏蔽,应当考虑的不仅是电缆的进线屏蔽,同时也应对信号线的屏蔽做出要求,不同场合信号线的选择也是解决电磁干扰的重要方面。在选择信号线缆材料时,应先根据用户要求及环境情况考虑传输能力和抗干扰能力,再考虑线缆的经济因素。表1中列出了目前常用线缆的抗干扰能力的参考值。

表1 常用线缆抗干扰能力参考值

线  缆  类  型 抗干扰度
UTP电缆(无屏蔽层) 40dB
FTP电缆(纵包铝箔) 85dB
SFTP电缆(纵包铝箔、加铜编织网) 90dB
STP电缆(每对芯线和电缆线包铝箔、加铜编织网) 98dB

上述各种电缆价格依次增高,具体选用的方式应符合《信息技术设备抗干扰度限值和测量方法》(GB/T17618-1998,idt:CISPIR24:1997)中的有关规定,根据选用等级分别选用上述的几种缆线系统及相应屏蔽设备。对于一个屏蔽系统,良好的接地是达到屏蔽效果的基础,同时要求屏蔽体的两端接地,产保持屏蔽的连续性。对于屏蔽系统的地阻要求小于1Ω

电信局域网的屏蔽除做好上述措施外,在设计及布线旋工中亦应严格按照规范执行,因为信号缆线和电力线的距离与干扰的程度有很大关系。具体要求可以参考有关规范。

3.2 电信局域网中疏导电磁干扰的措施

电力引入线路中,非工频成分所点比得往往较大,有时甚至接近或超过工频成分,这是一个重要的干扰源。这样,抑制疏导非工作频率的电气成分便成为一个重要的工作,因为这直接影响系统中干扰的大小。滤波就是抑制疏导其他非工作频率成分,从而达到控制电磁兼容的目的。

滤波通常用滤波器的方式来进行,滤波器分为信号选择滤波器和电磁干扰滤波器两大类。在电信局域网中电源线往往是电磁干扰出入电子设备主要途径,因此,这里就电源EMI滤波器的情况加以说明:电源线上的干扰模式有差模干扰和共模干扰两种方式。一般,火线与零线间的干扰为差模干扰,通常在200Hz以下的干扰成份中占主导成份;而火线与地线,零点与地线间的干扰共模干扰,通常在1MHz的干扰成份中占主要成份。因而不同的滤波器抑制上述两种干扰的能力也不同。滤波器抑制共模干扰和差模干扰的能力通常以共模波器时的干扰波形来选择滤波器的基本参数,然后根据应用的温度范围、通流量、环境条件等方面对滤波器进行选择,上例中对电源滤波器的选择便是一个明显的例子。

3.3 电信局域网中控制电磁兼容的其他方法

电信局域网中控制电磁兼容的方式除了上述方法外,尚有频率管理、电气隔离等方法。同时,在网络设计、设备选型时就应考虑电磁兼容的问题,做到在系统规划设计阶段就能准确预测电磁兼容的情况,从而实现电磁兼容控制上的防患于未然。

电磁兼容的解决是一个综合性的问题。电信局域网中由于设备众多,电磁兼容性问题成为必须要考虑的一个重要方面;同时随着网络技术的快速发展,使得无线网络中设备的更新换代速度大大加快,这样就更增加了电磁干扰发生的可靠性。针对这种情况,在整个网络的设计之初就应将电磁兼容的控制问题作为网络设计的一个重要方面加以考虑,同时加强与各个相关专业技术人员的协作,共同谋求以最简捷的方法解决电磁干扰问题。

关键字:电磁兼容  技术  电信  电信局

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