电磁干扰原理及其滤波器的运用模型

王 亮

（中国人民解放军91245部队，辽宁 葫芦岛 125001）

电磁干扰原理及其滤波器的运用模型

王 亮

（中国人民解放军91245部队，辽宁 葫芦岛 125001）

电磁干扰对通信信号传输的干扰作用已受到共识，解决电磁现象造成的异常干扰是极为重要的，关系着用户及设备通信传输的安全可靠性.为了保证信息设备的安全运行，避免电子或电力传输信号受到异常干扰.现分析了电磁干扰的基本原理，结合滤波器建立多功能的运用模型，实现电磁干扰现象的有效控制.

电磁干扰；原理；滤波器；运用模型

近年来电磁感应对电缆信号传输的干扰作用越来越明显，在降低信号传输效率的同时也破坏了用户信息的安全性.受于技术及设备条件的限制，企业处理电磁干扰问题的成效不够突出，大部分通信设备及线路依旧面临着干扰破坏.电磁干扰滤波器是一种抑制电磁干扰及电源线路中噪音的电子线路设备，将其用作干扰现象的防控装置具有良好的抗干扰作用.

1 电磁干扰的原理

电磁干扰是自然界不可避免的电磁现象，与电磁效应等理论研究共同被人们所熟知.本质上来说，电磁干扰属于电子噪音的一种，对电缆信号、信号强度等均有较大的干扰破坏作用.随着科学技术的快速发展，技术专家开始深入研究电磁干扰问题，以掌握最新的抗干扰措施.

电磁干扰原理与其发生的三要素是紧密关联的，包括干扰源、耦合路径、接收器等，三要素共同产生了电磁干扰的破坏作用.结合电磁干扰三要素，其产生干扰现象的原理：①干扰源.干扰源是引起电磁波的主要来源，也是整个电磁干扰形成的最基本条件.通常电磁干扰的来源集中于微处理器、微控制器、传送器等不同的元件，由干扰源产生电子噪音并逐渐扩散.②耦合路径.具备电磁干扰源条件之后，耦合路径便是负责传输干扰的载体，不同路径的电磁干扰程度是不一样的.导线是电磁干扰最普遍的耦合载体，其面对高负荷工作状态下产生电子噪声，从而为电磁波传播提供了空间.③接收器.干扰作用需要被电子或电气设备接收才能完成，从原理上来说，电磁干扰仅少数电磁干扰是经过射频辐射接受感应，其它均是利用接收器来感应电磁波.

2 电磁干扰滤波器的应用

工业科技改革背景下，许多先进的抗电磁干扰设备或装置得到推广应用，电磁干扰滤波器是常用的安全装置.其核心功能是从电源线路、控制信号、电子噪音等方面加强防御，提高了电子设备的安全性能.此外，电磁干扰滤波器的功能就是保持电子设备的内部产生的噪声不向外泄漏，同时防止电子设备外部的交流线路产生的噪声进入设备[1].考虑到电磁干扰对信息设备干扰的危害性，电力、通信、航空等多个领域开始研究新型的抗干扰措施，以降低信号传输期间面临的传输风险.电磁干扰滤波器是针对电磁干扰研制的新型设备，用其组建抗干扰模型可增强信号传输的可靠性.

电磁干扰滤波器通常由无源电子元件的网络组成，这些元件包括电容和电感，它们组成LC电路.因为有害的电磁干扰的频率要比正常信号频率高得多，所以电磁干扰滤波器是通过选择性地阻拦或分流有害的高频来发挥作用的.基本上，电磁干扰滤波器的感应部分被设计作为一个低通器件使交流线路频率通过.同时它还是一个高频截止器件，电磁干扰滤波器的其他部分使用电容来分路或分流有害的高频噪声，使这些有害的高频噪声不能到达敏感电路[2].经过该处理过程，电磁干扰能够大范围控制干扰电磁的传输，抑制了电磁噪声带来的不利影响.

3 基于滤波器应用模型的语音信号抗干扰方法

近代计算机与信息技术的普及应用，使数字信号成为了信息传递的先进载体，大大改善了语言信号分配期间的传输效率.数字信号处理系统由大量的电子器件组成，根据电磁干扰原理可知，电子器件均有可能成为电磁干扰的来源.语音信号摆脱了文字、图像、视频等信息传递的操作难度，但遇到电子噪音则变得极不稳定.利用电磁干扰滤波器建立抗干扰模型，能降低数字信号处理系统受危害的程度.本次从滤波器模型的硬件模块、软件模块等两方面分析语音信号抗干扰的措施.

3.1 硬件模块

硬件是滤波器应用模型的重要部分，可直接运用于系统的操作控制，完成了信号的输入、处理、传输、接收等主要工作.语音信号处理系统抗干扰处理需增强硬件模块的改进，根据详细地硬件结构采用滤波器加以防范.具体抗干扰技术：①线路干扰.电缆线路是传输信号的载体，总线与支线之间的有效连接才能保证信号处理系统的稳定性.一般情况下，总线结构可选择三态门形式进行连接，防止设备在高压或高电流条件下发生悬空，配合使用缓冲器可增强抗干扰能力.②串模干扰.配合硬件设备控制数字信号的串模干扰，如：调整电缆线路的结构，调整导线截面面积的大小，改善电缆信号传输的效率；选用高性能电磁兼容器件，彻底杜绝噪声干扰；安装滤波器抑制电磁干扰波及其它相连接的设备.③过滤处理.根据硬件模块需要选择电磁干扰滤波器，对电源、线路、元件等干扰现象及时进行抑制.电子信息设备、计算机设备常遇到电网运行中谐波的干扰，安装滤波器起到了过滤干扰电波的作用，如图1，为语音信号处理系统提供良好的运行环境.

图1 电磁干扰滤波器的应用

3.2 软件模块

不同行业领域对电磁干扰的定义略有不同，但其根本理论判断结果是一致的，即“所有能够中断、阻碍、减弱、限制电气、电子设备有效运行的异常干扰.”电磁干扰的具体定义：船舶工程将电磁干扰确定为无用电磁信号对有用电磁信号造成的不利作用，尤其是信号发送、接收等环节的干扰；电力或通信工程把电磁干扰判断为“电磁骚扰”，主要对象是信号设备、传输通道、通信系统等.电磁干扰滤波器的数字化设计可采用多种方法完成，如：程序判断滤波法、中位值滤波法、算术平均滤波法、递推平均滤波法等[3].参照本次研究的要求，采用程序判断滤波法完成软件模块的设置，流程如图2.

图2 程序判断滤波法的流程

编制科学的运行模块是发挥电磁干扰滤波器模型功能的基本条件，也是建立滤波器应用模型的关键.本次软件模块的流程：语音信号首先经过采样/保持电路（S/H），送至模/数转换器（ADC）转换成数字量，然后通过数字滤波器滤除其中的干扰信号，最后通过数/模转换器（DAC）获得语音信号输出，经过各装置之间的配合运行及时提供相关的过滤信号.设数字滤波器的输入信号为X（n），输出信号为Y（n），则输入序列和输出序列之间的关系可用差分方程表示，具体如下：

根据上述公式，输入信号X（n）可以是语音信号经采样和ADC转换后得到的数字序列，也可以是计算机的输出信号；ak和bk均为系数，通过设置ak和bk可将DF设计成需要的带通滤波器.按照公式设计各个模块参数值的标志性更高，从而增强了语音信号处理系统抵抗干扰的能力[4].基于电磁干扰滤波模型的软件模块，具有多方面的数字信号处理功能，添加数字化滤波器完成语音信号的过滤处理，显著改善了信号处理系统的安全系数.

3.3 电磁干扰的防范

3.3.1 安装屏蔽设施.屏蔽器是一种常见的干扰抑制方式，通常安装于各种设备的连接线路中.线路是连接各项设备运行的媒介，也是电磁干扰形成的主要区域[5].利用屏蔽器件可显著控制干扰波段的扩散范围，使电力设备内外部线路正常运行.此外，屏蔽技术在干扰发生之后，也能及时对电力设备或元器件实施隔离处理，降低电磁感应的干扰程度.

3.3.2 选用滤波装置.选择适当的滤波器装置，能显著改善电源的供电质量以及电路的线性状态，防止受到外在谐波及非线形因素的干扰.除了语音信号外，其它文字、图像、视频等信号也要与滤波器应用模型相结合，应选择功能相匹配的滤波装置进行防控.如：保证滤波器处于工作频段内，符合电缆线路的负载要求，必要时选择多级联控制频率干扰问题.

3.3.3 调整线路连接.大至外部连接的辅助设备，小至内部的线路或元器件，通过改造均可起到良好的抗干扰作用.如：选用粗细适中的电缆连接，控制线内信号传输的效率；采用多功能电磁兼容器件，增强设备抗电磁干扰的能力；安装滤波器抑制电磁干扰波及其它相连接的设备.必要时扩大导线之间的间距，导线之间相隔的距离越小，设备内元器件被干扰的可能性越大.

3.3.4 抑制电源干扰.开关电源是电子设备的一个干扰点，导致信号传输系统内压失去均衡，出现了不同程度的频率跳动现象.安装滤波器后应加强开关电源的干扰控制，常见的方法是“接地”，建立传导通路达到抑制干扰的作用.如：把电源与大地之间形成接地，电路结构至少具备一个接地条件，可防止磁感应噪声带来的外界干扰.

3.3.5 建立监测系统.监测是为了提前发现电磁干扰现象，防止语音、文字、数据等信号受到干扰破坏.建立智能化监测系统防范电磁干扰，其核心功能是实时监测异常电磁现象，并且发出报警信号提醒操作人员紧急处理.如：以计算机为操作平台设计监控系统，对捕捉到的数据信号自动化处理，再根据数据处理结果分析干扰的可能性，发现异常情况及时告警.

4 结论

总之，针对电磁干扰造成的不利影响，企业需加强电气电子设备的抗干扰改造措施，避免电磁现象引起的一系列危害.新型滤波器在结构装置方面实现了优化改进，保证了通信电缆信号传输的安全运行.语音信号是系统通信的常见形式之一，也是电磁干扰的主要对象.结合电磁干扰滤波器的功能结构设计防御模型，并配备其它智能性的操控模块，可全面提升滤波器抗电磁的作用.

〔1〕温伟军.浅析现代电气电子设备常见的干扰问题[J].安全与电磁兼容，2011，16（8）：27-29.

〔2〕胡修林.电磁干扰滤波器的运行原理与模型构建分析[J].电子信息技术，2011，18（12）：35-37.

〔3〕易良栋.数字滤波器滤除电子测量系统中工频及其谐波干扰的研究[J].现代电子技术，2011，31（10）：52-54.

〔4〕王义元.信号传输流程中电磁干扰的破坏及防范技术[J].中国科技信息，2010，29（16）：82-83.

〔5〕候在平.基于DSP的语音信号处理系统中的抗干扰技术[J].国外电子元器件，2011，17（13）：43-45.

TM97

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1673-260X（2012）09-0154-02