中波广播干扰问题分析及对策研究

2022-02-08李艳阳

西部广播电视 2022年1期

李艳阳

（作者单位：广西广播电视技术中心无线传播枢纽台）

中波广播的频率范围是 525～1 605 kHz，其具有特殊的应用优势，因而在当前仍然被广泛应用[1]。但该波段对环境十分敏感，抗干扰性能比调频广播要差。电磁干扰是中波广播干扰的主要类型。在当前电子技术高度发展的今天，中波广播设备本身的电路结构越来越复杂，外界各种电子设备的数量也越来越多，这两方面都会对中波广播的传播质量产生明显的干扰[2]。本文将从中波广播发射端和接收端两方面着手，对其干扰问题进行分析，并提出可靠的解决对策。

1 中波广播干扰的分类

明确中波广播的干扰类型，是高效、准确分析干扰问题并提出解决对策的前提。根据以往的经验，中波广播的干扰分类是一个相对复杂的问题，因为中波广播在产生、传播和接收等环节均有可能受到干扰[3]，所以从不同角度看可以分为不同的干扰类型。

从干扰的阶段来看，可以分为自身电磁干扰、空间环境干扰和接收机电磁干扰；根据电磁场特性的不同，可以分为传导干扰和辐射干扰，其中，前者是利用导电介质干扰广播网络，后者则是由于在传播过程中干扰源相互影响对中波广播造成的干扰；根据干扰是否有人为参与，分为人为干扰和自然干扰，其中，人为干扰主要是由于空间环境中的大量电子设备产生的电磁辐射对中波广播造成的干扰，而自然干扰则是由不良的自然环境造成的干扰，如气象、大气结构、空间环境；按照干扰的影响程度，分为功能型干扰和非功能型干扰，其中，前者会直接影响信号传播质量，进而影响设备正常工作，而后者则不会造成设备异常，只是会给中波广播带来一定的负面影响。

对于中短波广播发射机而言，其由于内部结构复杂，元器件众多，且广播发射站里或周边存在许多电磁设备，因而几乎涉及上述所有类型的电磁干扰[4]。对于不同的干扰类型，其产生原因、具体表现、影响程度、解决办法均有较大的差异，需要具体问题具体分析。本文重点分析设备间的干扰问题。

2 中波广播干扰的原因分析

中波广播干扰的类型较多，因而其原因也是多种多样的，下面主要从设备内部干扰和设备外部干扰等方面进行研究。

2.1 设备内部干扰分析

设备内部干扰是指中波广播系统内部的元器件、线路、电路单元之间的相互干扰，其内部存在一定的电磁兼容性问题[5]，包括线间耦合、强电磁场、程序干扰、共模干扰等。中波广播系统设备内部干扰与一般电子产品存在很多类似之处，但又有着显著的特征。

2.1.1 线间耦合

中波广播发射机是一套十分复杂的电子系统，其内部包含大量各种各样的电子元器件，电路布线复杂多样，这些线路如果布局不合理，相互之间就会在通电之后产生电磁干扰现象，尤其是在刚通电开机的一瞬间，冲击电流和冲击电压的存在对整机的电磁干扰更是明显。在中波广播发射机中，线间耦合产生的干扰包括元器件布局不合适造成的电容性、电磁性或电感性干扰，甚至是这些不同类型的干扰相互叠加，这不仅会影响设备的性能，严重情况下还可能造成设备失灵。

2.1.2 强电磁场

根据电磁感应原理，导线只要通电，其周围就会产生电磁场，因此电子设备存在电磁干扰是必然的，也是无法完全避免的。但是，一般的弱电磁场并不会对电子设备的工作造成明显干扰，只有磁场强度大到一定的量级，才会对设备内部的电路功能造成影响。中波广播发射系统本身包括强电和弱电两部分，强电部分主要是指电源电路，而电路中可能会出现强磁场，进而对设备产生干扰。

2.1.3 程序干扰

随着自动化、人工智能等技术的不断成熟，当前的中波广播发射系统多已实现自动化控制和自我监测运行，这其实是由开发设备的程序员通过编程实现的。程序的逻辑决定了硬件的工作方式，电路中的每一个动作和每一项参数都在控制模块的控制之下，如果程序的逻辑出现错误或者不够科学，就有可能导致系统在工作时呈现异常状态，从而出现非预期的电磁干扰问题。

2.1.4 共模干扰

在中波广播发射机中，转换器是一个主要的信号处理装置，由于该装置的存在，往往会出现共模干扰问题。所谓共模干扰，是指当干扰信号同时施加在信号输入引脚和接地引脚，而且其相位和幅值保持一致时，会导致输出端产生一个难以区分原信号的复杂电磁噪声。如果输入的干扰信号相位相反，就称其为差模干扰或串模干扰。

2.2 设备外部干扰分析

设备外部的干扰是指中波广播系统以外的因素导致的信号干扰，主要是指外部的空间环境，如建筑布局、电磁环境、大气湿度等。

2.2.1 城市建筑的阻挡

随着我国城市化进程的加速，城市面积不断扩大，高楼大厦拔地而起，随处可见的钢筋水泥结构物就像“钢铁森林”一样占据着城市的空间。中波广播在这样的空间环境中传播会受到很强的屏蔽影响，从而导致接收机接收到的信号衰减严重，甚至接收失败。实际上，中波广播信号是以地波的形式进行传播的，在遍地高楼的城市中可以说是“寸步难行”，尤其是在城市中心商业区楼层较低的室内，中波广播信号的接收更加困难。

2.2.2 电磁环境的恶化

中波广播信号在空间中传播会受到环境中的电磁波影响，如果电磁环境足够复杂或电磁辐射足够强，中波广播信号甚至会被淹没在电磁噪音中。在现代化城市里，电力系统和各种电气电子设备无处不在，而这些带电工作的设备在正常运行过程中都会产生电磁辐射，这些电磁辐射一旦相互混合就会变得更加复杂。如果强电磁干扰源位于中波广播发射台附近，就会直接对发射机的正常工作造成干扰；如果强电磁干扰源充斥在传播路径上，则会对中波广播信号的传播造成干扰；如果强电磁干扰源位于接收终端附近，则会导致接收到的信号杂音过多。因此，在强电磁干扰环境中，中波广播信号通常只能勉强传输到本地电台，对于外地的电台基本上无法传输过去。

2.2.3 天气与季节变化

中波广播信号在空间传播时还会受到阶段性的天电干扰。所谓天电干扰是指由自然电扰产生的，与杂乱背景噪声叠加并且杂乱重现的短脉冲对信号造成的干扰。而且，在大雨滂沱、电闪雷鸣、带电雨雪和灰尘等情况下的天电干扰更是不可忽视。闪电是一种强烈的放电现象，瞬时电压可高达几百万伏，峰值电流达百万安培级别，会产生强烈的干扰电磁波。在这种情况下，即使距离很远，中波广播信号也会受到干扰。尤其是在晚上，由于空间环境的稳定性，中波广播信号也会出现一定的波动，在一定程度上影响信号的接收效果。

3 中波广播干扰问题的解决对策

对中波广播干扰问题进行分析，其根本目的就是要有针对性地消除或抑制中波广播干扰。基于中波广播发射和接收的原理，以及长期的实践经验，干扰问题的解决可以从多方面着手。例如，从设计角度、使用角度、维护角度等，但是从设计角度来解决是最彻底的，同时也要在使用和维护阶段提升应用水平并加强管理。

3.1 中波发射机设计优化

3.1.1 优化地线布局

在电子电路系统中，电磁干扰的存在经常是由于电路没有做好接地处理而导致的，中波广播发射机也是如此。因此，通过优化地线布局，各电路模块能够在稳定的电压基点上工作，在很大程度上解决干扰问题，这实际上也是最经济的措施。但是，在布局地线时，要对其数量和长度做好计算，防止引入不必要的电感效应，且不同模块的地线要相互独立，强电和弱电的地线也要独立设置，否则很容易产生串扰问题。中波广播系统的地线优化主要有三种方法：一是多点接地法。该方案对于数字式的高频电路模块具有显著的作用，能够大大降低对地阻抗。二是间接接地法。也就是不采用导线来连接大地，而是通过耦合器件来接地。三是混合接地法。混合接地是指在一套系统中同时采用不同的接地方案，但具体采用哪种接地方案则需要根据系统和电路模块的实际情况来确定。

3.1.2 改善屏蔽设计

虽然地线可以在一定程度上改善干扰问题，但这并不是唯一的方案，而且在地线设计不合理的情况下，反而会起到反作用。通常而言，如果一个系统中的地线太多或者长度较长，其不仅难以高效接地，还会带来很大的地线电感，这实际上也是一种干扰信号。所以，在机械选址时，要注意优先选择离地面近的位置，减小接地线路的长度，以便就近接地。在接地的施工过程中，一方面要将地极和地线牢固地焊接在一起，防止脱落，并将地极埋到足够深的位置；另一方面，接地系统还要做好降阻处理，提高接地效果。此外，中波广播发射系统中的所有线缆屏幕层和机箱机壳都要接地，以防止产生雷电、静电和其他电磁干扰问题。

3.1.3 引入滤波环节

无论是地线优化还是屏蔽设计，都属于硬件模块级别的方案。为进一步提高中波广播系统的抗干扰能力，技术人员可以在信号处理的层次上对其进行优化处理，其中滤波就是一个很好的方案。滤波就是将信号中的特定成分消除掉，所以滤波首先要对信号的频谱进行分析，然后对干扰成分进行识别，最后才能有效地将噪声成分消除。目前，应用较广泛的滤波技术主要是低通滤波、高通滤波、带通滤波、均值滤波等。对信号进行滤波，既可以在硬件上完成，也可以在软件上完成。如果采用硬件方案，可以在电路中加入滤波电路，直接过滤掉无用信号；如果采用软件方案，则可以在接收到信号之后，对信号进行频谱分析，然后采用去噪算法精细地消除系统中的干扰信号，改善信号质量。

3.1.4 抑制共模干扰

共模干扰不仅是中波发射机中的重要问题，而且是其他通信设备中常见的问题。因此，要想抑制共模干扰，就可以参考通用的共模抑制技术，但也要结合中波广播发射系统的技术特点和应用场合采用最佳方法。目前，最常用的共模抑制方案主要有两个：一是采用前置放大器和双端输入运放来承担数模转换任务，直接将模拟负载与数字电路隔离开，这样一来，共模条件就会受到破坏，自然也就不存在共模干扰；二是采用数字滤波技术，充分运用当前的新理论、新技术和新算法，从原理上避免共模条件形成，从而解决中波广播系统的共模干扰问题。

3.2 接收端接收策略优化

3.2.1 避开高大遮挡物

为克服现代化城市环境对中波广播信号的屏蔽作用，用户可以将接收机放到阳台或窗户边上，尽量选择开阔的地方；也可以将接收机在室内不停地移动，直到接收到的信号最强、最清晰为止，然后对其采用固定措施。对于信号源较远的周边城市中波电台信号，用户可以将接收机垂直对准信号方向，以有效提高信号强度。

3.2.2 合理选择收听时段

实际上，电磁干扰是不可避免的。根据电磁感应原理，电和磁是相互感生的，有电必有磁，而现代化的城市已经存在大量的电气设备，所以对中波广播信号产生干扰是必然的。但是，在使用过程中仍然可以采取有效措施降低电磁环境对中波广播的干扰：一方面，接收机可以远离室内电气设备和电线，并通过不断调整位置来寻找最佳接收点；另一方面，可以选择每天的最佳时间接收中波广播，因为不同的时间段和空间环境的电磁辐射情况是不一样的。例如，工业设备产生的电磁干扰主要在9∶00—18∶00，即上班时间；而家用电器产生的电磁干扰则主要在19∶00—22∶00。由于中波广播信号在夜间的传播距离最远，所以可以选择在午夜之后、清晨和傍晚等时段收听中波广播。

3.2.3 优先选择本地电台

从季节上看，天电干扰较小的时期为初春、深秋及冬季，较大的是夏季的雷雨天气。当然，在实际情况下不可能根据季节来决定是否接收中波广播信号，但可以避开雷雨、闪电、雨雪和雾霾等恶劣天气接收信号。对于接收机来说，可以选择本地功率较大的电台，因为大功率信号即使受到一定的干扰和衰减，也仍然会保留一定程度的原始信号，只是效果会受到一些影响。