本文选自国家级期刊《中国信息化》，《中国信息化》杂志由新闻出版总署正式批准、中华人民共和国工业和信息化部主管主办的一本国家批准创刊的唯一一份以关注工业化与信息化融合，推进信息化进 程为使命的国家级信息化媒体国公开刊物。国际标准刊号：ISSN1672-5158，国内统一刊号：CN11-5119/TP。邮发代号82-898.
摘要：随着经济的发展,科技水平的提高,我国的无线设备被越来越广泛的应用,在众多的领域发挥着重要的作用。然而无线设备在现实应用中却受许多因素的干扰,为了更好地发挥无线设备的作用,我们必须进行抗干扰设计。本文将对无线设备抗干扰设计中应注意的一些问题进行研究。
关键词：无线基本技术,形式和危害,抗干扰问题,应用,防雷措施
1无线安全基本技术
1.1访问控制
访问控制：限制。利用ESSID、MAC限制，防止非法无线设备入侵。
1.2提高无线网络的安全性
IEEE802.11b协议中包含了一些基本的安全措施，包括：无线网络设备的服务区域认证ID(ESSID)、MAC地址访问控制以及WEP加密等技术。IEEE802.11b利用设置无线终端访问的ESSID来限制非法接入。在每一个AP内都会设置一个服务区域认证ID，每当无线终端设备要连上AP时，AP会检查其ESSID是否与自己的ID一致，只有当AP和无线终端的ESSID相匹配时，才接受无线终端的访问并提供网络服务,AP如果不符就拒绝给予服务。利用ESSID，可以很好地进行用户群体分组，避免任意漫游带来的安全和访问性能的问题。
2无线设备被干扰的形式和危害
无线设备工作的时候,经常会被周围环境中不同强度的磁场、电场、电磁场和噪声干扰,它的变化频率从零频、低频到达高频。这些干扰主要来自两个方面
①是自然因素。如火山喷发，雷电,沙尘暴以及宇宙射线中的无线电波等，②是人为因素,如无线设备自身所产生的电气干扰。工作中的设备受到这些干扰时,会呈现出不同程序的损伤,设备部件被破坏,使得设备性能变差,发生漏电、短路甚至断路,直至仪器不能正常工作,所以说对无线设备抗干扰设计很有必要。
3无线设备抗干扰设计时应考虑的问题
3.1无线设备抗干扰设计时应重点从以下几个方面考虑
3.3.1电源因素
要充分考虑电源对电路的影响,电源做好了,抗干扰问题就解决了大半。
3.3.2电磁干扰
无线设备极易受到电磁干扰的影响。电磁干扰传播的方式分辐射和传导两种。无线设备所受的外界干扰主要是来自周边的电子设备、电线和自然界中的电磁辐射。对于内部,设备自身的射频电路会受到自身电路的干扰,干扰信号通常通过辐射和传导这两种途径影响射频电路,一种无线设备受到别的无线设备干扰的可能性很大。
3.3.3数字信号
由于高速变化的数字信号可能变成对模拟信号的噪声干扰,这些瞬变噪声占用的频谱较宽、能量较大,对电子元件危害也很大。
3.3.4通信协议
在无线系统中,通信协议非常之重要,无线通信协议的好坏将直接关系到系统的误码率、安全性和系统的运行速度。
3.3.5稳定电压
通过低通滤波器以及隔离变压器接入供电线路,低通滤波器可吸收绝大部分电网中的“毛刺”,隔离变压器和普通变压器有所不同,它在初级绕组和次级绕组间使用一个屏蔽层,并将它和铁芯一同接地,以防干扰通过初次级之间的电路效应进到供电系统,从而大大减小了对无线设备的干扰。
3.3.6地线引入
当导线两端在不同接地点接地的时候,由于导线有电阻,因此两接点间存在电阻,这个电阻称为地阻抗。干扰源存在时,一个电压差会在地阻抗两端产生,如果将其看成一个电压源,电路的输人和输出电压就会受到影响。
3.3.7电源噪声
环境温度、交流电压、负载电流、元器件的老化等因素会引起直流电源供电电压的变化,出现脉动和噪声,这些也会影响设备的中产工作。
4抗干扰设计在现实中的应用
4.1电源方面的设计
要充分考虑电源对电路产生的影响。我们设计时可用其它电路部分和无线射频部分分别供电的办法。高频器件对噪声非常的敏感,因而可以给各部分电源装上滤波器或是稳压器,从而减少芯片被干扰的程度。
4.2防电磁干扰方面的设计
若没有足够的多专业知识以及测试手段,射频部分应严格按照参考设计,以获得最好的效果。
4.3数字信号方面的设计
由于高速变化的数字信号可导致对模拟信号的噪声干扰,而瞬变噪声占用
的频谱宽、能量大,对设备危害很大,因此,在电路的重要部位应该适当配置去耦电容。去耦电容应直接跨接在要去耦的电源与大地之间。数字电路中的任何一片集成电路芯片原则上都应配置去耦电容,以便其随时充电放电。干扰传播最普遍的方式是通过共用接地线传播干扰,因此模拟地与数字地要分开,只在一点连接。如果信号线与有干扰电流的导线靠近,那么干扰会就会被诱导到信号线上,使信号线上的信号就会被干扰,因此布线分离是一种干扰行之有效的方法。尽量使干扰源远离敏感元件,用地线将数字区与模拟区隔离。布线时尽量减小回路环的面积,从而降低感应噪声。在速度能符合要求的前提之下,尽可能选择低速数字电路和降低芯片的晶振频率。
4.4通信协议方面的设计
在无线数据的通信过程中,使用一个行之有效的数据接收算法是非常有必要的,从而可以从错误数据和噪音信号中分离出有效数据。协议把主要数据分成一定格式的若干个数据,而且还增加一些其他的信息,此过程称为打包。接收端处,协议去掉这些其他信息,只会留下初始信息,此过程称为解包。所以发送数据就得先打包,而怎样定义好这个数据包的格式是关键。若是使用UART的格式,则先要了解它对噪音比较敏感的弱点。数据包里所有字节都得用UART格式,此外,数据包开始前要有同步码,使用同步码的作用是让UART格式的数据被接收端芯片正确的识别。
4.5稳定电压方面的设计
由低通滤波器和隔离变压器接到供电线路,低通滤波器可吸收大部分电网中的“毛刺”。
4.6地线引入方面的设计
当导线的两端在不同的接地点接地时,由于导线有电阻,因此两接点间有电阻,称之为地阻抗。当干扰源存在时,它会在地阻抗两端产生一个电压差,如果把它看做一个电压源,它便会影响到电路的输人和输出电压,解决地阻抗干扰的最好办法是将两点合并于一点处接地,即单点接地。
4.7电源噪声方面的设计
环境温度、负载电流、交流电压、元器件的老化等因素都会引起直流电源供电电压的变化,出现脉动和噪声。解决电源噪声的办法是采用电源解藕滤波器,对那些耗电较大的电流器件,在其电源和地之间加接高频滤波电容,使得设备的瞬时电流不直接来自系统的电源,而是从它的高频滤波电容上去取,这样就大大减少了因电流负载瞬态地导接通或切断引起的尖峰电流所产生的干扰。
5无线电设备防雷措施
5.1外部防雷外部防雷系统由避雷针、引下线、接地地网等组成,缺一不可。一般防止直击雷破坏是通过避雷装置即避雷针、引下线和接地网络构成完整的电气通路后将雷电流泄入大地。然而避雷针、引下线和接地装置的导通只能保护安装避雷针的物体本身免受直击雷的损毁,但雷电会通过多种形式及途径破坏电子设备。
5.2对通信基站而言,天馈线系统和机房建筑物容易遭受到直击雷的袭击,可以通过合理的设计避雷针的保护角和良好的接地系统起到保护作用。接地体指埋入土壤中或混凝土基础中作散流用的导体。有人工接地体和自然接地体两种。接地网是把需要接地的各系统,统一接到一个地网上或者把各系统原来的接地网通过地下或者地上用金属连接起来,使它们之间成为电气相通的统一接地网。一定要有一个良好的接地系统,因为所有防雷系统都需要通过接地系统把雷电流泄入大地,从而保护设备和人身安全。如果基站接地系统做得不好,不但会引起设备故障,烧坏元器件,严重的还将危害工作人员的生命安全。另外还有防干扰、防静电等问题都需要建立良好的接地系统来解决。一般整个基站的接地系统有:建筑物地网、铁塔地、电源地、逻辑地(也称信号地)、防雷地等。然而,各地网之间必须独立时,如果相互之间距离达不到规范要求的话,则容易出现地电位反击事故,因此,各接地系统之间的距离达不到规范的要求时,应尽可能连接在一起,如实际情况不允许直接连接的,可通过地电位均衡器实现等电位连接。
6设计应用实例
随着机器生产节拍的加快,发现部分洗衣机由于程控器引线没有安放到位的原因,出现了进水时排水阀有误动作的现象。我们对此进行了分析及测试,发现如果引线放到位时,群脉冲试验的电压达到1.5kV时程控器都可以正常工作,但如果引线松脱后下垂特别是当引线靠近芯片时,群脉冲电压600V时程序就己经出现了混乱。我们在芯片口的5V端口处加上一个100nF的电容,则引线从芯片下方穿过时,群脉冲试验电压达到1.7kV洗衣机也可以正常工作,落实该项措施后,产品没有再出现类似问题。
7结语
无线设备正在被越来越广泛的应用,如何减小并防止干扰是无线设备设计中亟待解决的问题,这样设备才能发挥其最大的使用价值,我们的效率也会得到大大的提高,本文总结了一些重要的干扰因素,并提出了相应的预防措施,以达到提高设备性能的目的。
