于无声处听惊雷,电磁干扰使人累

云脑智库 2022-10-07 00:00

《诗经.采耳》

陟彼崔嵬,我马虺隤。我姑酌彼金罍,维以不永怀。


释文:

攀那高高土石山,马儿足疲神颓丧。且先斟满金壶酒,慰我离思与忧伤。


注释:

陟(zhì):升;登。彼:指示代名词。

崔嵬(wéi):山高不平。

我:想象中丈夫的自称。
虺隤(huī tuí):疲极而病。
姑:姑且。酌:斟酒。
金罍(léi):金罍,青铜做的罍。罍,器名,青铜制,用以盛酒和水。
维:发语词,无实义。永怀:长久思念。


正文:

本文重点说明,为什么电磁干扰,那么让人防不胜防


电磁干扰、兼容的本质原因是什么?

其实是基于无线通信的电磁波在共享的空间中自由传播的特性。

也可以称为电磁空间的开放性。


也就是发送的通信信号在被己方接收时的同时,也不可避免的被敌方侦收到;而在接收己方通信信号的时候又无法抵御敌方的干扰信号的侵入。


书中的一个例子非常形象贴切,发信方和收信方也分别称为信源和信宿,如同信件传递可能受到污损一样,通信过程也会受到自然和人为的干扰。


反过来,有线通信,不管是光纤、网线,甚至是供电线,都因为信号被约束在介质内,所以,不同网线、不同光纤之间没有干扰。

举个例子,无线通信的电磁波传输,可以理解为一山不容二虎,林冲火拼王伦。一个屋子里说话,小姑子嫂子各执一词,难免碰撞。

而有线通信的信号传输,可以理解为各自占山为王,梁山和二龙山,彼此也没啥冲突。隔离邻居家的锅碗瓢盆,和你何关?


干扰、兼容、对抗,怎么理解这这几个区别。

电磁干扰,这个名词的含义最广泛,凡是对方故意对己方的通信有坏的影响的电磁信号,都是电磁干扰。往往是含有敌对、故意、抢占频谱资源的成分。如果扩展到j用场景,也可以广义的称为电子对抗、无线通信对抗,无线通信电子战。


电磁兼容:这个常用在系统集成内部各模块、子系统之间的影响,所以称为兼容。各个模块之间的影响,主要从两个方面来分析,一个是电磁敏感,一个是电磁干扰。

如果用关系来说,那么,

电磁干扰,是对手,之间的关系。

电磁兼容,是队友,之间的关系。


江湖传言:没有干扰不掉的通信,也没有抗不主的干扰。


干扰、抗干扰,说到底是性价比的对抗。

随着技术发展,目前的干扰技术性价比较高,在较低代价下,即可达到之前非常大投入才能达到的干扰程度,故干扰相对容易低代价实现,而抗干扰则需要投入更大的资源、技术、人力、系统代价。


在篮球场上,防守就是一种干扰,而挡拆则是一种兼容。这是所喜欢的一组篮球双人组合,两个人发挥出了1+1>2的效果。其他的双人组合,大概都在学习他们的默契,逼近他们的极限。当然,碰到篮球之神乔帮主,还有皮二爷,也是他们既生瑜何生亮的悲叹,无论是实力、还是运气,都没有站在犹他这边。

江湖传言:没有突破不了的防守,没有防守不了的进攻。


当然,电磁干扰和电磁兼容,也没有绝对的区分,以上是部分专业的习惯划分。

对于一个电子系统,首先,不能影响其他系统的正常工作。

否则,是不讲武德。



另外,一个电子系统,对外部的电磁干扰信号,尽量不那么敏感。这也是一个电子系统设计的基础要求之一。

否则,是无法存活。

 

如果各个子系统均可达到类似的能力,那么电磁兼容就相对容易一些。否则,这个就会需要很多努力来解决。


为什么无线通信那么容易受干扰?


根本原因是,无线通信接收机的灵敏度太低了,导致任何超过门限电磁信号,都会被捕捉,接收,然后影响了接收机的正常解调,导致无法正常通信。

来,先走开看一个概念。对数。

首先,对数的发明,是非常杰出的,非常大的程度上简化了对人脑和手工计算的能力要求。

16世纪末至17世纪初的时候,当时在自然科学领域(特别是天文学)的发展上经常遇到大量精密而又庞大的数值计算,于是数学家们为了寻求化简的计算方法而发明了对数.在数学史上,一般认为对数的发明者是十六世纪末到十七世纪初的苏格兰数学家——纳皮尔。  纳皮尔当时是一位天文爱好者,为了简化计算,他多年潜心研究大数字的计算技术,终于独立发明了对数。

                           


具体,来,上数字。

首先,发射功率1w,是30dBm

计算公式:

30dBm=10*log(1w/1mw)

这是基准。


所以,是相对1mw的对数值。dBmm也是毫的意思。

继续,

0dBm=10*log(1mw/1mw)

然后,

-30dBm=10*log(10^-6w/1mw),就是1微瓦

然后,

-60dBm=10*log(10^-9w/1mw),就是1纳瓦

然后,

-90dBm=10*log(10^-12w/1mw),就是1皮瓦

然后,

-100dBm=10*log(10^-13w/1mw),就是100飞

看看,再看看,是不是很敏感?

这个是10纳瓦,不是足球明星纳瓦罗,更不是罗纳尔多。


这个值是这么的小,所以,任何电子设备,如果距离非常近,那么产生电磁干扰都是有可能的。


譬如,相对距离不远的小功率的发射器。

这个大家还好理解,还有一些不是发射器的无线电辐射装置。

譬如,光电吊舱,典型的视频处理系统,还包括机电功能。


譬如,显示器,视频处理系统。

譬如,高速CPU,典型的高速信号处理系统,还可能有DDR高速总线。

再譬如,接口卡,TTL232USB转网口,HDMI线缆,甚至电源线,串口线等等。就下图这个小模块,干扰无线底噪十几dB。

  



眼之所见,即是干扰。


解决的办法?

做好自己,不要影响其他。一般如发射机的发射链路,把自己的对外辐射控制好。一般是各种电磁屏蔽设计,匹配设计。或者其他数字链路。

把工作带外的干扰尽量抑制。这个在接收链路。

其实,一个子系统也是由多个模块组成,同样要考虑这些不同模块间的电磁兼容问题。

 

还有一种问题,如果电磁干扰在整个工作频带几乎全部都分布?还有办法么?来,看看程咬金的规避干扰三板斧:


(1)    干扰源,能不能降低干扰辐射强度?

如合适的发射功率、合适的屏蔽体。

你声音小点。

(2)    远离干扰源

靠空间隔离来降低干扰强度。

你离我远点。

(3)    阻断干扰源

靠物理隔离,如挡板、锡箔纸等,隔离干扰源的辐射路径,其无直射路径,变为靠绕射的方式,会有效降低干扰强度。

别让我看见你。


以上,其实全部是作为对干扰源的要求,对被干扰的接收机自己呢?


通信方从确保通信有效性的角度考虑,通常总是使信号传播路径尽量有利于己方而不利于敌方。


频段干扰,非常难以解决。如果确认是从天线口接入的,其实是一个系统问题,那么,以下方式可以考虑:


1)系统的频率规划,让一个系统内的不同设备间的工作频段,尽量提前做好规划,不能离的近。频域;

(1)不同模块的频率泄露要控制。频域;

(2)不同模块的集成位置、方式要考虑;譬如,两个不同大功率通信设备,适当远离。空域;

(3)对于接收机,可以考虑采用方向性天线。用天线的零陷、旁瓣来抑制干扰信号。空域;

(4)通信设备采用低调制的码流配置,其SNR的要求更低,可以适当抵抗一些干扰。能量域;

(5)不同模块的工作时间的交错,以保证彼此间的干扰隔离。时域。


总结一下还是从时域、频域、空域在能量域的不同角度来进行干扰的抑制和消除


参考资料

《通信电子战》杨小牛


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