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无线设备连接与噪声抑制方法
王献华 马新 李弘扬
（1．西安通信学院，西安 陕西，710106）
摘要：噪声对无线电设备技术指标影响很大，接地的重要性越来越受到无线电技术工作者的关注，正确进行无线电设备连接，有助于提高无线电设备信号在传输过程中的抗干扰能力，减少信号间的电磁干扰。 关键词：通信设备连接；信号线接地；抑制噪声
Study on the Connection of Wireless Comunication Equipments and Noise Control
Wang Xianhua , Ma Xin, Li Hongyang
(Xi’an Comunications Institute, Shaan Xi Xi’an, 710106)
Abstract: The noise afects the performance of the wireless comunication systems, so the grounded connection in the wireless comunication system is paid atention. How to connect the wireless comunication equipment correctly is very important, because it can can reduce the electromagnetic interference of the signals.
Key words: comunication equipment connection； grounded signal-wires； noise control
在无线电设备系统中，正确连接无线电设备间的信号线，可提高信号传输的质量，如果不正确或不恰当地连接，即使是性能良好的设备也将难以发挥其优秀的品质。接地是抑制噪声和防止干扰、提高可靠性的重要技术措施，正确的接地能抑制干扰的影响，又能抑制设备向外辐射干扰；反之，错误的接地反而引入严重的干扰，甚至使无线电设备无法正常工作。
一部分干扰噪声无法被无线电设备的电源电路有效地滤掉，会在无线电设备内部形成噪声。尤其是同一电网中的电磁兼容性达不到要求的大功率设备，是干扰无线电设备的主要原因。
接地回路噪声
在无线电设备中，必须要求整个系统有良好的接地，接地电阻要求<4Ω。否则，由于各种辐射和电磁感应产生电荷将不能够流入大地，从而在无线电设备中设备中形成噪声电压叠加在音频信号中。如果在不同设备的地线之间存在地电位差，或者在系统的内部接地存在回路时，则会引起接地噪声。
1 噪声来源
(1) 系统设备本身的固有噪声
目前无线电设备单机技术指标较高，本机噪声指标较低，但是当多台设备连接时，噪声就会积累增加。
(2) 外部的电磁辐射干扰引起的噪声
如手机、对讲机等通信设备的高频电磁波干扰、周围设备所产生的辐射，都会通过传输线混入传输信号中形成噪声、或穿过屏蔽不良机器设备的外壳干扰机内电路产生干扰噪声。 (3) 公共阻抗耦合噪声
当来自两个不同电路的电流经过一个公共阻抗时，就会产生公共阻抗耦合。一个电路通过该公共阻抗产生的电压降都会对另一个电路施加影响。
电源干扰噪声
接在同一电网中的设备会在电源线路上产生尖锋脉冲、浪涌电压，和不同频率的纹波电压，通过电源线路窜入无线电设备的供电电源，会有
2 无线电设备连接
(1) 无线电设备平衡连接方式
采取平衡方式传输信号，是因为它抗干扰能力很强。在平衡连接方式下，使用两根信号线传送信号，这两根信号线对地阻抗相等，信号在传输过程中受到干扰所产生的噪声为共模方式，即两根信号线上产生的干扰电流大小相等、极性相反，因而干扰信号互相抵消。除此以外，平衡方式连接使用双芯线缆，其外径包有屏蔽层，避免了外界各种杂散电磁波对信号的影响，所以平衡传输具有很强的抗干扰能力。
(2) 无线电设备非平衡连接方式
无线电设备一般应尽可能采取平衡方式来连接，但若只有非平衡输入、输出端口则只能使用非平衡接入。非平衡传输方式抗干扰性能比平衡传输方式差，主要原因是非平衡传输电路和传输线都存
在内阻，一旦有干扰信号，就有可能在这些内阻上建立起干扰电压，干扰电压会在系统中引起不良噪声。
无线电设备的非平衡连接端子有2个接点，一个是信号端，一个是地端。平衡输入(输出)与非平衡输出(输入)配接时，如图3所示，在信号线的输出端，把信号端与平衡输入端的插头的2连接，把地端与平衡输入端的插头的3连接，插头的3脚与1脚短接，非平衡插头的屏蔽层剪断不接，避免形成地回路，引起干扰；用双芯屏蔽线缆进行非平衡传输时，其屏蔽层连接方法同平衡无线电设备接法一样，仍是在信号末端与地短接，原理与平衡方式相同。这种非平衡接法的优点是能将外界的电磁干扰降到最低，它避免了用屏蔽层传输信号，使屏蔽层真正起到信号屏蔽作用。
注意：千万不要采取单芯线连接，即用音频线的芯线连接设备的“信号”端，用线缆屏蔽层连接信号回路的“地”端，这种连接方法会使得干扰信号容易通过屏蔽层进入系统，产生噪声。
红色芯线屏蔽层白色芯线非平衡输出信号＋平衡输入信号地信号－信号地321
图1 非平衡与平衡的连接
3 抑制噪声的措施和方法
(1) 无线电设备选用性能指标好、抗干扰能力强的产品。无线电设备的抗扰能力决定于抑制噪声的能力，其抗扰能力受无线电设备的电路、制造工艺及所用材料的制约，在经济许可的条件下，应尽可能地选购高档产品。
(2) 无论是采用平衡连接方式还是非平衡连接方式，都要注意屏蔽层的接地点。屏蔽层与地的连接点若不正确，会使线缆间屏蔽层形成回路。因此，在机房设备安装过程中，不要只顾设备连接方便而随意焊接屏蔽线，造成接地而形成闭环回路，引起系统噪声的问题。
防止闭环回路形成的有效方法是： ① 屏蔽层一端接地(一般在信号输入端)，
另一端开路
技术工作者习惯按图1接法。在信号的输入、输出两端，都把信号线红色芯线接热端2，白色芯线接冷端3，屏蔽线接地1。这种接法在理想的环境中(无电磁干扰时)是可行的，但在实际机房环境中难免受各种电磁干扰，这种接法容
易形成闭环回路，会引入电路干扰。
红色芯线屏蔽层白色芯线平衡输出2信号＋3信号－信号＋平衡输入1信号地信号－32信号地1
图2 平衡与不平衡的习惯接法
图3是平衡方式的正确连接方法，在信号的输入、输出两端，分别把红色芯线接热端2，白色芯线接冷端3，屏蔽线一端悬空(输出悬空)，一端接地(输入端接地)，从图2可以看出，其屏蔽层一端连接端口接点1，另一端悬空，目的是不让屏蔽层形成回路，防止屏蔽层中的地环路电流在负载电阻上感应出噪声电压(干扰信号)进入无线电设备系统。至于在输出端还是输入端接地，根据实际情况而定。通常，屏蔽层在信号输入端(低电平端)接地(即是在信号末端接地)，在信号输出端(高电平端)开路。这样做的原因是：弱信号更怕干扰，屏蔽层接在电位的低点能更好地保护弱信号，起到信号屏蔽的作用。
红色芯线屏蔽层白色芯线平衡输出平衡输入2信号＋3信号－信号＋1信号－信号地321
图3 平衡与平衡的正确接法
② 系统隔离。
电台常常用电话线路传输音频信号，这种远距的连接，由于不同的子系统都有各自独立的接地系统，两个系统一旦地线相连，必然形成接地噪声。另一方面，由于传输的距离较长，传输线屏蔽层的接地电阻增加，就容易引入大量的外界电磁磁场辐射干扰噪声。在实践中，如果每个系统单独工作，噪声可通过合理的连线和接地控制在允许的电平内，但两个系统互连后，即使用了单端屏蔽接地、长线分段接地处理，也没有办法解决长距离传输造成的辐射干扰噪声。当然实际应用时，采用平衡电路本身可部分消除地环路的影响，但是随着传输信号频率的增加，获得高度平衡电路的难度将越来越大。这时最好的措施就是采用变压器、共模扼流圈、光耦或频率选择性接地（混合接地）等方法进行电路隔离，如图4给出了利用隔离变压器切断两个电路之间地环路的方法。
系统1 隔离变压器 系统2
图4 系统间的隔离处理 (2) 在设备的连接中要分清几种接地点：机壳接地点、信号接地点和真地点。无线电设备系统工作中，周围环境有强电磁场干扰，信号线缆容易受空中电
磁波的影响，产生系统噪声。所以，必须将屏蔽层与信号地一起接入真地，把干扰信号短路掉，VS~而将机壳地分开接地。如图4所示。 A信号地 信号地 设备1 设备2 设备3 C11C22C3C 机壳地 真地 图5 机壳地、信号地和真地连接 (3) 所有的电力电缆及信号电缆均用金属管保
护，金属管必须连成一体，中间不能断开。金属管终端接地，另一端悬浮不接地。金属管起到一定的屏蔽作用。
(4)电力电缆与信号电缆不能平行走线，两种不同类型的信号线(信号不同或电平不同)要相互远离。严格划分系统的输入输出信号和其他信号，分别用不同的多股电缆传送不同的信号，即相同的信号用同一根电缆传送。
(5) 净化电源。供电电源设计时，应设计单独电源变压器；无条件时可独立一组电源供电，与空调、照明灯光等设备分开供电；或采用隔离电源变压器；或在无线电设备的电源输入端加装滤波器将干扰噪声滤掉。
无线通信设备作为信号传输设备可能要与遥控设备或与用户终端设备连接。此时，设备之间的连接电缆需要进行去耦和屏蔽，以避免电磁干扰通过电缆辐射或拾取噪声。
如果屏蔽层的接地点不止一个，其上就会产生噪声电流。在使用屏蔽双绞线时，屏蔽层上的电流可能将不相等的电压感应耦合到信号电缆上从而成为一个噪声源。对同轴电缆来说，屏蔽层上的电流通过IR电压降在屏蔽层电阻上产生噪声电压。当信号电路有单一地时，低频电缆的屏蔽层应当只在一点接地。
要实现屏蔽层只在一点接地，图2显示了一个源没有接地的放大器和输入信号线。VG1表示放大器公共端的对地电位， VG2表示两个接地点之间的地电位差。C1，C2和C3表示信号线与屏蔽层之间的分布电容。
BDVG1VG2
图2 放大器接地时电缆屏蔽层的地连接方式 由于电缆的屏蔽层只在一端接地，只有输入导线与屏蔽层之间的分布电容能够提供噪声耦合。任何在放大器输入端产生的无关外来电压都属于噪声电压。标记为A,B,C和D的四条虚线是四种可能的地连接方式，输入电缆的屏蔽层可选择其中之一与地连接。由于A连接中屏蔽层中的噪声电流会流入信号线，并由于信号线的阻抗产生与信号串联的噪声电压，所以是不可取的连接方式。而B,D连接方式中噪声电压分别为
VC112B?C?C?VG1?VG2?
(1)
21和
VC112D?CVG1
(2)
2?C1只有C连接方式无论VG1和VG2的值如何均不会产生噪声电压。所以，对于源不接地而放大器接地的情况，输入电缆的屏蔽层应连接到放大器的公共端，即使这一点并不在大地上。
没有接地的放大器与接地的源的情况如图3所示。其中VG1表示实际接地点处源公共端的电位。C1VS1~C22AC3CVG1BDVG2图3 源接地时电缆屏蔽层的地连接方式
C连接方式中屏蔽层上的噪声电流为了回流到地将流过信号线，所以是不可取的。而B,D连接方
式中噪声电压分别为
V12B?C1VG1
C2?C1C1?VG1?VG2?
C2?C1(3)
V12D?(4)
只有A连接方式无论VG1和VG2的值如何均不会产生噪声电压。所以，对于源接地而放大器不接地的情况，输入电缆的屏蔽层应连接到源的公共端，即使这一点并不在大地上。
现代通信设备中通常有数字电路，数字电路的工作特点使得它很容易成为辐射发射的干扰源。为了使用电缆去耦或屏蔽技术来抑制数字电路的共模噪声，互联的设备需要一个“无噪声”或者“干净”的地。无线通信设备的PCB必须以这样一种方式来布局——在PCB上预先设计一个“无噪声”的输入/输出地。最好的方法是将所有的输入/输出线都布放在PCB上的某个区域，并给这个区域提供专门分割出来的低电感输入/输出地，同时将输入/输出地单点连接到数字逻辑工作地。这样，数字逻辑电流就不会流过“无噪声”地，使“无噪声”地受到干扰。这种设计的一个实现方案如图4所示。
I/O去耦电容与机架地之间应多点连接。在这种设计中，所有的电缆在离开系统之前都应当去耦接地。电缆上的噪声被消除后，在铺设电缆时应避免再一次将系统的噪声耦合到电缆上。所以，“无噪声”输入/输出地的位置应当设计在电缆离开系统的出口点。
综合考虑为设备提供“无噪声”地和电缆屏蔽层单点接地的几种方式，在进行无线通信设备与遥控设备或用户终端设备之间的互连时应采用源接地，并将输入电缆的屏蔽层连接到源的公共端。
参考文献
【1】 电磁兼容原理、技术及应用，机械工业出版
社，北京，2007.6
【2】 电磁兼容导论，(美)保罗(Paul,C.R.)，北
京，机械工业出版社2006.9
【3】 通信系统中的电磁兼容理论与技术，录贵
祯，蒋克华，北京广播学院出版社，2000.1
【4】 电缆干扰辐射与干扰吸收的抑制，吴慎山，
电子质量，2007.09
【5】 电磁屏蔽技术研究进展，张钰，中国传媒大
学学报(自然科学版) ，2007.03
作者：
王献华（1957-）男，教授， 主要研究方向：通信技术
马新(1972-)，男，硕士，讲师， 主要研究方向：无线电通信
电话：02984706620；13992872057
通信地址：西安市王曲镇通信学院四系 E-mail:WXH332@126.com
接地之间单点连接I/O连接器“有噪声”逻辑电路地外部接地
图4 有单独“无噪声”输入/输出地和输入/输出
电缆去耦电容设计的数字PCB
为了避免输入/输出地受到污染，只能将输入/输出线的去耦电容和外部电缆的屏蔽层连接到这个地上。输入/输出地与外部大地之间必须提供低阻抗连接，通常是通过安全接地线接地。为了减小输入/输出地的接地电感，输入/输出地