电磁屏蔽暗室中的接地设计

郭 浩，张部生，梁 婷

(中国人民解放军63880部队 技术部，河南 洛阳471003)

随着信息化技术的发展，电磁屏蔽暗室的要求日益增加，暗室试验期间的电磁环境越来越复杂。为使暗室系统能稳定工作并抑制电磁干扰，良好的接地技术是保障系统安全和电磁兼容性能的基础，同时也避免了由于接地不良或不当所构成的新干扰源。

接地技术起源于强电技术，由于电压高、功率大，容易危及人身安全，需要将电网的零线和各种电气设备的外壳通过导线接地，使之与大地等电位，以确保人身安全。现在电子设备和系统的接地同时也满足抑制干扰的需要［1］。不合理或不良的接地，将会使暗室测试系统工作受到干扰，影响测试的正常运行。良好正确的接地是保障系统电磁兼容性能的重要环节，可降低或消除各种形式的干扰，从而保证其可靠稳定的工作。本文就系统接地设计的原则和电磁屏蔽暗室工程中的实践进行初步探讨，得出几点实用的设计指导原则。

1 接地技术的意义及分类

接地技术是防止电磁干扰、增加电子设备兼容能力、提高设备可靠性的重要方法。设备或系统的接地，其目的有两个:一是为设备或系统提供一个信号电压的公共参考点;二是为了人身和设备的安全［2］。在电路设计中有90%左右的电磁兼容问题是由于接地不当造成的。如果设计之初就考虑布局与地线问题，可使电磁干扰问题得到有效的预防。实际使用中电磁屏蔽效果在较大程度上依赖于屏蔽体的结构与接地设计，接地不当就会引起电磁干扰。所以，电子电气系统设计时，必须重视接地技术设计和处理［3］。

根据系统的结构和功能，通常电路和用电设备的接地按其功能分为两大类:安全接地和信号接地［4］。

安全接地是为使操作人员不发生触电危险而采取的一种积极措施，其主要是采用低阻抗的导体将用电设备外壳连到大地上，使操作人员不会因漏电或故障放电而发生触电危险。主要包括设备接零保护、防雷接地等。

信号接地就是在系统和设备中，采用低阻抗的导线为各种电路提供具有共同参考电位的信号返回通路，使流经该地线的各种信号电流互不影响。信号接地不一定与大地等电位。在多数情况下，安全接地点不适合用做信号接地点，因为这样会使噪声问题更加复杂。

2 接地方式

从系统电位参考点角度考虑，接地方式可分为单点接地、多点接地和混合接地等［5］。

2.1 单点接地

在一个线路中，只有一个物理点被定义为接地参考点，而所有电路的信号地线均连接在参考点上。如图1所示，单点接地还可分为串联和并联形式。单点接地没有地环路和公共阻抗耦合，因而，可避免电磁骚扰。当接地线的长度远小于电路工作波长，可采用单点接地，即单点接地方式在低频时工作更好。如低频信号电缆的屏蔽层只要单点接地，而高频电缆则需在屏蔽层两端接地。

图1 单点接地的布置图

2.2 多点接地

在多点接地方式中，每一设备均严格地搭接至牢固的接地导电面，然后将该面接大地以保证安全，如图2所示。多点接地在高频时运转更好，这种接地方式的尺寸大于工作频率波长。在高频时，各连接系统在不同点有不同电位，这些系统需要在多点接地至零参考电位。高频时寄生容抗代表一个低阻抗通道，而子系统间共模电流再次流动或形成不等电位。

2.3 混合接地

在混合接地配置方式中，在低频时是单点地，高频时是多点地。图3所示，这种接地方式的电路，其中激励电路与传感电路的底壳位置要接地，而同轴电缆的屏蔽体应在两端连至底壳接地。此处一个对地的电容可代替低频电流环路。在高频时，电容则产生低阻抗即电缆屏蔽体被接地。因此这一电路可同时实现低频时的单点接地和高频时的多点接地。

2.4 浮动接地

浮动信号接地系统要与设备室、建筑物、大地以及其他导电体在电气上进行隔断，以免除接地系统中存在的噪声电流耦合环，不让其在信号电路中流动，如图4所示。其优点是接地阻抗较大，直流地环路电流小，减小高频干扰的地环路干扰，不易受大地电性能的影响;缺点是受寄生电容影响在频率较高时会提供较低的阻抗，不能有效减小高频地环路电流，导致地电位变动，增加对模拟电路的差模干扰，产生静电积累而导致静电放电，造成静电击穿或强烈的干扰。浮地的效果取决于浮地绝缘电阻、寄生电容和信号频率。

图4 浮动信号接地图

3 暗室中的接地处理

电磁屏蔽暗室用于电磁兼容测试以及电子装备仿真试验等领域，在硬件和软件上采取大量的抗干扰措施。所以，一般不需要采取特别的抗干扰措施便可直接使用。但是，暗室长期处于强电磁场、强干扰的环境下，为保证系统在这样恶劣的环境下安全可靠地进行测试工作，避免误动作，必须采取良好的接地措施。

电磁屏蔽暗室试验具有自身的特点:频带宽、测试信号中有微弱信号、容易受到干扰。因此，必须对接地提出相比一般电子实验室更高的要求:(1)接地电阻较小，一般要求＜4Ω。(2)整个接地装置要有良好的高频特性，以满足高频信号和冲击信号接地的要求。(3)接地线有效导电面积较大，能够满足冲击电压、冲击电流试验的要求。

3.1 配电系统接地

设备的接地是保证电路无干扰工作的主要环节。配电设计中，试验区和操作控制室采用独立的供电系统，并使用不同相电源，经过各自滤波器，避免控制室内的干扰信号通过电源线传入暗室内。

接地装置由接地线和接地体组成。在相同几何截面积的条件下，矩形截面的周长大于圆截面，且宽厚比越大，则截面周长越大，其等效半径也越大。所以，接地线采用高频性能最好的扁铜带。接地平板应用紫铜板，其最小厚度为0.25 mm，接地平板与屏蔽室壳体搭接，直流搭接电阻不应超过3 mΩ，两个搭接点之间间距不应超过80 cm。

建筑物中的钢筋骨架、金属结构件和上下金属管道等可用作自然接地体。在建筑物设计及建造过程中应充分考虑采用自然接地体，并作一些相应的特殊处理，但自然接地体一般达不到暗室接地的要求，通常要埋设人工接地体。

3.2 屏蔽接地

考虑屏蔽接地问题时，需考虑两个方面的问题:一是系统的自兼容问题;二是由于外部干扰耦合进地回路所导致的问题。将系统屏蔽，并将屏蔽体接大地，既能限制内部电磁波向外辐射，也能阻挡外部电磁波向内辐射，抑制空间传播电磁干扰。

接地技术是解决这两个问题的重要手段。暗室的屏蔽接地主要采取以下措施:(1)暗室屏蔽壳体上多点与建筑地相连，屏蔽体接地电阻＜0.5Ω。(2)暗室屏蔽壳体的多点接地是通过屏蔽体的钢柱、地面钢板、侧面支撑及顶部吊点等钢结构件与母体建筑物锚筋、埋铁等进行广泛连接的方式来实现的。(3)暗室设置了多个电源滤波器，为泄放滤波器的漏电流，在电源滤波器所在位置设置接地块，与屏蔽地线相接。(4)接地网由外系统提供，接地电缆设置到暗室大门的北侧。接地网的接地电阻＜0.5Ω。另外，外系统提供的预埋铁也应与接地网良好连接。(5)暗室接地系统应当与建筑防雷保护地截然隔开。

3.3 设备信号接地

测试所需的大量设备信号通过接地滤波器引入室内。在暗室实验区和操作平台电缆沟内设接地端，在试验维护区内，根据测试设备需设置对应的接地。

3.4 电缆的屏蔽层接地

屏蔽线有用于低频设备的单芯、两芯及多芯的普通屏蔽线，双绞屏蔽线和用于高频设备的同轴电缆等。由于其使用环境、条件及传输信号的不同，因此在实施屏蔽时的接地方式也不同［6］。

用于低频设备测试连接的屏蔽线通常采用单点接地方式。接地点应当与电路的接地点一致。对于多层屏蔽电缆，每个屏蔽层应在一点接地，各屏蔽层应相互绝缘。如果此时采用的屏蔽线的屏蔽层有两个以上接地点时，有可能通过屏蔽层构成噪声地线回路而产生噪声电流，从而在屏蔽芯线上产生噪声电压。

对高频电路电缆的屏蔽层接地，应采用多点接地的方式。若实现困难至少应将屏蔽层两端接地。电缆屏蔽层的两端接地是连接屏蔽线的一种实用的接地方法。在长电缆传输信号的场合，电缆屏蔽层应采用多点接地，确保两接地点间的电缆长度超过信号波长的1/4，以减少接地阻抗和防止电缆传输中的反射干扰。

4 工程设计

以上述分析作为指导原则，根据国内某电磁屏蔽暗室的工程研制及使用经验，为使暗室效能达到最佳状态，对暗室的接地系统建议从以下几点综合考虑:(1)研究选择宽带接地方法。分析在不同频率点上单点或多点接对屏蔽室接地效能的影响有何不同，选择合适的接地方式。(2)研究选择接地点的位置。接地面应是零电位，其作为设备/系统中各电路任何位置所有电信号的公共电位参考点。信号地、电源地和安全地等都应有各自独立的接地系统以防相互窜扰。分析在暗室的不同位置接地时的接地效果及其影响。(3)考虑接地线规格的选择带来的影响。接地线、接地面应采用低阻抗材料制成，并具有足够的宽度和厚度，接地线应短而粗、接地面的面积应尽可能大，以保证在所有频率上它的两边之间均呈现低阻抗。(4)考虑后期增加设备的接地影响。对后期建设时可能出现较大的瞬态电流电路，要建立单独的接地系统，以减少对其他电路的瞬时耦合影响。(5)平时维护。定期检查各种电器设备的接地装置和触电保护器，各种设备的电源线应架空设置。临时电源线的安装应符合正式电源安装的规定。并应随时检查电源线是否与其他物体相碰、绝缘是否良好。

5 结束语

为了设备和人身的安全以及测试正常可靠的运行必须研究接地技术。本文重点就暗室系统中的接地设计方面进行了研究，提出了有效的抗干扰措施，确保系统稳定可靠地运行。接地技术是电磁兼容中的重要技术之一，应当充分重视对接地技术的研究。另外，实践中尚缺乏一套能有效对接地系统进行设计和测试、对接地效能进行评估的标准体系。

［1］ 王晨荣.接地中的地环路干扰及其抑制措施［J］.舰船电子工程，2008，28(7):183－187.

［2］ 苏晓华，闻映红.电子设备的接地技术［J］.安全与电磁兼容，2004(1):39－42.

［3］ 中国人民解放军总装备部军事训练教材编辑工作委员会.电磁兼容技术［M］.北京:国防工业出版社，2005.

［4］ 蔡仁刚.电磁兼容原理设计和预测技术［M］.北京:北京航空航天大学出版社，1997.

［5］ 丁忠校.视频监控系统的接地问题探讨［J］.中国有线电视，2007，(11):1031－1033.

［6］ 汉泽西，李彪，郭正虹.接地抗干扰技术的探讨［J］.测控技术，2007(12):74－77.