淺析頻譜利用及潛在的干擾

日常生活中常用的頻率范圍，包括交流電源頻率、音頻、長(zhǎng)、中、短波收音機(jī)占有的頻段、調(diào)頻及電視廣播、蜂窩電話常用的900MHz 及1.8GHz。但實(shí)際的頻譜遠(yuǎn)比這擁擠得多，9KHz 以上的頻段幾乎都被用于特定的場(chǎng)合。隨著微波技術(shù)廣泛應(yīng)用于日常生活，該圖中所示的頻率也很快將擴(kuò)展至10GHz（甚至100GHz）。圖15 在圖14 上覆蓋了一些大家不太熟悉的頻譜，這些頻譜是普通電氣及電子設(shè)備所發(fā)射的。

圖 15 疊加我們產(chǎn)生的干擾后的頻譜
交流電源整流器件在基頻至相當(dāng)高的諧波頻率范圍內(nèi)均可發(fā)射開關(guān)噪聲，具體情況取決于這些器件的功率。5 千伏安左右的電源（線性或開關(guān)模式）由于其50 或60Hz 橋式整流所產(chǎn)生的開關(guān)噪聲，通常在數(shù)MHz 頻率以下不能滿足傳導(dǎo)發(fā)射的限制要求?？煽毓柚绷麟姍C(jī)驅(qū)動(dòng)裝置及交流移相控制系統(tǒng)所產(chǎn)生的噪聲也大致如此。這些噪聲極易干擾中長(zhǎng)波和部分短波廣播。
開關(guān)電源的工作基頻一般在2kHz 至500kHz 之間。開關(guān)電源在其工作頻率1000 倍的頻率處仍具有很強(qiáng)的發(fā)射是常見的。圖15 給出了個(gè)人計(jì)算機(jī)中常用的頻率為70kHz 的開關(guān)電源的發(fā)射頻譜。這將干擾包括調(diào)頻廣播在內(nèi)的廣播通信。圖15 中還給出了由16MHz 時(shí)鐘微處理器或微控制器產(chǎn)生的典型發(fā)射頻譜。這些器件的發(fā)射通常會(huì)在200MHz 甚至更高的頻率超過發(fā)射極限值。目前，由于個(gè)人計(jì)算機(jī)采用400MHz 甚至1GHz 以上的時(shí)鐘頻率，因此數(shù)字技術(shù)必然會(huì)對(duì)高端頻譜產(chǎn)生干擾。
之所以會(huì)發(fā)生以上各種現(xiàn)象，是因?yàn)樗袑?dǎo)體都是天線。它們把傳輸?shù)碾娔苻D(zhuǎn)變成電磁場(chǎng)，然后泄漏到廣闊的環(huán)境中。同時(shí)，它們也能把其周圍的電磁場(chǎng)轉(zhuǎn)變成傳導(dǎo)電信號(hào)。這是放之四海而皆準(zhǔn)的真理。因此，導(dǎo)體是信號(hào)產(chǎn)生輻射發(fā)射的主要原因，也是外來場(chǎng)使信號(hào)受到污染的原因（敏感度和抗擾度）。

2.2 導(dǎo)體的泄漏與天線效應(yīng)
電場(chǎng)（E）由導(dǎo)體上的電壓產(chǎn)生，磁場(chǎng)（M）由環(huán)路中流動(dòng)的電流產(chǎn)生。導(dǎo)體上的各種電信號(hào)均可產(chǎn)生磁場(chǎng)和電場(chǎng)，因此，所有導(dǎo)體都可將其上的電信號(hào)泄漏至外部環(huán)境中，同時(shí)也將外部場(chǎng)導(dǎo)入信號(hào)中。

在遠(yuǎn)大于所關(guān)心頻率的波長(zhǎng)（λ）的1/6 處，電場(chǎng)和磁場(chǎng)匯合成包含電場(chǎng)和磁場(chǎng)的完整電磁場(chǎng)（平面波）。例如：對(duì)于30MHz，平面波的轉(zhuǎn)折點(diǎn)在1.5m；對(duì)于300MHz，平面波的轉(zhuǎn)折點(diǎn)在150m；對(duì)于900MHz，平面波的轉(zhuǎn)折點(diǎn)在50m。因此隨著頻率的增加，僅僅把導(dǎo)體視為電場(chǎng)或磁場(chǎng)的發(fā)射和接收器是不夠的，如圖16 示。

隨頻率增加的另一個(gè)效應(yīng)是：當(dāng)波長(zhǎng)（λ）與導(dǎo)體的長(zhǎng)度比擬時(shí)，會(huì)發(fā)生諧振。這時(shí)信號(hào)信號(hào)幾乎可以 100%轉(zhuǎn)換成電磁場(chǎng)（或反之）。例如，標(biāo)準(zhǔn)的振子天線僅是一段導(dǎo)線，但當(dāng)其長(zhǎng)度為信號(hào)波長(zhǎng)的1/4 時(shí)，便是一個(gè)將信號(hào)轉(zhuǎn)變成場(chǎng)的極好的轉(zhuǎn)換器。雖然這是一個(gè)很簡(jiǎn)單的事實(shí)，但對(duì)于使用電纜及連接器的技術(shù)人員而言，認(rèn)識(shí)到所有的導(dǎo)體都是諧振天線這一點(diǎn)很重要。顯然，我們希望它們都是效率很低的天線。如果假定導(dǎo)體是一個(gè)振子天線（很適合我們的目的），我們就可以利用圖17 來幫助我們分析。

圖 17 電纜長(zhǎng)度與天線效率