頻譜利用及潛在的干擾分析

日常生活中常用的頻率范圍，包括交流電源頻率、音頻、長(cháng)、中、短波收音機占有的頻段、調頻及電視廣播、蜂窩電話(huà)常用的900MHz 及1.8GHz。但實(shí)際的頻譜遠比這擁擠得多，9KHz 以上的頻段幾乎都被用于特定的場(chǎng)合。隨著(zhù)微波技術(shù)廣泛應用于日常生活，該圖中所示的頻率也很快將擴展至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高的諧波頻率范圍內均可發(fā)射開(kāi)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(xiàn)性或開(kāi)關(guān)模式）由于其50 或60Hz 橋式整流所產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)噪聲，通常在數MHz 頻率以下不能滿(mǎn)足傳導發(fā)射的限制要求?？煽毓柚绷麟姍C驅動(dòng)裝置及交流移相控制系統所產(chǎn)生的噪聲也大致如此。這些噪聲極易干擾中長(cháng)波和部分短波廣播。
開(kāi)關(guān)電源的工作基頻一般在2kHz 至500kHz 之間。開(kāi)關(guān)電源在其工作頻率1000 倍的頻率處仍具有很強的發(fā)射是常見(jiàn)的。圖15 給出了個(gè)人計算機中常用的頻率為70kHz 的開(kāi)關(guān)電源的發(fā)射頻譜。這將干擾包括調頻廣播在內的廣播通信。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(guò)發(fā)射極限值。目前，由于個(gè)人計算機采用400MHz 甚至1GHz 以上的時(shí)鐘頻率，因此數字技術(shù)必然會(huì )對高端頻譜產(chǎn)生干擾。
之所以會(huì )發(fā)生以上各種現象，是因為所有導體都是天線(xiàn)。它們把傳輸的電能轉變成電磁場(chǎng)，然后泄漏到廣闊的環(huán)境中。同時(shí)，它們也能把其周?chē)碾姶艌?chǎng)轉變成傳導電信號。這是放之四海而皆準的真理。因此，導體是信號產(chǎn)生輻射發(fā)射的主要原因，也是外來(lái)場(chǎng)使信號受到污染的原因（敏感度和抗擾度）。

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

在遠大于所關(guān)心頻率的波長(cháng)（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：對于30MHz，平面波的轉折點(diǎn)在1.5m；對于300MHz，平面波的轉折點(diǎn)在150m；對于900MHz，平面波的轉折點(diǎn)在50m。因此隨著(zhù)頻率的增加，僅僅把導體視為電場(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)效應是：當波長(cháng)（λ）與導體的長(cháng)度比擬時(shí)，會(huì )發(fā)生諧振。這時(shí)信號信號幾乎可以 100%轉換成電磁場(chǎng)（或反之）。例如，標準的振子天線(xiàn)僅是一段導線(xiàn)，但當其長(cháng)度為信號波長(cháng)的1/4 時(shí)，便是一個(gè)將信號轉變成場(chǎng)的極好的轉換器。雖然這是一個(gè)很簡(jiǎn)單的事實(shí)，但對于使用電纜及連接器的技術(shù)人員而言，認識到所有的導體都是諧振天線(xiàn)這一點(diǎn)很重要。顯然，我們希望它們都是效率很低的天線(xiàn)。如果假定導體是一個(gè)振子天線(xiàn)（很適合我們的目的），我們就可以利用圖17 來(lái)幫助我們分析。

圖 17 電纜長(cháng)度與天線(xiàn)效率