抗干扰设计论文范文

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电子线路的干扰也就是在电子产品进行正常工作时，对自己或者是别的设备带来的影响，干扰包括很多方面，其中主要是温度的干扰、振动的干扰、湿度的干扰、声波的干扰以及电磁波的干扰等。同时干扰通常具有干扰源，它可能是设备本身带来的，也可能是设备外部系统带来的，其中电磁干扰在生活中比较常见，并且危害也比较大，不仅对设备周围的事物造成伤害，还容易对设备自身造成伤害。

2电子线路中常见的干扰

2.1电网的干扰

在电子线路常见到的干扰中，电网的干扰分布比较广泛，不仅在繁华的地区，在人烟稀少的地区也有电网的干扰。通常，电网的交流电通过进行整流，然后滤波以及稳压的工作为各种电子线路提供直流电源。在这个过程中，干扰信号和交流电源一块进入电子设备的系统中，导致电子线路出现故障，影响电子线路的正常工作。

2.2地线的干扰

地线的干扰在电子设备系统干扰中占主要部分。通常在电子设备系统中各个电子线路使用同一个直流电源，在这个过程中，各个地方的电子线路的电流都会经过同一个地电阻，这时会形成电压降，而电压降也就是各个电子设备的噪音干扰信号，这也就是地线的干扰。

2.3信号通道的干扰

随着我国经济的快速发展，信号通道的干扰逐渐被人们所关注。在进行远距离的测量工作或者通信工作中，由于距离很远，导致电子设备的输出以及输出信号都比较的长，然而线间却很近，所以信号在传递的过程中，容易受到信号线之间的串扰和电磁场的干扰等，导致传递的信号发生突变，影响电子线路的正常运行。

2.4空间电磁辐射的干扰

在一系列的干扰中，地线的干扰和电网的干扰对人们的影响比较严重，然后是信号通道的干扰和电磁辐射的干扰。对于空间电磁辐射的干扰，工作人员只要确保电子设备与干扰源的距离，并且采取相应的保护措施即可。

3解决电子线路中干扰线路设计法

3.1抗电网干扰的线路设计法

在电子线路中，抗电网的干扰措施可以参考图1。在这个过程中，工作人员主要要确保交流电的稳定，避免电源出现电压过剩或者电压不足的现象。同时选择合理的电源滤波器，消除串模的干扰，然后选择带有屏蔽层的变压器，来减少电容，避免高频信号的干扰，并且采取双T滤波器抑制频率的干扰，最后使用0.01—0.1uF的电容连到直流稳压的电路上来滤除高频的干扰，是电子设备能够正常的工作运营。

3.2抗地线干扰的线路设计法

在电子线路工作中，对于地线的干扰，工作人员可以采取以下措施：首先工作人员一定要使用一点接地的方法，也就是把各个线路整合到一起，从一个统一的地方进行接地处理。但是在印制电路板上由于使用此方法不太方面进行施工，因此工作人员可以采取串联接法来避免噪音的干扰，同时在安装的过程中可以把地线的宽度增大。其次对于强信号和弱信号的安装，一定要分开，保持一定的距离，最后在使用一点接地的方法。同时对于模拟地和数字地也要分开进行安装，避免交叉在一起。除此之外，工作人员一定采取合适的接地线，以便于减少接地电阻。

3.3抗信号通道干扰的线路设计法

在电子线路工作中，对于信号通道的干扰，工作人员主要采取两种措施：一种是双绞线传输，另一种是光电耦合传输。在双绞线传输工作中，工作人员首先选择好两条线，一个是信号线，另一个是地线。在电子线路的工作中使用这种方法，主要是为了避免信号地线的干扰、空间电磁的干扰以及线路之间的串扰等。通常在空间电磁场中，各个绞环里面所产生的感应电动势几乎是相同的。当使用双绞线传输时，每个线之间的感应电动势可以抵消。所以信号在传输的过程中，不会遭到干扰的破坏。除此之外，由于两条线上的信号电流方向相反，且大小相同，可以相互抵消，避免干扰的影响。对于噪音的干扰，工作人员可以采取光电耦合器进行解决。其中光敏三极管和发光二极管是它最重要的组成部分，把它们结合在一起，就能够有效地避免噪声的干扰。除此之外，若是电子设备的各个电路之间都设计成使用光电耦合器进行传输信号，那么即使进入的噪声的信号的内阻比较高，但由于光电耦合器的作用，会使噪音信号变小，因此只能产生微电流，不能够使二极管发光，因此也就阻止了信号地线上噪音的干扰。

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1.引言

码分多址（code division multiple acce-ss，CDMA）系统作为一个自干扰系统，它存在的多址干扰（Multiple Access Inter-ference，MAI）是限制CDMA系统容量和性能的主要因素。在抗MAI方面，近年的研究主要提出了多用户检测、扩频码设计和智能天线技术[1]。其中多用户检测和智能天线技术在对抗MAI方面效果较突出[2]。然而现有的多用户检测只在消除小区内干扰方面取得了较好的效果，而小区间的干扰问题没有解决，智能天线技术很好的解决了这一问题。因此，本文主要探讨基于智能天线与多用户检测技术的联合抗干扰技术。

2.联合抗干扰模型

智能天线分为圆阵和线阵两大类。圆阵与线阵相比，能提供俯仰角的估计，不仅能在水平面内全向扫描，也能产生最大值指向阵面法线方向的单波束方向图进行全向波束赋形，直接对准用户的接收端，还能通过自动调整各个阵元的加权因子，来控制其方向图。故论文以圆阵天线作为接收端的接收天线，以消除小区间干扰。

圆阵天线的阵因子为：

（1）

其中，An为激励电流的幅值，在此为一定值，所以讨论阵因子时它不作考虑。

是第n个单元的角位置，an为激励电流的相位，为了方便下面的讨论，这里我们假设an=0。

则由式（1）得：

（2）

（3）

式中：

，

天线的阵因子为：，，wi为各天线单元加权值。

阵列天线实质上是一个空域滤波器，但对小区内存在的干扰并无明显改善。因此，论文同时引入能有效消除小区内干扰的多用户检测技术。

为了与圆阵天线合理匹配，减小系统复杂度并减小背景噪声，我们选择了多用户检测中的线性变换方式的最小均方误差检测（MMSE）。

其基本思想是使第k个用户发送的信号与估计值的均误方差值最小。为了使接收端信号的判决比特与发送端传输比特bk之间的均方误差最小，现定义第k个用户的线性变换函数wk，满足：

（4）

令，K*K阶的矩阵表示K个用户之间的线性变换矩阵，则MMSE准则下的线性检测问题转换为：

（5）

要求矩阵W以满足上式，则令：

可以解得最小均误方差准则下的线性变换矩阵：

（6）

因此，MMSE线性检测器后的判决输出为：

（7）

3.仿真

利用Matlab进行仿真。联合抗干扰模型分为圆环阵列天线与MMSE检测两个部分。首先，在不考虑系统中所有用户的地理位置分布情况下，选择采用圆阵天线作为接收天线和不采用两种设置，设载波波长为，阵元间距d为载波波长的二分之一，即。圆环阵列天线的阵元数设为8，方位角为（-90o，90o），仰角为（0o，90o）。两种设置在天线接收信号后都采用MMSE最小均方误差法对输出信号进行判决。结果如图1所示。

由图1可知，只有MMSE检测的CDMA系统，信噪比从0dB达到8dB的这一过程中，误码率性能有所改善，但不明显。而引合抗干扰的CDMA系统，误码率性能已经大大下降，达到一个数量级以上。

图1 联合抗干扰引入前后CDMA系统误码率

和信噪比关系图

4.结论

论文论述了基于圆阵天线与MMSE检测的联合抗干扰技术。提出了使用八阵元圆环阵列天线作为接收天线，以MMSE检测作为检测算法的联合抗干扰模型。实验结果表明，引合抗干扰后，系统的误码率性能明显改善，系统容量从而得到了提升。

参考文献

[1]Guerci J.R.，Driscoll T.，Hannigan R.，etc..Next Generation Affordable Smart Antennas[J].Microwave Journal，2014，57（1）：24-40.

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[论文摘要]研究分析电磁干扰产生的原因、特点及干扰对电力远动系统的影响，从设计的角度对铁路电力远动监控系统进行抗干扰分析研究。

抗干扰设计是电力远动监控系统安全运行的一个重要组成部分，在研制综合自动化系统的过程中，如果不充分考虑可靠性问题，在强电场干扰下，很容易出现差错，使整个电力远动监控系统无法正常运行或出错误（误跳闸事故等），无法向站场和区间供电，影响铁路行车安全。

一、电磁干扰产生的原因及特点

（一）传导瞬变和高频干扰

1．由于雷击、断路器操作和短路故障等引起的浪涌和高频瞬变电压或电流通过变（配）电所二次侧进入远动终端设备，对设备正常运行产生干扰，严重还可损坏电路。2．由电磁继电器的通断引起的瞬变干扰，电压幅值高，时间短、重复率高，相当于一连串脉冲群。3．铁路电力供电中，特别是现代高速铁路对电力要求都比较高，一般都是几路电源供电，母线投切转换比较频繁，振荡波出现的次数较多。

（二）场的干扰

1．正常情况下的稳态磁场和短路事故时的暂态磁场两种，特别是短路事故时的磁场对显示器等影响比较大。2．由于断路器的操作或短路事故、雷击等引起的脉冲磁场。3．变电所中的隔离开关和高压柜手车在操作时产生的阻尼振荡瞬变过程，也产生一定的磁场。4．无线通信、对讲机等辐射电磁场对远动终端会产生一定的干扰，铁路中继站通常会和通信站在一处，通信发射塔对中继站电力远动终端设备的干扰比较大。

（三）对通信线路的干扰

1．铁路变电所远动终端的数据由串口通信经双绞线进入车站通信站，再经过转换成光信号沿铁通专用通信光缆送至电力远动调度中心，遥信和遥控数据在变电所到通信站的过程走的是电信号，由于变电所高低压进出线缆很多，远动终端受的干扰比较大。2．中继站一般距铁路都比较近，列车通过时的振动对远动终端设备有一定的干扰。

（四）继电器本身原因

继电器本身可能由于某种原因一次性未合到位而产生干扰的振动信号，或负荷开关、断路器、隔离开关等二次侧产生振动信号。

二、干扰对电力远动系统的影响

无论交流电源供电还是直流供电，电源与干扰源之间耦合通道都相对较多，很容易影响到远动终端设备，包括要害的CPU；模拟量输入受干扰，可能会造成采样数据的错误，影响精度和计量的准确性，还可能会引起微机保护误动、损坏远动终端设备和微机保护部分元器件；开关量输入、输出通道受干扰，可能会导致微机和远动终端判断错误，远动调试终端数据错误远动终端CPU受干扰会导致CPU工作不正常，无法正常工作，还可能会导致远动终端程序受到破坏。

三、抗干扰设计分析

（一）屏蔽措施

1．高压设备与远动终端输入、输出采用有铠装（屏蔽层）的电缆，电缆钢铠两端接地，这样可以在很大程度上减小耦合感应电压。2．在选择变电所和中继站电力设备时尽量选设有专门屏蔽层的互感器，也有利于防止高频干扰进入远动终端设备内部。3．在远动终端设备的输入端子上对地接一耐高压的小电容，可以有效抑制外部高频干扰。

（二）系统接地设计

1．一次系统接地主要是为了防雷、中性点接地、保护设备，合适的接地系统可以有效的保障设备安全运行，对于断路器柜接地处要增加接地扁铁和接地极的数量，设备接地处增加增加接地网络互接线，降低接地网中瞬变电位差，提高对二次设备的电磁兼容，减少对远动终端的干扰。2.二次系统接地分为安全接地和工作接地，安全接地主要是为了避免工作人员因设备绝缘损坏或绝缘降低时，遭受触电危险和保证设备安全，将设备外壳接地，接地线采用多股铜软线，导电性好、接地牢固可靠，安全接地网可以和一次设备的接地网相连；工作接地是为了给电子设备、微机控制系统和保护装置一个电位基准，保证其可靠运行，防止地环流干扰。

3．由于高低压柜本身都是多都是采用镀锌薄钢板材料，本身也有屏蔽作用，将高低高柜都可靠接地。4．远动终端微机电源地和数字地不与机壳外壳相连，这样可以减小电源线同机壳之间的分布电容，提高抗共模干扰的能力，可明显提高电力远动监控系统的安全性、可靠性。

（三）采取良好的隔离措施

1．为避免远动终端自身电源干扰采取隔离变压器，电源高频噪声主要是通过变压器初、次级寄生电容耦合，隔离变压器初级和次级之间由屏蔽层隔离，分布电容小，可提高抗共模干扰的能力。2．电力远动监控系统开关量的输入主要断路器、隔离开关、负荷开关的辅助触点和电力调压器分接头位置等，开关量的输出主要是对断路器、负荷开关和电力调压器分接头的控制。3．信号电缆尽量避开电力电缆，在印刷远动终端的电路板布线时注意避免互感。4．采用光电耦合隔离，光电耦合器的输入阻抗很小，而干扰源内阻大，且输入/输出回路之间分布电容极小，绝缘电阻很大，因此回路一侧的干扰很难通过光耦送到另一侧去，能有效地防止干扰从过程通道进入主CPU。

（四）滤波器的设计

1．采用低通滤波去高次谐波。2．采用双端对称输入来抑制共模干扰，软件采用离散的采集方式，并选用相应的数字滤波技术。

（五）分散独立功能块供电，每个功能块均设单独的电压过载保护，不会因某块稳压电源故障而使整个系统破坏，也减少了公共阻抗的相互耦合及公共电源的耦合，大大提高供电的可靠性。

（六）数据采集抗干扰设计

1．在信息量采集时，取消专门的变送器屏柜，将变送器部分封装在RTU内，减少中间环节，这样可以减少变送器部分输出的弱电流电路的长度。2．遥信由于合闸一次不到位或由于二次侧振动而产生的误遥信干扰信号，并且还会产生尖脉冲信号，也可能对遥信回路产生干扰误遥信号。

（七）过程通道抗干扰设计

（八）印刷电路板设计。在印刷电路板设计中尽量将数字电路地和模拟地电路地分开；电源输入端跨接10～100μF的电解电容。

（九）控制状态位的干扰设计

（十）程序运行失常的抗干扰设计

（十一）单片机软件的抗干扰设计

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论文摘要:文章结合笔者多年实际工程经验,介绍了我国微机继电保护技术的特点,针对目前我国微机保护的常见故障和抗干扰技术进行了分析,对微机继保未来的发展提出了相关看法。

继电保护技术主要是针对电力系统故障和危及安全运行的异常工况,以探讨其对策的反事故自动化措施。当电力系统发生故障或异常工况时,在可能实现的最短时间和最小区域内,自动将故障设备从系统中切除,或发出信号由值班人员消除异常工况根源,以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响,其重要性可见一斑。

微机继电保护指的是以数字式计算机(包括微型机)为基础而构成的继电保护。微机保护装置硬件包括微处理器(单片机)为核心,配以输入、输出通道,人机接口和通讯接口等。该系统广泛应用于电力、石化、矿山冶炼、铁路以及民用建筑等。

本文根据笔者多年实际工程经验分析一下电力系统微机继电保护技术的技术特点、现状和发展趋势。

1.主要技术特点

研究和实践证明,与传统的继电保护相比较,微机保护有许多优点,其主要特点如下[1]:

(1)改善和提高继电保护的动作特征和性能,动作正确率高。主要表现在能得到常规保护不易获得的特性;其很强的记忆力能更好地实现故障分量保护。

(2)可以方便地扩充其他辅助功能。如故障录波、波形分析等,可以方便地附加低频减载、自动重合闸、故障录波、故障测距等功能。

(3)由软件实现的动作特性和保护逻辑功能不受温度变化、电源波动、使用年限的影响。

(4)简洁可靠地获取信息,通过串行口同PC通信就地或远方控制。

(5)采用标准的通信协议(开放的通信体系),使装置能够同上位机系统通信。

2.常见故障分析

(1)硬件故障

主要有:按键失灵、显示屏显示不正常、插件损坏等等。

可能的原因有:运行时间太久使得按键机械部分接触不良导致按键失灵,或者是设备内部连接线损坏导致按键失灵;显示屏液晶面板受潮或受到损坏,显示芯片损坏;插件问题可能是插件电路电容长时间运行损坏,电源芯片损坏等原因造成。

(2)软件故障[1]

某变电所主变压器采用的是WBZ-1201D,保护运行时,所有报告均由人机对话模件收集显示或打印机输出。在运行过程中,出现过这种情况而无法解决:保护屏上显示“有报告”,但人机对话模件上未显示“报告”内容,且打印机亦未工作。

(3)安装问题[2]

安装保护设备时要注意防高压。安装时要找厂家协商,在保护装置入口或适当的地方安装防高压装置,防止高压电窜入低压回路,烧毁插件板。鹤矿热电厂就曾烧坏过三个插件板。

在二次回路接线时要将电流互感器的二次接线和微机保护内的二次接线一并考虑,否则可能出现电流互感器二次开路现象。有时厂家来的高压开关柜电流互感器的内部接线已经完成,但个别出现反极性的情况,进而出现保护误动,所以在调试时开关柜内部接线也应检查。

3.抗干扰

继电保护的抗干扰是指继电保护装置在投入实际运行时,既不受周围电磁环境的影响,又不影响周围环境,并能按设计要求正常工作的能力。

按干扰的形态可分为共模干扰、差模干扰两种。共模干扰发生于保护装置电路中某点各导线对与接地或外壳之间的干扰;差模干扰是发生在电路各导线之间的干扰,是与信号传递途径相同的一种干扰。保护装置接收这种干扰的能力和接收信号的能力完全相同。

按干扰的危害性可分两种,一是引起保护装置不正确动作的干扰,低频差模常属于这一类。二是引起设备损坏的干扰。由于高压网络的操作或雷电引起的高频振荡,最容易造成保护装置元件和二次回路的损坏。这种干扰常属于共模干扰。

减少各种干扰对继电保护或其它二次设备影响,可以考虑采取以下措施。

(1)硬件抗干扰

屏蔽和隔离相结合。电磁屏蔽是通过切断电磁能量从空间传播的路径来消除电磁干扰的。保护柜用铁质材料做成,以实现对电场和磁场的屏蔽,在电场很强的场合,可以考虑在铁壳内加装铜网衬里或用铝板做屏蔽体。隔离既可使测控装置与现场保持信号联系,又不直接发生电的联系。

(2)软件抗干扰

接入RC滤波器。对于微机保护,在印制板布线设计时应使强、弱信号电路之间有一定的距离,避免平行,在每芯片的电源与零序之间应加抗干扰电容,在交流和直流入口处应接入RC滤波器等。

对外部二次回路的设计采取必要的抗干扰措施。如降低干扰源和干扰对象之间的耦合电容和电感;降低屏蔽层的阻抗值;降低二次回路附近的电气值等等。

此外,保护装置的模拟输入量之间存在着某些可以利用的规律。如果由于干扰导致输入采样值出错,可以取消不能通过检查的采样值,等干扰脉冲过去,数据恢复正常后再恢复工作。

4.微机保护的发展

微机保护装置在国内应用已有近二十年历史了,微机保护产品的发展也经历了几代,可以说,无论是国际品牌或国内知名厂家,其保护产品从原理到生产技术都已经非常成熟了。但是这些微机继保装置还是或多或少的存在一些缺陷,时代的发展,技术的进步,对微机保护也提出了更高的要求。

(1)更趋自动化、智能化

随着我国智能电网概念的提出和相关技术标准的制定,智能电网相应配套的关键技术和系统也需要加快研发速度。

对于继电保护技术来讲,一方面,可以深入挖掘智能技术如神经网络、遗传算法、进化规划模糊逻辑等在微机保护方面的应用前景,将技术转化为生产力,以解决常规技术难以解决的实际问题。

(2)提高微机保护的设备管理和事件记录功能

现在的微机保护,除了应完成保护、测控、通信一体化功能外,还应能提供被保护设备的日常管理和事件记录。这些设备管理包括断路器的分闸、合闸次数,累计故障次数、断路器动作时间监视、断路器开断电流水平,断路器触头寿命、设备累计停电时间、设备累计运行时间、设备检修记录、分区段平均负荷电流、日最大负荷电流、日平均负荷电流、累计电度等。对变压器保护测控装置,如果有油温、压力等模拟量接入,还可进一步监视变压器的其它运行工况。

5.结语

随着我国智能化电网建设的一步步深入,变电站综合自动化技术的提高,数字式微机测控保护装置逐渐取代了传统模式,同时由传统的保护、测控单一实现方式向整合型转化即在同一平台上实现微机保护、测量监控及设备的管理和传动。

可以预见,未来的微机保护系统将会使更加人性化、自动化、智能化,将会为确保我国电力系统的安全稳定运行,确保国民经济的快速持续增长发挥更大的作用。