抗辐射集成电路概论范文篇1

高宝线是一种涂覆介质的单金属传输线，主要应用于高频电磁波的传输与传感领域。结合超材料技术制作出的平面高宝线能够在微波与太赫兹波频段高效激发伪表面等离子体激元，具有高效传输与高灵敏传感特性。介绍了近些年来国内外高宝线的研究进展，综合概述其主要结构的设计方法，分析其测试与仿真结果，并且简要介绍了高宝线的未来发展趋势以及潜在应用。

关键词：

高宝线；传感器件；传输效率；表面等离子体激元

中图分类号：O441文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.10055630.2016.06.016

Abstract：

Goubaulineiscomposedofasinglewirecoatedwithdielectricmaterialswhichisusedassensorandtransmissionlineforhighfrequency.PlanarGoubaulinesmadebymetamaterialtechnologycouldexcitespoofsurfaceplasmonpolaritionseffectivelyinmicrowaveandterahertzregionswhichhavepotentialapplicationsonhigheffectiveonchiptransmissionofmicrowaveandterahertzradiationsandhighperformancesensors.InthisreviewpaperweintroducetheresearchprogressofGoubaulinesinrecentyears，summarizethedesignmethodologies，analyzethemeasurementandsimulationresults，andfinallydescribethedevelopmenttrendandpotentialapplicationsoftheplanarGoubaulines.

Keywords：

Goubauline；sensor；transmissionefficiency；spoofsurfacepolaritons

引言

高线（Goubauline）是由Sommerfeld[1]首次提出，Goubau[2]最终经实验设计出的一种应用于高频电磁波的传输线，其典型结构是在单根导体表面涂覆介质材料，电磁波以表面波的形式在导体表面高效传播。同时由于在高宝线上传导的电磁波依附在导体表面区域，可提高电磁波与物质的相互作用面，因此高宝线可用于高灵敏传感[3]。相较其他种类的传输线，高宝线的一个显著优点在于其在高频部分有更低的介质损耗，这能够解决双平行线和同轴电缆在高频部分损耗过大的问题。此外，高宝线更像是一种波导，而不是应用于电路中的传输线路。相比于空间电磁波，高宝线上传输的电磁波群速度要小，这会导致波前轻微弯曲并指向高宝线的中心导体，这会让电磁波依附在介质表面，因此高宝线激发的表面波具有局域性[4]。这种表面局域性让它具有高效的传感性能，因此在超分辨成像[5]、电磁诱导透明[67]和生物检测[7]等领域具有广阔的应用前景。由于它是单线传输器件，便于与其他发射与探测器件连接，所以相较于微带线与带状线，它在集成能力方面具有显著的优势。

高宝线的传输效率与传感效率是其实现广泛应用的关键。传感效率决定于高宝线上表面波的局域性。局域性越强，传感灵敏度越高。但是增强表面局域性会使高宝线的端口阻抗增大，与双线传输常用的50Ω端口阻抗产生阻抗失配问题。因此，如何在不影响传输效率的前提下，增强高宝线上表面波的局域性是一个非常重要的问题。常用的方法是使用一个转换结构，例如最简单的办法是采用λ/4阶梯式阻抗变换器[8]，配合使用并联补偿短路线来消抗，但是这种方法只能补偿单频点的阻抗失配问题。更普遍的办法是采用锥状渐变线[3]，通过对不同频率在锥状渐变线的不同部位产生的阻抗变换，来进行宽频传输。但是传统的做法无法提高表面波的传感效率，必须借助其他方法在不影响其传输效率的情况下提高其传感性能。

本文结合最近十多年国内外高宝线的研究进展，综合概述其主要结构设计要点，分析其测试与仿真结果，重点分析了高宝线研究中的三个重要设计方法。

1高宝线研究进展

1.1高宝线平面化

诞生于20世纪50年代的高宝线，由于缺乏有效的转换结构，其应用受到严重限制。要将高宝线集成化，首先要将高宝线平面化。2005年，Treizebré等[9]提出的平面高宝线结构实现了高宝线的平面化。如图1（a）所示，平面高宝线结构整体划分为三个部分：I部分是为了能与同轴电缆端接，共面波导端口设计为50Ω；II部分是转换结构，采用渐开地平面，将共面波导传输的准TEM（横电磁波）模式转换为高宝模式；III部分是高宝线传输模式，主要支持高宝模式的传输。

平面高宝线传输特性测试结果如图1（b）所示，在140～220GHz的范围内，有-10～-5dB的透过率，而且随着频率的上升，介质损耗的增加会导致透过率缓慢线性降低。同时反射回端口的能量S11在很大的范围内低于-10dB，大约只有10%的能量反射回入射端。从仿真与实验结果也可以看出，两者是能够相符的。

可以看出平面高宝线结构能较好地实现高宝模式的传输，但是我们通过透过能量S21可以看出，该结构的能量传输效率只有约32%，其传输效率太低，但是其提出的平面高宝线结构为后续的结构优化打下了基础。

1.2槽型高宝线结构增强表面波表面局域性

平面高宝线的平面构型得益于微电子加工技术，虽然各种精细结构能够被方便地制造出来，但是其传感精度的提高一直受到制约。要提高其传感精度，必须提高其表面局域性。借助超材料技术，在高宝模式的基础上激发出伪表面等离子体激元[10]，从而增强传输电磁场的表面局域性。

超材料技术能够在微波、太赫兹等低于可见光与近红外电磁波频段激发出表面等离子体激元[11]。借助超材料技术实现的表面等离子体激元称之为伪表面等离子体激元。常用的超材料在其金属表面刻蚀有周期性、亚波长尺度的孔洞[12]。2012年Laurette等[13]提出了如图2（a）所示的槽型高宝线结构，其传输特性的测试结果如图2（b）所示。在低频段，槽型高宝线与平面高宝线无太大区别，因为此时衬底辐射模很小，电磁波被很好地依附在金属表面；在高频段，槽型高宝线的透过率要高于平面高宝线，这是由于槽型高宝线能够抑制平面高宝线的衬底辐射模，辐射能量损失减小，如图2（c）所示，由图可知，随着中心线深R的增加，衬底辐射模的抑制效果增强，间接地说明了其表面局域性增强。

从图2（b）中可以看出，不论是平面高宝线还是槽型高宝线，在主要传输频段依旧还是只有-5dB的能量能够透过，不能实现高效传输，而且还存在严重的阻抗失配问题。

1.3转换结构的优化设计

槽型高宝线的提出为高宝线的优化设计提供了新的思路。整体结构的设计主要分为三个部分：共面波导端口、转换结构和高宝线主体传输结构。从Treizebré等[9]的测试结果可以知道大约有10%的能量反射回入射端口，这是由于高宝线与共面波导的阻抗失配所导致，阻抗失配的另一种表现形式是波矢的失配问题。若能够解决这一问题，高宝线结构的传输特性会有很大的改善，而且不会影响槽型高宝线固有的传感效率。

2014年Ma等[14]提出，在转换结构中采用信号线上两端开槽且槽深线性渐变的结构，如图3（a）所示，该结构具有宽频匹配的特点[15]。在转换结构中，渐变槽深被用来消除共面波导与槽型高宝线的波矢失配问题，不同槽型的传输色散曲线可表示为

式中：k0樽杂煽占洳ㄊ福kx为沿传播方向（x轴）的波矢；a为槽宽；p为单元结构的长度；h为设计的槽深。

图3（a）为渐变槽结构，这种匹配结构的设计思想是应用渐变槽深来削弱波矢失配引起的反射。图3（b）为不同槽深的色散曲线，对于同一频点，槽越深，波矢越大，也就表示槽中激发出的伪表面等离子体传播得越慢，局域于金属表面能力越强。在拥有渐变槽深的转换结构情况下，槽与槽之间波矢失配的程度远远小于没有渐变槽深的情况。由图3（c）可知，匹配的情况下，在转换结构区间内，波矢是逐渐增大的，在没有匹配的情况下，波矢在共面波导（CPW）与转换结构的端接处波矢瞬间跳变。

有渐变与无渐变的槽型高宝线S参数仿真结果如图4（a）所示，若转换结构中渐变槽深过渡区不存在，我们可以发现整体结构的反射高于-3dB，这意味着超过50%的能量被反射；若存在渐变槽深，在6～12GHz，表征反射回端口的能量参数S11低于-10dB，表征透过整个结构的能量参数S21高于-0.6dB，整体结构表现出良好的透过率。高宝线S参数的测试结果如图4（b），4（c）所示，与仿真的S参数结果一致。仿真与测试结果都表明，槽型高宝线的截止频率均为12.38GHz，与图3（b）色散曲线分析的结果相符。

2高宝线的实际应用

自平面高宝线提出以来，一系列基于该结构的无源器件逐步出现，高宝线的单线传输特点不仅解决了阻抗失配问题，而且具有很广阔的应用前景。2010年，Treizebre等[16]制作出超高频高宝线谐振腔。长期以来因为超高频谐振腔结构的尺寸必须低于100μm，在微带线或带状线中难以集成，因此高分辨率的超高频谐振腔一直受到研究者的关注。此外，此类谐振腔要具备高频率和高空间分辨率的响应，减小谐振腔的尺寸是关键，因此在传统双线传输的结构上更难以实现。而高宝线结合平面螺旋开口谐振环，能够很方便地设计和制备出具有高分辨率的集成传输传感结构。

2013年，Duponchel等[17]研发出应用于太赫兹频段基于平面高宝线微流体检测系统。太赫兹波谱系

统是一种能进行实时生物分析的有效工具，但是由于水在太赫兹频段具有强烈的吸收，在该波段与水有关的生物特性研究必须遵守微量的原则，因此利用传统的太赫兹波谱系统对水溶液进行研究就十分困难。而平面高宝线技术与微流控、网络分析仪技术结合的方案能够很好地解决这个问题。

3结论

由于高宝线具有单线传输、能够传输表面波和便于与其他平面器件结合的特性，其在传输传感器件的研究领域一直备受关注。本文介绍了近十几年来高宝线的研究情况，着重概述对高宝线实际应用起到跨越性作用的三个重要研究成果，三个成果分别为平面化高宝线，槽型高宝线和转换结构中渐变槽深设计。分析其设计思想、仿真与测试结果，从理论和实验两个方面分析各个成果的促进作用。应用上述三个成果的设计思想能够设计出高效传输、传感的高宝线。可以预见，高宝线必将在微波与太赫兹等波段集成化设备中得到广泛的应用，高宝线也正朝着更轻便，更易于集成，更高效传输，更灵敏的传感效率的方向发展。在不久的将来，能够将石墨烯等先进的纳米技术应用于高宝线，伴随而来的是全新的思路以及结构更复杂、性能更优异、集成度更高的毫米波传输传感器件。更重要的是，伴随着漏波天线等天线技术的发展，该类易于与天线结构对接的平面高宝线结构具有很大的集成优势。

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抗辐射集成电路概论范文

论文关键词:智能天线无线通信空分多址自适应天线应用

论文摘要:采用数字信号处理技术形成定向波束的智能天线，引起了无线通信工程技术人员的极大重视。作者在对天线传统认识的基础上阐述了智能天线的基本概念、特点、实现方法和应用前景。

一、概述

天线是实现电磁波传播的必备器件:信号发射端利用天线实现电磁波辐射，信号接收端利用天线实现电磁波感应。因此，不论何种通信系统，只要它采用无线传输方式，就必须使用天线，而不论该系统采用的工作频率是多少，属于何种频段，也不论采用什么多址技术或者什么调制技术。

随着通信的发展和技术的进步，对所用器件、部件的要求也越来越高。智能天线正是适应通信发展而产生的新事物——在无线接入系统、卫星通信系统和移动通信系统(不论在公众通信网中，还是在专用通信网中)以及军事通信等系统中，均有其重要应用，并由此而带来诸如抗干扰能力、频率利用率等性能大幅度提高的一系列优点。

尽管智能天线还是起着电磁波的辐射和感应作用，但是，智能天线是一个崭新的概念。

二、常规天线与智能天线

按照分类方法不同，常规天线(下文称天线)有众多的分类。例如，若按振子形状分类，天线可分为线状天线和面状天线:后者有抛物面天线，卡什格仑赋形天线等(用于微波频段);前者有布朗天线、J形天线、折合振子天线、八木天线、鞭状天线、螺旋天线、菱形天线等(常用于特高频、甚高频、短波频段)。若按方向性图分类，天线又可分为无方向性天线(即全向性天线)和定向性天线:前者如外露偶极子天线、共轴天线等，其特点是当它们用于信号发射时，不论收信用户位于何处，发射能量通过天线能作3600均匀分布;诸如角反射天线、角形反射器天线等则属于定向性天线。此类天线在一定方向上形成信号的发射或接收，能量的有效性较高。若按材料分，又有金属天线和介质天线之分。若按电场强度方向分类，天线又有垂直极化、水平极化等之分。当然，天线还有其它的分类方法，我们不一一例举。但无论怎么说，通信天线的构成比较简单，即使将用于与发射机、接收机相连的馈线算入，构成“天馈线系统”，但是，它依然是一个简单系统。

智能天线则是一个复杂的系统，而且随着性能要求的提高，智能天线也越加复杂。可以认为智能天线是从自适应天线发展起来的，但是二者之间有着显著的差异:自适应天线主要用于雷达系统的干扰抵消，而且是干扰信号强度特大，数量又不多的场合。在无线通信系统中，主要基于多径传播的干扰，其幅度一般较小，但数量往往很大，尤其是电波在城市地面传播时更是如此。这些差异导致在方向性图的形成上，或者说在信号的处理上有着各自的特色。既然智能天线从自适应天线发展而来，所以智能天线有着与自适应天线相类似的结构，用于信号接收时的智能天线结构图见图1。就是说，智能天线是由一个天线阵列和一组波束形成网络(亦称聚束网络)联合构成的系统。所以，从硬件构成来看，将智能天线称为“智能天线系统”是可以理解的。

用于收、发信侧的智能天线结构是相仿的，其工作原理也一致。这里以发送用智能天线为例，说明其波束形成原理。将待发射的各路信号S1(t)，S2(t)……SM(t)组合成M维信号集合:S(t)=[S1(t)，S2(t)…SM(t)]T，再在N×M矩阵网络中实现复数加权系数W加权，得到一个N维的阵列输出信号:

X(t)=W×S(t)(1)

其中，X(t)=[X1(t)，X2(t)…XN(t)]T。

若智能天线的天线阵列的方向性函数为fN(θ)，且当天线阵列选定以后，它就为定值。则X(t)将在天线远区场产生的场强

E(θ，t)=∑XN(t)·fN(θ)(2)

若要将信号SM(t)发向接收方，只需修改加权网络加权系数W为WNM即可实现该信号的辐射方向性图。即E(θ，t)可进一步写成

显然，只要调节WNM就能获得所需方向波束。智能天线的天线阵列是由多个(例如5、6个甚至更多)单元天线排列成一定形式形成的，常用形式有平面形、圆环形、直线形。从工程上考虑，这些单元天线方向性图常是无方向性的，其相互间距也需满足一定要求。例如在移动通信中使用时，各单元天线间距常取为λ2(λ为工作波长)。

智能天线波束形成网络的作用是在天线阵列支援下，形成一系列极窄的信号传输通路——空间波道，又称波束(Beam)，即在收、发两端之间形成一条极窄的信号通道。例如，当智能天线用于无线接入系统时，可以在基站(或中心站、转发站)和用户之间形成极窄的无线电波束通道。当智能天线用于移动通信和个人通信中时，这个极窄的波束能随着用户移动而移动。显然，极窄波束的应用能提高发信功率的有效性，还能提高信号传输的信号干扰比。或者说，在保证接收端信号干扰比不变的条件下，发信端功率可以大幅度降低。

这个极窄波束的实用，也形成了多址技术的第四种概念——空分多址(SDMA)，而且这个SDMA可以和其它多址技术以及它们的混合联合使用。即在采用智能天线后，系统能在相同时隙、相同频率、相同地址码情况下，用户仍可以根据信号不同的空间波束——空间传播路径加以区分。

值得重提的是，形成一定指向的空间波束是众多的无方向性天线和波束形成网络的联合作用，而且空间波束的指向依据用户的不同空间传播方向而决定。这个具有一定指向的空间波束等同于信号有线传输的线缆如光缆、同轴电缆。

智能天线能实用于无线通信系统，而不论它们是公众网还是专用网，也不论该系统采用何种技术标准。智能天线能适用于几乎所有移动通信协议和标准的情况，见表1。有些协议或标准甚至至今还未正式形成产品，例如cdma2000、TD-SCDMA，这种情况说明智能天线适用范围很广。

SDMA的实用也促使了系统频率利用率的提高以及频率管理、频率配置难度的降低。例如在移动通信中，同一基站范围内的相同载频可以多次复用而不必虑及同频干扰(这就大大地降低了频率配置的难度)。而且不同指向的波束越窄，同频复用系数可以越大，系统的频率利用率就越提高，系统容量越大。同一小区两个手机用户同时占用同一频道时，智能天线形成的方向性图见图2。图中，智能天线形成的两个主波束分别对准这两个用户(而不会产生同频干扰)，其它方向的增益却很小，这就保证了主波束增益可以做得很高，周围的干扰(包括同频干扰、邻频干扰、近端对远端比干扰等)和噪声的影响可以降低到很小。

采用智能天线后，同无线区不仅可以安排相邻或邻近频率，甚至还可实现同频复用，这极大地降低了无线电管理部门在频率配置和干扰管理上的难度，所以无委力主智能天线早日投入使用。

智能天线的应用还可以极大地增强设备供应商的竞争能力，并且智能天线不受调制方式和空中接口协议的限制，它们能与现有的空中接口方式相适应。智能天线的核心技术是波束形成，并主要由波束形成网络实现。

当智能天线为某个具体用户服务时，利用天线阵列发射或接收无线电波，利用波束形成网络中的某些部分对用户形成极窄的波束指向，而在其它方向上，智能天线能自适应地控制其方向性图为零，这种性能又称为自适应调零功能。正是利用这种功能，可以将智能天线的副瓣或零信号区(也称零陷区)的幅度基本抑制掉，这也造就了智能天线有极好的抗干扰性能。

只要能把主波束做得极细，同一基站(或中心站)主波束数能做得足够多，副瓣也能完全被抑制掉，那么，智能天线的应用至少在理论上解决了众多无线通信频率资源不足的难题。因此，不论在欧日联合提出的第三代移动通信方案W-CDMA中，或是我国提出的第三代移动通信方案TD-SCDMA方案中都把智能天线作为特征技术阐述在内，这是有道理的。就是在专用通信网中，这个特点也有着重要意义。我们以815~821MHz(移动台发)和860~866MHz(基站发)这一集群系统专用频段为例说明这一问题。这一频段虽可划分成240个双向通，但由于集群系统性能优越，特别是它的调度功能强大，因而该系统特别受专用通信网欢迎，许多系统诸如电力、人防、交通、港口、民航等都想发展该系统，从而导致频谱紧张。但是，一旦集群系统采用智能天线以后，频谱紧张这一问题将迎刃而解。

三、智能天线系统的构成

智能天线之所以能具备这些优良性能，这同其系统构成有关，特别是波束形成网络。波束形成网络构成复杂，大体上可分为网络处理系统和网络控制系统两部分，依照网络处理和网络控制的工作原理、结构不同，智能天线可分成波束切换型和自适应阵列两种类型。

波束切换型是指，智能天线能形成多少个空间波束一空间信道事先就已确定，这个确定既包括波束指向，也包括数量。确切地说，这类天线的波束数量有限。当智能天线服务于某用户时，系统能自动从有限波束中选择一个或几个的组合以服务于该用户，而不管所选波束的最大指向是否对准用户，也就是说用户虽处在所选波束作用范围，却有可能不在最大方向上。而且，当用户在移动时波束却是固定的，在用户移动到这种另一波束上时，系统会由此波束切换到另一波束上。基于相同原因，另一波束也不保证其最大指向随时指向用户，这些特点构成了这类智能天线的缺点，但是这类天线结构简单。

自适应阵列型智能天线能形成无限多波束，并能使用户始终得到波束的最大指向。当用户移动时，波束也能作自适应改变。显然，这种类型的智能天线性能最佳，但其网络控制系统相当复杂，还要求系统的实时性好，即要求处理网络在软件上需要有收敛速度快、精度高的自适应算法，以能快速调整波束的复数加权参数W。

目前，智能天线网络系统使用的算法有最小、最大信号比、最小偏差等。它们又各有特点，因而在实际系统中常需要并用，以取长补短，特别是在移动通信和个人通信中。这是因为在这两种通信系统中，电波传播主要在地面，而地面的电波传播环境很恶劣。基于智能天线性能极大地依赖于网络系统软件特性，因此智能天线也被称作“软件天线”。

早期智能天线的波束形成网络用模拟电路，但调试难度大、性能稳定性和可靠性差，目前都主张采用数字电路。较为一致的意见是采用高速率的数字信号处理芯片来实现。实际使用的芯片主要有两种:一种是DSP通用芯片，如TMS320系列等。另一种则为专用集成电路(ASIC器件)，其中最典型的器件是能进行大规模并行处理的门阵列电路FPGA，以C6x调处理器为基础的DSP系统见图3。波束形成网络平台应提供充分模块以支持多个C6x，而且要采用高效率的I/O结构。

天线小型化和微带天线的使用，使得天线阵列结构得以简化。软件方面值得注意的发展是，基于特征值分解的自适应数字波束形成算法格外受到重视，因为这种算法能和高分辨率的测向算法统一起来，还能克服众多因素造成的波束误差。但是，此种算法的计算量大。

四、智能天线在无线通信中的应用

智能天线能用于很多种无线通信系统中，以提高系统性能。未来专用移动通信网将向公众移动通信网方向发展，或者说二者之间关系更加密切。还应注意:移动通信蜂窝小区正在向微型化、智能化方向发展，站距将更小，分布也更广泛，波束跟踪也更需智能化、实时化，基站配置也将更灵活，智能天线的波束形成技术将在改善地面电波传播质量和降低成本上发挥重要作用。由于智能天线的使用，不论在专用移动通信系统，例如集群系统、无线本地环路，还是在公众蜂窝系统，一改控制信道的发射方式——由全小区(或全扇区或全无线区)范围内的辐射为跟踪性的极窄波束辐射，全区内同频可以多次复用，从而形成了智能无线区(智能小区、智能扇区)的新概念。因为智能天线具有跟踪功能的固有性，无需通信系统另设“定位功能”，从而使采用智能天线的移动通信系统、个人通信系统的越区切换产生了“智能切换”的又一个新概念。而且，智能天线的应用也降低了成本。目前国内在公众移动通信系统中虽然使用了性能优良的单极化全向天线ANTELBCD-87010、单极化定向天线ANTELRWA-87027、双极化天线DPS60-16RSX和先进的遥控电子倾角天线MTPA890-D4-RXY-Z，尤其是后者给日常的移动通信网络优化提供了方便，人们根据需要可以方便地调节天线倾角，以改善覆盖和干扰，但是它们远不能和智能天线相比。智能天线用于移动通信系统时，主要用于基站的发和收。

应该承认，移动通信和个人通信应用智能天线的难度较大，其原因在于移动的多用户、电波传播的多路径等因素造成了信号动态捕获与跟踪的难度，所以移动通信和个人通信中智能天线应用较晚，而无线接入系统尤其是固定式无线接入系统却较早应用。智能天线工作于TDD双工方式的无线接入系统时，可以把上、下行链路的加权系数统一。但在上、下行频率不同时，即采用FDD双工方式时，则下行链路的加权系数在上行链路的加权系数基础上，还需作适当处理。智能天线有望用于移动市话，以改善其频率配置的难度和提高网络的容量，以及提高网络的抗干扰能力。

智能天线也能用于DECT、PHS、PACS、CDCT等体制的无绳电话系统，都能改善它们的系统性能。

智能天线还可用于卫星移动通信系统，例如用于L波段的卫星移动系统的智能天线就是用16单元、环形分布的微带天线阵列和一个波束形成网络构成，采用左旋园极化。而波束形成网络则采用10块FPGA芯片，其中2块用于波束选择、控制和接口，8块用于天线阵列的准相干检测和快速傅立叶变换。

智能天线还用于各种专用通信网和军事通信等无线通信系统，以改善系统性能。正是由于智能天线具有重要的应用价值，所以国内外许多大学、研究所、通信公司等单位投入巨资，潜心研究，并已见硕果。

五、结语

智能天线对提高专用网和公众网通信系统容量、抗干扰能力，提高通信质量以及实现同一地址的各专用网的频率共享等具有巨大潜力，近年来备受关注。但是由于波束自适应形成的难度大，影响因素多，因此智能天线虽已用于固定式无线接入、卫星通信、军事通信等系统中，并获益匪浅。但用于移动通信、个人通信中还存在有一些难度。不过近来已传来乐观消息。例如某国外公司已2000年6月在上海移动通信网络中进行智能天线实用试验。所用天线类型为波束切换型。试验结果表明，确实提高了网络的整体性能。另据广东消息称，该省移动通信网络将在充分试验的基础上，引入智能天线，以大幅度提高网络服务质量等级和满足用户数量剧烈增长的要求。

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抗辐射集成电路概论范文

关键词：总线控制系统抗干扰性能火电厂

中图分类号：TM7文献标识码：A文章编号：1672-3791（2013）03（a）-0144-01

随着分散控制系统、可编程控制系统和总线控制系统在发电厂生产控制中广泛的应用，发电厂控制技术也得到了蓬勃的发展，但是控制系统的抗干扰能力关系到整个系统是否可以有效运行。要想提高控制系统的抗干扰能力，一方面必须要生产厂家提高设备的抗干扰的能力，而另一方面，就要求工程设计、安装施工以及使用维护过程中引起高度重视，这样就可以有效的增强系统的抗干扰能力了。

1干扰源对系统的影响

1.1干扰源概念及分类

干扰源就是电流或者电压剧烈变化的时候，由电荷剧烈移动产生的噪声源。而影响控制系统的干扰源和影响工业控制设备的干扰源是基本一样的。

干扰源主要分为差模干扰和共模干扰。差模干扰是由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压作用于信号两极间，对控制系统产生干扰，它是直接叠加的信号上的，并且直接影响着测量和控制的精度。共模干扰主要是由电网串入、地电位差以及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成，是信号对地的电位差。当采用隔离性能差的配电器供电室并且共模电压较大时，变送器输出的信号共模电压会很高，甚至可能高达130V及以上。共模电压也可转化成差模电压，主要是通过不对称的电路，这会直接影响测控的信号，甚至会造成元器件的损坏，而这种干扰可能是直流也可能是交流的。解决这两种干扰源最有效的办法是在原来的电路上加上信号隔离器就可以解决这个问题了。

1.2控制系统中电磁干扰的主要来源

控制系统受多种因素的干扰，其中主要受控制系统的电磁干扰主要来源于空间的辐射、系统的外界线、电源、信号线的接入、接地系统的混乱以及系统的内部原因。

空间辐射的分布是非常复杂的，它主要是由电力网络、电器设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备产生的。只有系统在空间辐射的范围内，它才会受到辐射的影响，它主要是先对控制设备的内部进行影响，然后再对电路感应产生影响；或是先对控制设备通信网络进行影响，然后再对通信线路进行干扰。

外界干扰即传导干扰，这种干扰现象最为严重，主要是通过电源盒信号线进行影响，这是由于发电厂是强电场和弱电磁场所密集的地方。

电源干扰是主要是因为电源引入导致控制系统的故障，由于供电网络覆盖了全厂，其影响了电网内部的变化，而控制系统的供电大多是来自电厂的供电网络的。

信号线引入的干扰是出传输有效信息外，控制系统连接的其他信号传输线总会受到外部干扰信号的影响，它的影响途径主要为：线通过供电的电源对电网进行干扰，干扰之后信号线就会受到空间电磁辐射感应的干扰，这个干扰是十分严重的。

接地可以提高电子设备电磁兼容性的有效办法，接地的正确与否会直接影响控制系统，正确的接地可以抑制电磁干扰和设备干扰的影响，但是错误的接地就会导致严重的信号干扰，导致系统无法正常运行。

系统内部的干扰是属于制造厂对系统进行电磁兼容设计，它是由系统内部元器件及电路间的相互作用产生的，比较复杂，但是应用部门是无法进行改变的，因此不需要过多的进行考虑，但是需要选择较多应用实绩或经过考验的系统。

2工程实施中主要的抗干扰措施

抗干扰措施必须从开始阶段就采取抑制措施，这是为了保证控制系统在电磁干扰中少受或者免受内外电磁的干扰。主要有三种抑制措施：一是抑制干扰源；二是切断或减少电磁干扰的传播途径；三是提高设备配置及系统的抗干扰能力。

控制系统的抗干扰需要制造单位设计生产出具有较强的抗干扰能力的控制系统，使用部门结合实际情况在工程设计、安装施工和运行维护中进行全面的考虑并进行综合设计，这样才能保证控制系统的兼容性和可靠性，因此，控制系统的抗干扰是一个系统工程。此外还需要考虑系统外部的几种抑制措施，主要包括：对系统及外引线进行屏蔽来防空间辐射电磁的干扰；对外引线加装隔离器，特别是原理动力电缆，然后进行分层布置，以防通过外引线引入传导电磁的干扰；正确设计接地点和接地装置，完善接地系统。

3总线控制系统的应用

3.1国华宁海电厂二期简介

浙能国华宁海电厂二期2×1000WM机组的燃煤机组（#5机组及#6机组）脱硫工程总线控制系统是使用现场总线技术。总线的模件卡设备采用德国西门子（SIEMENS）的产品。其中两台机组的脱硫公用系统部分挂在#5机组，OLM卡有28块，DP/PALink卡有9块，DP/PACoupler卡有18块，Repeater卡有4块，Terminal卡有36块，Y-Link卡有15块。

3.2现场总线控制系统的抗干扰能力

国华宁海电厂的控制系统采用了当今自动化系统中流行的现场总线控制技术，但是在试运行期间却经常受到现场总线控制系统网络不稳定的困扰。通过对现场总线控制系统网络故障原因分析，提出现场总线控制系统在设计中必须保证接地系统的可靠性。国华宁海电厂的现场总线控制系统必须尽可能的避免电磁干扰，合理使用现场总线通讯元件提升系统的抗干扰能力，主要就可以保证整个总线控制系统的稳定不受干扰的运行。

但是在电站自动化领域中，现场总线技术的应用还需要进一步深入和扩大，所以其稳定性还是有待于时间的考验的，所以对于采用现场总线电动执行机构，应充分考虑电站自动化系统的特征和现场总线电动执行机构的优势，以此达到应有的效果。

4FCS在火电厂的应用前景

由于现场总线控制系统具有较强的抗干扰能力，所以它是目前使用最为广泛的控制系统。这是过去使用的任何控制系统都无法与之作比较的，但是作为现场总线控制系统的核心部分——总线协议，它已经在火电厂控制系统的通信网络中成功运行，也为现场总线控制系统在火电厂的应用打下了坚实的基础。

5结语

控制系统中的干扰因素是一个十分复杂的问题，因此抗干扰措施必须通过合理的设计才能有效地抑制干扰、抗干扰，对有些干扰情况还需做具体分析，采取对症下药的方法，这样才能够使控制系统正常工作。

参考文献

[1]陆雨晴，冯丽辉.PLC、DCS、FCS在电厂中的应用研究[J].昆明理工大学学报：理工版，2005（Z1）：25-27.