通信设备的接地分类

通信设备的接地分类

在通信设备和通信系统中，各种电路均有电位基准，将所有的基准点通过导体连接到一起，该导体就是通信设备或系统内部的地线，如果将这些基准点连接到一个导体平面上，则该平面就称为基准平面，所有信号都是以该平面作为零电位参考点。通信设备常以其金属底座、外壳或铜带作为基准面，基准面并不一定都与大地相连，在通常情况下，将基准面与大地相连主要是出于两个目的：一是为设备的操作人员提供安全保障；二是提高设备的工作稳定性。
a、工作接地
通信设备的工作接地主要是为了使整个电子电路有一个公共的零电位基准面，并给高频干扰信号提供低阻抗的通路，以及使屏蔽措施能发挥良好的效能。工作接地主要有以下三种方式。
(1)  浮地
浮地是指通信设备的地线在电气上与建筑物接地系统保持绝缘，如图1-1所示，两者之间的绝缘电阻一般应在50MΩ以上，这样建筑物接地系统中的电磁干扰就不能传导到通信设备上去，地电位的变化对设备也就无影响。在许多情况下，为了防止电子设备外壳上的干扰电流直接耦合到电子电路上，常将外壳接地，而将其中的电子电路浮地。浮地方式的优点是抗干扰能力强，缺点是容易产生静电积累，当雷电感应较强时，外壳与其内部电子电路之间可能出现很高的电压，将两者之间绝缘间隙击穿，造成电子电路的损坏。

(2)  单点接地
把整个通信系统中某一点作为接地基准点，其各单元的信号地都连接到这一点上，如图1-2所示，该图（a）为串联式单点接地，图（b）为并联单点接地。单点接地可以避免形成地线回路，防止通过地线回路的电流传播干扰。在通常情况下，把低幅度的且易受干扰的小信号电路（如前置放大器等）用单独一条地线与其它电路的地线分开。而幅度和功率较大的大信号电路（如末级放大器和大功率电路等）具有较大的工作电流，其流过地线中的电流较大，为了防止它们对小信号电路的干扰，应有自己的地线。当采用多个电源分别供电时，每个电源都应有自己的地线，这些地线都直接连接到一点去接地。

图1-2 单点接地方式
在许多建筑物内，电子设备的安装位置与室内接地母线之间存在着一定的距离，采用这种单点接地往往会使接地连线具有较长的长度，由于每条地线均有阻抗，当流过地线中的电流频率足够高时，其波长就会与地线长度可比，这时的地线应看作是分布参数传输线，如果地线长度达到1/4电流波长的奇数倍时，地线的入端阻抗趋于无穷大，它相当于开路。因此，单点接地一般只适用于0.1MHz以下的低频电路。
(3)  多点接地
将通信系统中各设备的接地点都直接接到距离各自最近的接地平面上，如图1-3所示，这样可以使接地连线的长度最短。这里所说的接地平面是指贯通整个通信系统的金属（具有高电导率）带，可以是设备的底板和结构框架等，也可以是室内的接地母线或接地网。

采用多点接地的突出优点是可以就近接地，与单点接地相比，它能缩短接地连线的长度，减小其寄生电感，这对雷电防护来说是有利的。但是，在采用多点接地后，设备或系统内部可能会产生很多地线回路，大信号电路可以通过地线回路电流影响小信号电路，造成干扰，有时可能会使电子电路不能正常工作。当出现这种情况时，可以改用混合接地方式，对于信号频率在10MHz以上的高频电路采用多点接地，对信号频率在0.1MHz以下的低频电路采用单点接地，而对那些信号频率在0.1MHz～10MHz之间的电路，如果其实际接地连线长度不超过信号波长的1/20，可采用单点接地，否则应采用多点接地。
b、安全接地
在发生雷击时，强大的雷电暂态电流流过建筑物的接地系统将引起暂态地电位抬高，危及设备与人身的安全。通常，在使用电子设备场合，常常伴随着电源等强电设备，通信设备与强电设备均需接地，但要做到通信设备与强电设备接地相互分开往往是十分困难的。在建筑物内，将通信设备与强电设备共用一个接地系统是比较容易实现的，不过这种共地也会带来一些副作用。将通信设备与强电设备共地，雷击时暂态大电流可以通过电路的耦合对电子设备形成干扰或产生过电压，另外雷电暂态电流流过接地系统所造成的暂态高电位也能通过各种电源线、信号线和金属管道传播到距离接地系统很远且原先此处为零电位的地方，将会对这里的通信设备及操作人员产生安全威胁。为了克服这些副作用，有些地方采用通信设备与强电设备分开接地，并采用许多复杂的隔离和绝缘措施将电子设备的接地连线引出到离强电设备接地系统较远（20m以外）的地方单独接地，实际上，这种分开接地是不太容易实现的。由于各种线路、金属管道和建筑物构架中的钢筋纵横交错以及一些建筑物不断扩建，在设计与施工上稍有疏漏就容易造成在强电设备区出现的暂态高电位通过金属管道或构架钢筋引到低电位的通信设备区，或将通信设备区的低电位引到强电设备区，从而会引起击穿放电，危及设备与人身的安全。一些制造厂商要求其计算机单独接地，即将计算机的接地连线引到建筑物外一定距离后接在单独的地网上，这种接地要求往往是不切实际的。在建筑物遭受雷击时，建筑物的地电位将瞬时抬高，由于计算机接地与建筑物的地网是分开的，则计算机地线此时仍保持低电位，这样就易于对计算机造成击穿放电，使计算机被损坏。为此，可以在计算机单独接地的地线引入户处用一个低压避雷器或放电间隙放电，从而使计算机接地与建筑物接地网达到大致相等的电位水平，这就是所谓的暂态共地。在正常情况下，避雷器或放电间隙将两个接地分开，有利于抗干扰，而在雷击时能实现两者之间的均压，避免发生击穿放电，危害设备安全。从雷电暂态过电压抑制的角度来看，采用这种暂态共地并配合采用均压措施，能在放生雷击时将建筑物及其内部的强电设备和电子设备以及操作人员同时都抬高到大致相等的电位水平，使设备与设备以及设备与人之间不会出现能造成危害的暂态电位差。
实际上，用较长的引线拉到比较远的地方去单独接地，在低频信号情况下，对保护电子设备与远处的单独接地点等电位还有意义，但在高频信号情况下，较长引线阻抗将影响等电位效果，特别是在信号波长与引线长度之间满足1/4奇数倍关系时，引线相当于开路，起不到外伸接地的作用。