電磁干擾傳播和耦合理論

1、電磁干擾傳播和耦合理論電磁干擾傳播和耦合理論電源插座僧電汽車(chē)V孑計(jì)算機(jī)-傳導(dǎo)干擾幅肘干擾電視接牧機(jī)電磁干擾的傳播途徑一、電磁干擾傳輸?shù)亩N方式1、傳導(dǎo)方式2、輻射方式二、常見(jiàn)輻射耦合1、天線對(duì)天線耦合2、場(chǎng)對(duì)線的耦合3、線對(duì)線感應(yīng)耦合電源傳導(dǎo)耦合的基本理論三種基本的耦合性質(zhì)：電阻性耦合、電感性耦合和電容性耦合 一 電阻性耦合這是最常見(jiàn)最簡(jiǎn)單的傳導(dǎo)耦合方式。例如r可控硅調(diào)速裝置中較嚴(yán)重的高頻干擾通過(guò)導(dǎo)線傳輸給電動(dòng)機(jī)各種按鍵開(kāi)關(guān)操作時(shí)因觸頭抖動(dòng)引起的瞬態(tài)干擾I印刷電路板受潮后引起線間絕緣強(qiáng)度降低易發(fā)生電干擾等典型電路圖:UL =討論：(1)低頻時(shí)，Rt = 為電阻率。高頻時(shí)，二、電容性耦合4(，其

2、中2為導(dǎo)線長(zhǎng)度，s為導(dǎo)線截面積，兩個(gè)電路中的導(dǎo)體，當(dāng)它們靠得比較近而且存在電位差時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)耦合，其程度取決于兩導(dǎo)體的分布電容C。巧為干擾電壓，A為干擾源電路(b)等效電路I 丄B為接收電路電路B中耦合的干擾電壓qR? u 二 jeCR?R2 + Xc 1 - 1 + jcoCR21jec其中 當(dāng)耦合電容較小時(shí)，即coCR2«1,有g(shù)j coCR2 Ux分析:干擾源頻率越高，電容耦合越明顯，同時(shí)接收電路的阻抗R2越高，產(chǎn)生電容耦合越大。電容c越小汗擾耦合就越小。應(yīng)用:(1)射頻電路中，高頻信號(hào)線都要加屏蔽;射頻電路中引線長(zhǎng)度盡量縮短。另一種情況:丄(b)錚效電路Un =)叫R- 5

3、1+ j©R(C2 + C2G)分析：若R為低阻抗，且R« 一i則J69(C12 + C2G )Un Q j(oCnRUx結(jié)論：若U1和/不變，則減小R和C12可以減小Un，其中C12減 小可采用導(dǎo)體合適的取向、屏蔽導(dǎo)體.增加導(dǎo)體間的 距離等。若R為高阻抗,R»J69(C12 + C2G)C2 +GgU結(jié)論：5與/無(wú)關(guān)，且大于R為低阻抗情況的5。表幾種傳輸線電容計(jì)算公武傳輸線平行直賞單位長(zhǎng)度的電容(F/m)lg<當(dāng)d»r時(shí)¥=l21X10 11 冷當(dāng)d»rr2時(shí)¥".42X10；丁地面上方平行fs乙 42X1

4、G :皿12生込同抽電纜C 1.1X10 wln fd1 In In-dn )Jr ri«當(dāng)尸|=農(nóng)=八 力1=辰=/?時(shí) C 1.1X10叫n迸淨(jìng) 丁花二r-C _肚F = Jln 洱© a 勺 6電感性耦合當(dāng)一個(gè)回路中流過(guò)變化電流時(shí)，在它周?chē)目臻g就會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)。Un根據(jù)電磁感應(yīng)原理，有:dl、dt討論：若Ri越小，貝UI】越大，磁場(chǎng)越大，電感耦合越強(qiáng)。形狀*3 2導(dǎo)線間的互感計(jì)算公式互黒公式(H/m)M *0 2|n 71V?DAsiM)'+(obcofSyJ(D+faing)：* (o+Aeosg)：6+佃胡尸十 txx»0y(單位詁Vm)翌=

5、5 02型±9土少/“CD-厶戶+«-d卩>/(D4-6V+(aW)?"(D+6 尸+S-CC單位屮"m)-MT線IB和導(dǎo)線平衍77電磁干擾傳播和耦合理論典型傳導(dǎo)耦合的分析工程上兩種典型模式：公共地阻抗耦合、公共電源耦合 _、公共地阻抗耦合1、公"共地線包括機(jī)殼接地線J機(jī)M搭接線 金屬接地板 接地網(wǎng)絡(luò)和接地母線等2、公共地線的不等電位概念地線電阻有毫歐的阻值。低頻、高頻時(shí)都有。3、公共地阻抗耦合電路分析電磁干擾傳播和耦合理論電磁干擾傳播和耦合理論電踣1電路2電儲(chǔ)2地電壓電M1地電壓電磁干擾傳播和耦合理論電磁干擾傳播和耦合理論地電流流經(jīng)公共

6、地線阻抗的耦臺(tái)等效電路:電磁干擾傳播和耦合理論zU =/,QZ «Ug 8 R7 + rst擾電路擾電流八I:一（/=孔人亠地線阻抗形成的負(fù)擾電壓尺+乙+他+£由于 Zst+Rs+RL>>ZgI. «R、+ zzR =U。心+乙+心8電磁干擾傳播和耦合理論二.共電源耦合若11發(fā)生一個(gè)突變，則出現(xiàn)一個(gè)干擾電流【，在Rs上產(chǎn)生一 個(gè)干擾電壓，導(dǎo)致電源電壓變化，傳導(dǎo)到電路2中。為干擾電壓，貝U2詒*2祁古"U三.地線阻抗計(jì)算和電源內(nèi)阻測(cè)定1、金屬平板地線阻抗計(jì)算Z嚴(yán)碌s（l + fg型）出（。/單位表面面積）A b表33銅和鐵接地板在不同頻率下的表

7、面阻抗阻抗值（ 頻率（Hz>材料第板(6=lPr=l)鉄板(m= 17 “=200)厚度i = 1 mm厚度i=l mmlk2810k2689100k82282500k183；631IM26089210M8222 820100M2 5968 918500M5 81419 9411G3 22228 201線狀地線的阻抗計(jì)算電磁干擾傳播和耦合理論電磁干擾傳播和耦合理論高頻時(shí)，電阻7rdSa電磁干擾傳播和耦合理論電感 L = 0.2Lian() (“H) 所以總阻抗：Z, = Rac + ja)L2. 電源內(nèi)阻抗測(cè)定計(jì)算較復(fù)雜，但可采用儀器測(cè)量。直流電源內(nèi)阻抗電磁干擾傳播和耦合理論電磁干擾傳播

8、和耦合理論Rsl(Us開(kāi)路電壓Uo=Us11Rsf|iTUi Hr,u°U電磁干擾傳播和耦合理論交流電源內(nèi)阻抗電磁干擾傳播和耦合理論電磁干擾傳播和耦合理論ZsUsIl f12開(kāi)路電壓Uo=UsZsUsZsUiRiUsU2R2電磁干擾傳播和耦合理論電磁干擾傳播和耦合理論Rn R2為純電阻Us - Uc “=Z =7?+ jXAu -u.=Z =/?+ jXI.電磁干擾傳播和耦合理論半諭捺子天紐電視廣播天線肖訐廣播天紗、魁電臺(tái)天紈各種用途的發(fā)射天線按地?zé)o方 向天找遠(yuǎn)程筋引射武 定向天紈噠C天線X飛機(jī)刀 / 形天線/楸狀電磁輻射的基本理論一.電磁輻射的概念 由各種天線發(fā)送電磁波。1高頻電流

9、發(fā)射的電磁波2電磁波的分類：(1)近區(qū)感應(yīng)場(chǎng)：能量在波源和感應(yīng)場(chǎng)之間空間交換。 遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)二.輻射場(chǎng)強(qiáng)的分析一般釆用電偶極子和磁偶極子進(jìn)行近似分析。1. 電偶極子即長(zhǎng)度為厶Z(AZ«)的載流導(dǎo)線。設(shè)其橫截面積為AS。dV = A/DAS 因此7(r)V's血7? = r-r « rA(r)=矢量磁位4(r)=血區(qū)根據(jù)球坐標(biāo) A = erAr + eoAo += e, A_ cos 9 一 eoA, sin 9-reersinde一 /、1 L H1dddH（廠）二VxA=,“/dr sin0drded（pA_ cos <9sin 000=0, H0 = Q所以

10、®471 kr 伙廠）2沖晦os&1 加E嚴(yán)1ejkr（好尸（kr）34加站 (kr)2伙廠尸2、磁偶極子即直徑d遠(yuǎn)小于X(d«Z)的導(dǎo)電圓環(huán)。矢量磁位A(r) = £利用Flouriei級(jí)數(shù)展開(kāi)A(r) u e(p (1 + jkr) sin 0ejkr根據(jù)萬(wàn)=丄 7x 刁，E = VxHdlydZ磁基本振子Er =0, E& = 0 . jk 1 _jkl.e<p=-J7sm(+e5r rIUSR 丄 jk _jkrHr = -cose(+e2ttrr口/DS.a 1jkk2_jkrH0= sin0( +)e jh4/rr廠r“j血結(jié)論：

11、(1)電偶極子中，電場(chǎng)垂直于磁場(chǎng)，電場(chǎng)有Er、Ee,處于子午面 內(nèi)，而磁場(chǎng)只有H"處于與赤道平面平行的平面內(nèi)。磁偶極子中，電場(chǎng)垂直于磁場(chǎng)，磁場(chǎng)有Hr、He，電場(chǎng)只有 E(p。電磁干擾傳播和耦合理論3近區(qū)場(chǎng)和遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)近區(qū)場(chǎng)-感應(yīng)場(chǎng)當(dāng)krvvl時(shí)，«厶即= i 伙忽略丄和_2kr (kr)電偶極子E)-.IDXl cos 0_ /DMsin。° =4兀磁偶極子E =-jsin<9, H& = -sin&，比=-cos& ®j 4/2& 4秒3廠 2r30即v石時(shí)，距離FVV兒稱為近區(qū)。1 1I «zkr (kr)

12、2保留點(diǎn)稱為似穩(wěn)場(chǎng)即近區(qū)場(chǎng)沒(méi)結(jié)論:電偶極子的近區(qū)場(chǎng)與靜態(tài)場(chǎng)有相同的性質(zhì), （準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)）O 電場(chǎng)和磁場(chǎng)有兀/2的相位差，平均5 =0 ,有能量向外輻射，又稱束縛場(chǎng)。遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)-輻射場(chǎng)當(dāng)kr»l時(shí)，即廠虧時(shí)，距離r入，稱為遠(yuǎn)區(qū)。1 1 1»7 >>7 kr（好）（好）保留右和凸忽略侖和忌電偶極子E& = j 號(hào)T sin曲,h 二 J 孕-sin&嚴(yán)2zr22r特性: 場(chǎng)矢量的方向。電場(chǎng)只有E”磁場(chǎng)只有叫分量。電場(chǎng)與磁場(chǎng)互相垂直，遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)是TEM波。場(chǎng)的相位。e"jkr,隨r增大而相位滯后，等相位面是f為常數(shù)的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)是球面波。電磁干擾傳播和耦合理

13、論電磁干擾傳播和耦合理論 場(chǎng)的振幅。與F成反比，與I和 Z/X（電長(zhǎng)度）成正比。 場(chǎng)的方向性。振幅與sine成正比，當(dāng)0 = 90°時(shí)，振幅最大，當(dāng)6 = 0。時(shí)，振幅最小。磁偶極子d =_sin&e® ,=竺工sin %一旳4r特性與電偶極子類似。4、近區(qū)和遠(yuǎn)區(qū)的轉(zhuǎn)換場(chǎng)強(qiáng)中的卜詁歹、擊三項(xiàng)隨場(chǎng)源距離ki的變化曲線。當(dāng)kr=l時(shí)，話、伙廠）2、伙門(mén)3二項(xiàng)的貝獻(xiàn)一樣。工程上劃分：遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)近場(chǎng)區(qū)電磁兼容手冊(cè)上劃分:遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)r < 0.1217TAr >171近場(chǎng)區(qū)r < 2兀例3.在距波源lm處觀察，對(duì)于flOMHz的波源，霜=4.77加 r=lm處于近場(chǎng)

14、；對(duì)于flOOMHZ的波源，=048m r=lm處于遠(yuǎn)場(chǎng)。結(jié)論：在進(jìn)行遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，測(cè)量距離必須以干擾頻譜中最低的頻 率為依據(jù)來(lái)計(jì)算。5、高阻抗場(chǎng)和低阻抗場(chǎng)(1)在電偶極子中，近場(chǎng)的波阻抗二z阿1+(3krA 60A由于kr«l,因此乙十乙/對(duì)于磁偶極子，近場(chǎng)的波阻抗2兀丫2兀y r- = 120-電磁干擾傳播和耦合理論電磁干擾傳播和耦合理論電磁干擾傳播和耦合理論電磁干擾傳播和耦合理論2兀丫 由于kr«l,因此|乙/十zwkr = zw電磁干擾傳播和耦合理論電磁干擾傳播和耦合理論ZEwf和|ZHVV |隨T變化的曲線:r m不同性質(zhì)場(chǎng)區(qū)的波阻抗電磁干擾傳播和耦合理論結(jié)論：在遠(yuǎn)區(qū)，電.磁偶極子的波阻抗均趨于媒質(zhì)的波阻抗Zw； 在近區(qū)，電偶極子的波阻抗Nw大于媒質(zhì)的波阻抗Zw，因 此稱為高阻抗場(chǎng)；磁偶極子的波阻抗為“小于媒質(zhì)的波阻 抗Zw，因此稱為低阻抗場(chǎng)。電偶極子的源具有低電流、高電壓的特性,而磁偶極子的源具有電流.低電壓的特性。(1) 遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)Zvv u 120龍 u 377 0自由空間的結(jié)果，稱為平面電磁波。輻射耦合方式輻射干擾的四種主要耦合途徑:尸天線耦合V導(dǎo)線感應(yīng)耦合 閉合回路耦合I孔縫耦合一、導(dǎo)體的天線效應(yīng)長(zhǎng)導(dǎo)體輻射場(chǎng)的分段計(jì)算環(huán)形導(dǎo)體軸射場(chǎng)的分割計(jì)算金屬導(dǎo)體作為天線時(shí)，需分段計(jì)算其電場(chǎng).磁場(chǎng)，然后再矢 量疊加。每一段為一個(gè)電偶極子或磁偶極子。二.