電磁場對導(dǎo)線耦合的干擾分析

1、電磁場對導(dǎo)線耦合的干擾分析劉曼霞（劉曼霞（15022020101502202010）劉曉倩（劉曉倩（15022020111502202011） 內(nèi)容5.3.1 電磁場對線干擾的類型5.3.2 電磁場對線的感應(yīng)耦合5.3.3 高頻輻射場對導(dǎo)線的干擾5.3.4 孔縫泄露場對導(dǎo)線的感應(yīng)耦合在實(shí)際工作中有許多電磁干擾都是通過電磁場對導(dǎo)線的耦合途徑發(fā)生的，不過由于它的耦合機(jī)理比較復(fù)雜，干擾的傳播比較隱蔽，經(jīng)常不被人們注意。根據(jù)統(tǒng)計資料，在飛機(jī)上有20%的電磁干擾是由電磁輻射引起的，而有60%的干擾卻是經(jīng)由導(dǎo)線耦合發(fā)生的。由此可見電磁場對導(dǎo)線的耦合干擾是一種多發(fā)的、潛在危害大的干擾模式。 通常，在一個封閉

2、系統(tǒng)中，像汽車、坦克、飛機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星和艦船等物體內(nèi)部裝載有很多的電氣和電子設(shè)備，如電源、儀表、通訊、導(dǎo)航、控制操縱等設(shè)備。它們大多數(shù)裝在金屬殼的盒子中，這樣既可提高整體強(qiáng)度，又可加強(qiáng)電磁防護(hù)。因此電磁波直接由盒體進(jìn)入內(nèi)部，往往因場強(qiáng)較弱而不易造成危害。但是這些設(shè)備的外引連用電纜卻直接暴露在電磁場的作用之下，經(jīng)過場對線的激勵，感應(yīng)較強(qiáng)的干擾能量，然后再沿導(dǎo)線傳導(dǎo)進(jìn)入設(shè)備電路造成危害。這是一種“魔術(shù)師”般的迂回干擾方式，經(jīng)常會引起兩個毫不相干的設(shè)備發(fā)生干擾。從電路原理上很難找到相互聯(lián)系，因而場對線干擾過程的分析有助于電磁兼容設(shè)計和防護(hù)。5.3.1 場對線干擾的類型封閉系統(tǒng)內(nèi)部電磁“污染”源主要來

3、自于系統(tǒng)內(nèi)部的高頻電路、高速數(shù)字電路和瞬間電路的電磁輻射。這些干擾源使系統(tǒng)內(nèi)局部空間區(qū)域電磁場強(qiáng)度增大，導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)的電纜導(dǎo)線收到激勵而感應(yīng)產(chǎn)生電流。這是一種來自內(nèi)部電磁發(fā)射的場對線干擾的模式。另一種場對線干擾模式，其干擾源來自系統(tǒng)外部的電磁發(fā)射。由于封閉系統(tǒng)都有比較完整而堅固的殼體防護(hù)，對外界電磁波有相當(dāng)良好的屏蔽作用，例如艦船、坦克有較厚的鋼板外殼，飛機(jī)、火箭由鋁合金的外殼，它們都可以防止電磁波直接入射。一般情況下，入射電磁波經(jīng)過殼體的反射和吸收損耗，能透入殼體內(nèi)部的已很少。實(shí)驗(yàn)表明，飛機(jī)蒙皮的屏蔽效能可以達(dá)到60dB80dB以上。但是在封閉殼體上，難免會有開口、門窗、孔縫等不連續(xù)的結(jié)構(gòu)。

4、從這些孔洞縫隙泄露進(jìn)入殼體內(nèi)部的電磁場是十分嚴(yán)重的干擾它們往往不容易引起人們的重視。 圖1：場線耦合的多種組合方式 因此對導(dǎo)線產(chǎn)生干擾的電磁場從來源上可分為兩類：一類是封閉系統(tǒng)內(nèi)部的輻射場；另一類是孔縫泄露場。從干擾電磁波的特性上主要分為連續(xù)波時變場和脈沖波瞬態(tài)場。5.3.2 場對線的感應(yīng)耦合 圖2：電磁場對導(dǎo)線激勵的干擾分析 在裝有許多設(shè)備的系統(tǒng)中，設(shè)備A和設(shè)備B通過兩根平行導(dǎo)線連接構(gòu)成回路，如下圖2所示，這是最常見的設(shè)備之間的連線方式。在每個設(shè)備內(nèi)部電路中都有作基準(zhǔn)參考電位的地線，它一般通過低阻抗導(dǎo)線與設(shè)備盒殼體相連。如在飛機(jī)、導(dǎo)彈等飛行器中，為了防止靜電放電和雷擊必須把所有的設(shè)備盒體通過

5、搭接線與飛機(jī)等殼體蒙皮相連接。構(gòu)成設(shè)備之間的共地回路。CUDU圖3：平面波對回路的共模耦合示意圖 在這樣的導(dǎo)線中，如果附近出現(xiàn)較強(qiáng)的電場或磁場作用，可能引起兩種感應(yīng)電壓：一種是由導(dǎo)線與蒙皮(系統(tǒng)地)構(gòu)成的閉合回路，產(chǎn)生感應(yīng)電壓 ，如圖3所示。另一種是兩根導(dǎo)線和設(shè)備電路構(gòu)成的回路，產(chǎn)生感應(yīng)電壓 。如圖4所示。圖4：平衡傳輸系統(tǒng)的差模耦合示意圖 Zc波阻抗圖5：共模電壓與差模電壓示意圖 感應(yīng)電壓在兩根導(dǎo)線中產(chǎn)生方向相同、大小和相位相同的電流I1和I2 ，則感應(yīng)電壓成為共模電壓。這種場對閉合回路導(dǎo)線的耦合稱為共模耦合。 感應(yīng)電壓在兩根導(dǎo)線中產(chǎn)生方向相反、大小相等的電流，則感應(yīng)電壓稱為差模電壓。這種場

6、對閉合回路導(dǎo)線的耦合稱為差模耦合。共模耦合和差模耦合的等效電路如圖5所示。在單位電場強(qiáng)度作用下，回路中產(chǎn)生的共模電壓隨頻率變化的特性如圖下所示單位電場在回路中產(chǎn)生的電壓與頻率關(guān)系平衡電路原理圖 平衡電路原理如圖所示。其中兩根導(dǎo)線所在的回路的阻抗完全對稱。然而兩個回路中導(dǎo)線阻抗 和內(nèi)阻 ，負(fù)載阻抗 不可能做到完全對稱，因此再平衡電路中仍有微弱的共模電壓。 ZwRsRL 在平衡線路中差模耦合電壓主要取決于兩平行導(dǎo)線所圍的面積 和電磁場的頻率f。在f和l一定的情況下應(yīng)盡量減小兩線的間距d，常見的方法是采用雙絞線。 在不平衡線路中，差模電壓主要取決于兩導(dǎo)線所構(gòu)成的回路中的阻抗不對稱程度。dl 5.3.3 高頻輻射場對導(dǎo)線的干擾 圖6：平面波激勵的分布電壓源 圖7：含分布電壓源的微分段dz的等效參數(shù) 圖9平行xoy平面的不同入射方向的電磁波 5.3.4孔縫泄漏場對導(dǎo)線的感應(yīng)耦合 帶有長條縫隙的導(dǎo)電平面