第2,3章電磁干擾源及耦合分析

2.1電磁干擾源及其特性分析2.3電路性干擾2.4電容性耦合2.5電感性耦合2.6輻射干擾2.7

敏感設(shè)備及其特性分析2.2

電磁干擾的傳播及其特性分析

2.1電磁干擾源及其特性分析大氣干擾無(wú)線(xiàn)電廣播無(wú)線(xiàn)通信電視雷達(dá)點(diǎn)火系統(tǒng)導(dǎo)航輸電線(xiàn)電氣化鐵路工業(yè)、醫(yī)療設(shè)備開(kāi)關(guān)系統(tǒng)家用電器辦公設(shè)備非功能性功能性人為干擾源雷電干擾宇宙干擾熱噪聲自然干擾源電磁干擾源電磁干擾源的分類(lèi)常見(jiàn)干擾源的頻譜范圍源頻譜源頻譜

雷電放電

幾赫茲～幾百兆赫茲電視

30MHz～3GHz移動(dòng)通信30MHz～3GHz

微波爐300MHz～3GHz電動(dòng)機(jī)10KHz～400KHz熒光燈0.1MHz～3MHz海上導(dǎo)航10KHz～10GHz廣播150KHz～100MHz電暈放電0.1MHz～10MHz無(wú)線(xiàn)電定位1GHz～100GHz直流電源開(kāi)關(guān)電路100KHz～30MHz空間導(dǎo)航衛(wèi)星1GHz～300GHz電源開(kāi)關(guān)設(shè)備100KHz～300MHz工、科、醫(yī)用高頻設(shè)備30MHz～300MHz

頻譜寬度

幅度

波形

出現(xiàn)率

方向性

極化特性電磁干擾源的特性分析

電磁干擾能量的頻率分布特性頻譜寬度

窄帶干擾:是指主要能量頻譜落在測(cè)量接收機(jī)的通帶之內(nèi)。頻譜沒(méi)有覆蓋2個(gè)以上的10倍頻程,帶寬一般只有幾十赫茲，最寬只有幾十萬(wàn)赫茲。寬帶干擾:是指能量頻譜相當(dāng)寬，頻譜覆蓋2個(gè)以上的10倍頻程,帶寬為幾十兆赫茲至幾百兆赫茲，甚至更寬。根據(jù)干擾的頻譜寬度，可分為：如調(diào)幅（AM）、調(diào)頻（FM）、基本電源輸出及諧波等。一般由上升時(shí)間和下降時(shí)間很短的窄脈沖形成脈沖頻譜包絡(luò)脈沖幅度脈沖周期脈沖寬度時(shí)間頻率雷達(dá)脈沖及頻譜（a）時(shí)域表示（b）頻域表示載波頻率各頻段內(nèi)的干擾功率（或場(chǎng)強(qiáng)）隨時(shí)間的分布

確定分布：如基波、諧波

隨機(jī)分布：如沖擊噪聲、熱噪聲幅度或電平?jīng)Q定電磁干擾頻譜寬度的一個(gè)重要因素波形電磁干擾隨時(shí)間出現(xiàn)的規(guī)律周期性：在指定時(shí)間內(nèi)按一定的周期重復(fù)出現(xiàn)非周期性：出現(xiàn)時(shí)間是確定的、可預(yù)測(cè)的，但不具有周期性隨機(jī)性：表現(xiàn)特性沒(méi)有規(guī)律，不能預(yù)測(cè)

出現(xiàn)率取決于天線(xiàn)的極化方式。水平極化、垂直極化、圓極化等取決于天線(xiàn)的方向圖。

主瓣寬度、副瓣電平、前后比、增益等1.0半功率點(diǎn)主瓣軸0.50.5頻率頻率副瓣典型的功率方向圖方向性極化特性b、輻射耦合a、傳導(dǎo)耦合2.2電磁干擾的傳播及其特性分析

電磁干擾的傳播途徑

b、輻射耦合a、傳導(dǎo)耦合a2、電容性耦合a3、電感性耦合a1、電阻性耦合b1、近場(chǎng)感應(yīng)耦合b2、遠(yuǎn)場(chǎng)輻射耦合b12、磁感應(yīng)b11、電感應(yīng)電磁干擾的傳播途徑

通過(guò)導(dǎo)體傳輸?shù)碾姶鸥蓴_，主要通過(guò)傳輸線(xiàn)路的電流和電壓起作用，傳導(dǎo)干擾頻譜可延伸到1GHz以上。在不同的頻率下，傳輸線(xiàn)路呈現(xiàn)不同的特性，應(yīng)采用不同的電路模型和分析方法。根據(jù)工作頻率與線(xiàn)長(zhǎng)的關(guān)系劃分為：低頻傳輸線(xiàn)路模型高頻傳輸線(xiàn)路模型傳導(dǎo)耦合的傳輸線(xiàn)路性質(zhì)傳導(dǎo)耦合

傳輸線(xiàn)路的等效電路模型低頻電路的等效模型——集總參數(shù)電路模型低頻電路條件模擬電路：數(shù)字電路：

，——傳輸速度

——

脈沖寬度

US—信號(hào)源電壓ZS—信號(hào)源內(nèi)阻Rl—導(dǎo)線(xiàn)阻抗ZL—負(fù)載阻抗Cl—導(dǎo)線(xiàn)寄生電容Rl/2ZSRl/2Rl/2ClZLUS~Rl/2信號(hào)源傳輸線(xiàn)路負(fù)載低頻傳輸線(xiàn)路模型——集總參數(shù)電路模型R0—分布電阻L0—分布電感G0—分布電導(dǎo)C0—分布電容分布參數(shù)：特性參數(shù)：傳播常數(shù)—特性阻抗—G0dxxC0dxudxL0dxR0dxi高頻電路（l～）的等效模型——分布參數(shù)電路模型

同軸線(xiàn)

平行線(xiàn)分布電容C分布電感L分布電導(dǎo)G分布電阻R傳輸線(xiàn)形式分布參數(shù)同軸線(xiàn)：D－外導(dǎo)體直徑，d－內(nèi)導(dǎo)體直徑平行線(xiàn)：D－兩導(dǎo)體間距，d－導(dǎo)體直徑兩種典型傳輸線(xiàn)的分布參數(shù)同軸線(xiàn)Rr平行雙線(xiàn)傳輸線(xiàn)rd地面上的單導(dǎo)線(xiàn)rh幾種典型傳輸線(xiàn)的特性阻抗平行雙導(dǎo)線(xiàn)同軸線(xiàn)地平面上方的導(dǎo)線(xiàn)共模干擾（common-modeinterference）兩導(dǎo)線(xiàn)上的干擾電流振幅相差很小，且相位相同。差模干擾（differential-modeinterference）兩導(dǎo)線(xiàn)上的干擾電流振幅相等，但相位相反。#2I1UcI2~#1I1I2=I1Ud~共模干擾與差模干擾#2U1U1U2~~#1~UC：由地回路引起的共模干擾電壓Ud：由線(xiàn)間回路受干擾引起的差模干擾電壓U1：原對(duì)地電壓U2：原信號(hào)電壓

對(duì)地電壓：UL=U1

+Uc線(xiàn)間電壓：UM

=U2+Ud

對(duì)地電壓與線(xiàn)間電壓共模干擾與差模干擾通常線(xiàn)路上兩種干擾分量同時(shí)存在。干擾在線(xiàn)路上經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離傳輸后，差模分量衰減要比共模分量大，且共模分量傳輸時(shí)會(huì)向周?chē)臻g輻射，差模分量不會(huì)輻射。因此，大部分電源干擾均由共模分量引起。2.3電阻性干擾

電阻性干擾：兩個(gè)回路經(jīng)公共阻抗而形成的干擾。I1+I2

公共電源電路1USRSZlZl電路2公共線(xiàn)路阻抗I1I2

公共電源內(nèi)阻及線(xiàn)路阻抗耦合I1+I2

電路1U1Zg公共地線(xiàn)阻抗I1I2

公共地線(xiàn)路阻抗耦合電路2U2電阻性干擾模型A設(shè)備1共用接地阻抗產(chǎn)生的電磁干擾機(jī)殼Ig~UiRX機(jī)殼設(shè)備2BCDEFGHIJ連接電纜Ui共用接地阻抗上的地電流形成一共模噪聲電壓Ui

，使回路ABCDEFGHA和回路ABCIJFGHA上流動(dòng)者噪聲電流，此噪聲電流會(huì)在放大器或邏輯電路輸入端產(chǎn)生一電位差，而差電位差即為電磁干擾的來(lái)源。電阻性干擾實(shí)例U01Z11ZkI1I2

~Z21U02~U02在耦合阻抗Zk產(chǎn)生的干擾電壓降流經(jīng)Zk的干擾電流U01——回路1的電源U02——回路2的電源Z11——回路1的阻抗Z21——回路2的阻抗Zk——回路1與2的公共耦合阻抗電阻性干擾的等效電路U01Z11ZkI1I2

~Z21U02~討論：兩個(gè)回路一點(diǎn)接觸，彼此不再互相干擾。流經(jīng)回路1中Z11的干擾電流U01Z11I1I2

~Z21U02~（直接耦合）(1)(2)電路性干擾的計(jì)算實(shí)例：

50Hz、115V交流電源的中性地線(xiàn)與負(fù)載地線(xiàn)都接于1mm厚鋼板上，試計(jì)算其接地阻抗上的電流及共模干擾電壓。負(fù)載的消耗功率為1kW，電源的第10次諧波約為基頻的2％。解：負(fù)載阻抗1mm鋼板的接地面阻抗Zc:在50Hz時(shí)，約為108μΩ，

在500Hz時(shí)，約為300μΩ忽略導(dǎo)線(xiàn)阻抗和電源內(nèi)阻，且接地阻抗上的電流50Hz時(shí)10次諧波，500Hz時(shí)電阻感抗：內(nèi)自感：——導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度——導(dǎo)線(xiàn)半徑——電導(dǎo)率——磁導(dǎo)率——趨膚深度外自感：電阻性干擾的抑制

導(dǎo)線(xiàn)的阻抗特性阻抗：a、讓兩個(gè)電流回路或系統(tǒng)彼此無(wú)關(guān)。信號(hào)相互獨(dú)立，避免電路的連接。b、限制耦合阻抗，越低越好。導(dǎo)線(xiàn)的電阻和電感越低越好。c、電路去耦。各個(gè)不同回路之間僅在惟一的一點(diǎn)作電連接，達(dá)到電流回路間電路去耦的目的。強(qiáng)弱電隔離繼電器變壓器光電耦合d、電氣隔離。實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)接觸3241

電阻性干擾的抑制方法2.4電容性耦合電容性耦合的干擾電壓干擾電壓：C12U1R22C1GC2G~UN電容性耦合等效電路~R22C2GC1GC12U1UN電容性耦合模型低阻（或低頻）高阻（或高頻）耦合電壓公式的簡(jiǎn)化電容性耦合的頻率特性【解】【例】已知：U1＝10V、f＝10MHz、導(dǎo)線(xiàn)半徑r＝1mm、線(xiàn)間距d＝20mm、導(dǎo)線(xiàn)離地高度h＝10mm、線(xiàn)長(zhǎng)l＝1m。(1)R＝50Ω；(2)R＝1MΩ。分別求導(dǎo)線(xiàn)2上的干擾電壓。耦合系數(shù)：,則：（1）－90dB；（2）－9.5dB。

干擾源系統(tǒng)的電氣參數(shù)應(yīng)使電壓變化幅度和變化率盡可能地??；

被干擾系統(tǒng)應(yīng)盡可能地設(shè)計(jì)成低阻及高信噪比系統(tǒng)；系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能緊湊，且彼此空間上相互隔離。兩個(gè)系統(tǒng)的耦合部分的布置應(yīng)使耦合電容盡量小；

例如：增大間距、減少導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度、避免平行走線(xiàn)等。采用平衡措施消除電容性干擾；對(duì)干擾源和被干擾對(duì)象進(jìn)行電氣屏蔽。電容性耦合的抑制針對(duì)干擾源和被干擾對(duì)象針對(duì)減小耦合電容平衡措施平衡條件：1342實(shí)例：U1Z1Z2~屏蔽措施C132C23C24C14Z2143原理：Z1~C1S：導(dǎo)體1與屏蔽體之間的電容C12：導(dǎo)體1與導(dǎo)體2（未屏蔽部分）之間的電容C2G：導(dǎo)體2（未屏蔽部分）的對(duì)地電容C2S：導(dǎo)體2與屏蔽體之間的電容CSG：屏蔽體之間的對(duì)地電容2SRC2GUNCSGC2SUSC1GC12U1~C1S1U1RC2GUN~CSGC2SC12C1S12USC1GS屏蔽對(duì)電容性耦合的影響結(jié)論：屏蔽體必須接地。故若屏蔽體接地，則則——屏蔽體為等位體。U1US~C1GC1S1CSGS比較U1RUN~CSGC1S1USC1GC2S2S

導(dǎo)體2完全屏蔽考慮屏蔽體已接地，即CSG=0，則結(jié)論：導(dǎo)體2上的干擾電壓取決于外露部分的長(zhǎng)度，越短越好！則U1RUN~C2SC121C1G2C2GU1RC2GUN~C2SC12C1S12USC1GS

導(dǎo)體2部分屏蔽2.5電感性耦合低電壓、大電流干擾源產(chǎn)生的磁耦合干擾12Z21Z22Z11U1L2UN2~L1I1M12UN1電感性耦合：當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)上的電流發(fā)生變化時(shí)，周?chē)拇艌?chǎng)將發(fā)生變化。此時(shí)，若有另外的導(dǎo)線(xiàn)在這個(gè)變化的磁場(chǎng)中，則導(dǎo)線(xiàn)上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。于是一根導(dǎo)線(xiàn)上的信號(hào)就耦合進(jìn)了另一根導(dǎo)線(xiàn)。這就是電感性耦合，又稱(chēng)磁耦合。忽略I2對(duì)I1的影響，則12Z21Z22Z11U1L2UN2~L1I1M12UN1I1L1~U1UN2Z21Z22L2M12Z1112I2UN1電感性耦合的干擾電壓【例】?jī)筛鶎?dǎo)線(xiàn)，長(zhǎng)度l1=l2=1m，半徑r=0.5mm，相距d=30mm，距接地金屬平面高度h1=h2=10mm。干擾源負(fù)載Z11=100，受干擾回路負(fù)載Z21=Z22=100，設(shè)干擾頻率f=1MHz，干擾源電壓U1=10V，求負(fù)載受到的干擾電壓為多少？【解】耦合系數(shù)：

干擾源系統(tǒng)的電氣參數(shù)應(yīng)使電流變化幅度和變化率盡可能的??；

被干擾系統(tǒng)應(yīng)盡可能的設(shè)計(jì)成低阻及高信噪比系統(tǒng)；系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能緊湊，且彼此空間上相互隔離。兩個(gè)系統(tǒng)的耦合部分的布置應(yīng)使互感盡量小；例如：增大間距、減少導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度、避免平行走線(xiàn)等。采用平衡措施消除電感性干擾；對(duì)干擾源和被干擾對(duì)象進(jìn)行磁屏蔽。電感性耦合的抑制針對(duì)干擾源和被干擾對(duì)象針對(duì)減小耦合電感1）絞合2）避免平行布線(xiàn)3）增大間距d>>h~~dh~~~2I1SZ11U1~L1M12Z21Z22UNM1SL21LS

屏蔽體不接地：對(duì)磁耦合沒(méi)有影響;

屏蔽體一端接地：對(duì)磁耦合也沒(méi)有影響;

屏蔽體兩端接地：形成回路，對(duì)磁耦合有影響;L1~U1I1UNZ21Z22L2M12UkLSM1SUSIS2IS屏蔽對(duì)電感性耦合的影響屏蔽體的電感屏蔽體與內(nèi)導(dǎo)體之間的互感設(shè)，則，故

屏蔽體上的感應(yīng)電流IS~USUNSZ21RSLSM2SZ22S2當(dāng)當(dāng)IS在導(dǎo)體2上的感應(yīng)電壓屏蔽體的截止頻率S2屏蔽體與導(dǎo)體2之間的磁耦合結(jié)論：低頻時(shí)，屏蔽與非屏蔽相同，屏蔽無(wú)用；

高頻時(shí)，（5倍頻以上時(shí)）干擾基本保持常數(shù)。當(dāng)當(dāng)——與無(wú)屏蔽時(shí)相同導(dǎo)體2上的耦合電壓采用屏蔽體單端接地的方法，可以解決前面出現(xiàn)的問(wèn)題此時(shí)無(wú)論在任何頻率上，總有，且方向相反，IS產(chǎn)生的磁場(chǎng)抵消了I1產(chǎn)生的磁場(chǎng)，屏蔽體外磁場(chǎng)為零，從而抑制了電感耦合。U1~I1IS屏蔽體截止頻率測(cè)量值電纜阻抗（Ω）截止頻率（KHz）5倍截止頻率（KHz）同軸電纜RG－6A750.63.0RG－213500.73.5RG－214500.73.5RG－62A931.57.5RG－59C751.68.0RG－58C502.010.0屏蔽的絞線(xiàn)754E1250.84.024Ga－2.211.022Ga－7.035.0雙絞線(xiàn)對(duì)磁場(chǎng)干擾的抑制

電容性耦合：

電感性耦合：I1L1~U1UN2Z21Z22L2M12Z1112I2UN1～Z21Z22UNZ21Z22INU1RC1GC2GUNC1221～

電容性耦合：減小一端的阻抗，則另一端干擾電壓減小；

電感性耦合：

減小一端的阻抗，則另一端的干擾電壓增加。

受干擾導(dǎo)體與地之間的并聯(lián)干擾電流源

受干擾導(dǎo)體與地之間的串聯(lián)干擾電壓源電容性耦合與電感性耦合的判定實(shí)際電路的串?dāng)_耦合12Z21Z22Z11U1L2UN2~L1I1M12UN1CZ21Z22UN1CUN2CZ21Z22UN1LUN2LUN1＝UN1C＋UN1LUN2＝UN2C－UN2L2.6輻射干擾

電磁輻射：電磁能量脫離場(chǎng)源在空間傳播，且不再返回場(chǎng)源的現(xiàn)象

輻射干擾：以電磁波形式傳播的干擾天線(xiàn)輻射原理振子或輻射器~除了干擾源的有意輻射之外，還有無(wú)意輻射，如有短單極天線(xiàn)作用或起小環(huán)天線(xiàn)作用的線(xiàn)路和電纜，都可能向外輻射電磁能量輻射耦合的基本途徑：天線(xiàn)－天線(xiàn)，天線(xiàn)－電纜天線(xiàn)－機(jī)殼，電纜－機(jī)殼機(jī)殼－機(jī)殼，電纜－電纜實(shí)際輻射耦合途徑：通過(guò)天線(xiàn)、電纜導(dǎo)線(xiàn)、機(jī)殼感應(yīng)進(jìn)入接收器通過(guò)電纜導(dǎo)線(xiàn)感應(yīng)、沿導(dǎo)線(xiàn)傳導(dǎo)進(jìn)入接收器通過(guò)接收機(jī)的天線(xiàn)感應(yīng)進(jìn)入接收器通過(guò)接收器的連接回路感應(yīng)形成騷擾進(jìn)入接收器通過(guò)金屬機(jī)殼上的孔縫、非金屬機(jī)殼耦合進(jìn)入接收電路主要輻射耦合途徑：天線(xiàn)耦合、導(dǎo)線(xiàn)感應(yīng)耦合、閉合回路耦合和孔縫耦合基本輻射源a、電偶極子——電流元b、磁偶極子——小電流回路2.6.1

基本輻射干擾

1、電偶極子(Il)輻射oxyzIlErEH場(chǎng)的電尺寸及場(chǎng)區(qū)劃分a、近場(chǎng)區(qū)：kr<<1b、中場(chǎng)區(qū):kr～1c、遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)（輻射區(qū)）kr>>1（1）近區(qū)場(chǎng)（感應(yīng)場(chǎng)）感應(yīng)場(chǎng)的特點(diǎn)：

電場(chǎng)～1/r3,磁場(chǎng)～1/r2；電場(chǎng)～1/f,磁場(chǎng)與f無(wú)關(guān)；電場(chǎng)與磁場(chǎng)存在π/2的相位差；能量相互轉(zhuǎn)換、振蕩，不會(huì)向外傳輸。感應(yīng)場(chǎng)又稱(chēng)為似穩(wěn)場(chǎng)。（2）遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)（輻射場(chǎng)）輻射場(chǎng)的特點(diǎn)：

電場(chǎng)～1/r,磁場(chǎng)～1/r；電場(chǎng)～f,磁場(chǎng)～f；電場(chǎng)與磁場(chǎng)同相位；有電磁能量向外輻射。距電偶極子不同距離的場(chǎng)強(qiáng)(I=1A,l=1cm)頻率(MHz)場(chǎng)強(qiáng)距離1cm10cm1m10m1E(dBμV/m)26320314384H(dBμA/m(dBμV/m)24318312376H(dBμA/m)1379759242、磁偶極子(IS)輻射（1）近區(qū)場(chǎng)（感應(yīng)場(chǎng)）感應(yīng)場(chǎng)的特點(diǎn)：

電場(chǎng)～1/r2,磁場(chǎng)～1/r3；電場(chǎng)～f,磁場(chǎng)與f無(wú)關(guān)；電場(chǎng)與磁場(chǎng)存在π/2的相位差；能量相互轉(zhuǎn)換、振蕩，不會(huì)向外傳輸。感應(yīng)場(chǎng)又稱(chēng)為似穩(wěn)場(chǎng)。oxyzISHrHE（2）遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)（輻射場(chǎng)）輻射場(chǎng)的特點(diǎn)：

電場(chǎng)～1/r,磁場(chǎng)～1/r；電場(chǎng)～f2,磁場(chǎng)～f2；電場(chǎng)與磁場(chǎng)同相位；有電磁能量向外輻射。3.波阻抗波阻抗：電場(chǎng)的橫向分量與磁場(chǎng)的橫向分量的比值，即（1）電偶極子特點(diǎn)：；遠(yuǎn)區(qū)：近區(qū)：（2）磁偶極子近區(qū)：結(jié)論：電偶極子的近區(qū)場(chǎng)為高阻抗場(chǎng)；

磁偶極子的近區(qū)場(chǎng)為低阻抗場(chǎng)；

特點(diǎn)：，

遠(yuǎn)區(qū)：注意：在感應(yīng)場(chǎng)中，感應(yīng)情況不僅取決于場(chǎng)源性質(zhì)及耦合方式，還取決于被感應(yīng)導(dǎo)體的狀況、所在位置及周?chē)h(huán)境條件，甚至感應(yīng)體的存在還會(huì)擾亂原來(lái)的電磁場(chǎng)分布。在感應(yīng)場(chǎng)中測(cè)量電磁干擾數(shù)據(jù)對(duì)距離十分敏感，應(yīng)注明測(cè)量距離和測(cè)量天線(xiàn)規(guī)格。大部分設(shè)備內(nèi)的布局屬于近場(chǎng)范圍，有意識(shí)地利用空間距離衰減可降低對(duì)屏蔽設(shè)計(jì)要求的。理想的電偶極子和磁偶極子是不存在的。桿狀天線(xiàn)及電子設(shè)備內(nèi)部的高電壓小電流元器件，可視為等效的電偶極子場(chǎng)源。環(huán)狀天線(xiàn)及設(shè)備中的一些低電壓大電流元器件以及電感線(xiàn)圈等可視為等效的磁偶極子場(chǎng)源。2.6.2

輻射對(duì)電路的干擾干擾分類(lèi)：共模干擾，異模干擾設(shè)備1輻射