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線電廣播無線通信電視雷達點火系統(tǒng)導航輸電線電氣化鐵路工業(yè)、醫(yī)療設備開關系統(tǒng)家用電器辦公設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常見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移動通信30MHz～3GHz

微波爐300MHz～3GHz電動機10KHz～400KHz熒光燈0.1MHz～3MHz海上導航10KHz～10GHz廣播150KHz～100MHz電暈放電0.1MHz～10MHz無線電定位1GHz～100GHz直流電源開關電路100KHz～30MHz空間導航衛(wèi)星1GHz～300GHz電源開關設備100KHz～300MHz工、科、醫(yī)用高頻設備30MHz～300MHz

頻譜寬度

幅度

波形

出現率

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量接收機的通帶之內。頻譜沒有覆蓋2個以上的10倍頻程,帶寬一般只有幾十赫茲，最寬只有幾十萬赫茲。寬帶干擾:是指能量頻譜相當寬，頻譜覆蓋2個以上的10倍頻程,帶寬為幾十兆赫茲至幾百兆赫茲，甚至更寬。根據干擾的頻譜寬度，可分為：如調幅（AM）、調頻（FM）、基本電源輸出及諧波等。一般由上升時間和下降時間很短的窄脈沖形成脈沖頻譜包絡脈沖幅度脈沖周期脈沖寬度時間頻率雷達脈沖及頻譜（a）時域表示（b）頻域表示載波頻率各頻段內的干擾功率（或場強）隨時間的分布

確定分布：如基波、諧波

隨機分布：如沖擊噪聲、熱噪聲幅度或電平決定電磁干擾頻譜寬度的一個重要因素波形電磁干擾隨時間出現的規(guī)律周期性：在指定時間內按一定的周期重復出現非周期性：出現時間是確定的、可預測的，但不具有周期性隨機性：表現特性沒有規(guī)律，不能預測

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

主瓣寬度、副瓣電平、前后比、增益等1.0半功率點主瓣軸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、傳導耦合a2、電容性耦合a3、電感性耦合a1、電阻性耦合b1、近場感應耦合b2、遠場輻射耦合b12、磁感應b11、電感應電磁干擾的傳播途徑

通過導體傳輸的電磁干擾，主要通過傳輸線路的電流和電壓起作用，傳導干擾頻譜可延伸到1GHz以上。在不同的頻率下，傳輸線路呈現不同的特性，應采用不同的電路模型和分析方法。根據工作頻率與線長的關系劃分為：低頻傳輸線路模型高頻傳輸線路模型傳導耦合的傳輸線路性質傳導耦合

傳輸線路的等效電路模型低頻電路的等效模型——集總參數電路模型低頻電路條件模擬電路：數字電路：

，——傳輸速度

——

脈沖寬度

US—信號源電壓ZS—信號源內阻Rl—導線阻抗ZL—負載阻抗Cl—導線寄生電容Rl/2ZSRl/2Rl/2ClZLUS~Rl/2信號源傳輸線路負載低頻傳輸線路模型——集總參數電路模型R0—分布電阻L0—分布電感G0—分布電導C0—分布電容分布參數：特性參數：傳播常數—特性阻抗—G0dxxC0dxudxL0dxR0dxi高頻電路（l～）的等效模型——分布參數電路模型

同軸線

平行線分布電容C分布電感L分布電導G分布電阻R傳輸線形式分布參數同軸線：D－外導體直徑，d－內導體直徑平行線：D－兩導體間距，d－導體直徑兩種典型傳輸線的分布參數同軸線Rr平行雙線傳輸線rd地面上的單導線rh幾種典型傳輸線的特性阻抗平行雙導線同軸線地平面上方的導線共模干擾（common-modeinterference）兩導線上的干擾電流振幅相差很小，且相位相同。差模干擾（differential-modeinterference）兩導線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：由線間回路受干擾引起的差模干擾電壓U1：原對地電壓U2：原信號電壓

對地電壓：UL=U1

+Uc線間電壓：UM

=U2+Ud

對地電壓與線間電壓共模干擾與差模干擾通常線路上兩種干擾分量同時存在。干擾在線路上經過長距離傳輸后，差模分量衰減要比共模分量大，且共模分量傳輸時會向周圍空間輻射，差模分量不會輻射。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：兩個回路經公共阻抗而形成的干擾。I1+I2

公共電源電路1USRSZlZl電路2公共線路阻抗I1I2

公共電源內阻及線路阻抗耦合I1+I2

電路1U1Zg公共地線阻抗I1I2

公共地線路阻抗耦合電路2U2電阻性干擾模型A設備1共用接地阻抗產生的電磁干擾機殼Ig~UiRX機殼設備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上流動者噪聲電流，此噪聲電流會在放大器或邏輯電路輸入端產生一電位差，而差電位差即為電磁干擾的來源。電阻性干擾實例U01Z11ZkI1I2

~Z21U02~U02在耦合阻抗Zk產生的干擾電壓降流經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：兩個回路一點接觸，彼此不再互相干擾。流經回路1中Z11的干擾電流U01Z11I1I2

~Z21U02~（直接耦合）(1)(2)電路性干擾的計算實例：

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

在500Hz時，約為300μΩ忽略導線阻抗和電源內阻，且接地阻抗上的電流50Hz時10次諧波，500Hz時電阻感抗：內自感：——導線長度——導線半徑——電導率——磁導率——趨膚深度外自感：電阻性干擾的抑制

導線的阻抗特性阻抗：a、讓兩個電流回路或系統(tǒng)彼此無關。信號相互獨立，避免電路的連接。b、限制耦合阻抗，越低越好。導線的電阻和電感越低越好。c、電路去耦。各個不同回路之間僅在惟一的一點作電連接，達到電流回路間電路去耦的目的。強弱電隔離繼電器變壓器光電耦合d、電氣隔離。實現一點接觸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）耦合電壓公式的簡化電容性耦合的頻率特性【解】【例】已知：U1＝10V、f＝10MHz、導線半徑r＝1mm、線間距d＝20mm、導線離地高度h＝10mm、線長l＝1m。(1)R＝50Ω；(2)R＝1MΩ。分別求導線2上的干擾電壓。耦合系數：,則：（1）－90dB；（2）－9.5dB。

干擾源系統(tǒng)的電氣參數應使電壓變化幅度和變化率盡可能地?。?/p>

被干擾系統(tǒng)應盡可能地設計成低阻及高信噪比系統(tǒng)；系統(tǒng)的結構應盡可能緊湊，且彼此空間上相互隔離。兩個系統(tǒng)的耦合部分的布置應使耦合電容盡量?。?/p>

例如：增大間距、減少導線長度、避免平行走線等。采用平衡措施消除電容性干擾；對干擾源和被干擾對象進行電氣屏蔽。電容性耦合的抑制針對干擾源和被干擾對象針對減小耦合電容平衡措施平衡條件：1342實例：U1Z1Z2~屏蔽措施C132C23C24C14Z2143原理：Z1~C1S：導體1與屏蔽體之間的電容C12：導體1與導體2（未屏蔽部分）之間的電容C2G：導體2（未屏蔽部分）的對地電容C2S：導體2與屏蔽體之間的電容CSG：屏蔽體之間的對地電容2SRC2GUNCSGC2SUSC1GC12U1~C1S1U1RC2GUN~CSGC2SC12C1S12USC1GS屏蔽對電容性耦合的影響結論：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

導體2完全屏蔽考慮屏蔽體已接地，即CSG=0，則結論：導體2上的干擾電壓取決于外露部分的長度，越短越好！則U1RUN~C2SC121C1G2C2GU1RC2GUN~C2SC12C1S12USC1GS

導體2部分屏蔽2.5電感性耦合低電壓、大電流干擾源產生的磁耦合干擾12Z21Z22Z11U1L2UN2~L1I1M12UN1電感性耦合：當導線上的電流發(fā)生變化時，周圍的磁場將發(fā)生變化。此時，若有另外的導線在這個變化的磁場中，則導線上會產生感應電動勢。于是一根導線上的信號就耦合進了另一根導線。這就是電感性耦合，又稱磁耦合。忽略I2對I1的影響，則12Z21Z22Z11U1L2UN2~L1I1M12UN1I1L1~U1UN2Z21Z22L2M12Z1112I2UN1電感性耦合的干擾電壓【例】兩根導線，長度l1=l2=1m，半徑r=0.5mm，相距d=30mm，距接地金屬平面高度h1=h2=10mm。干擾源負載Z11=100，受干擾回路負載Z21=Z22=100，設干擾頻率f=1MHz，干擾源電壓U1=10V，求負載受到的干擾電壓為多少？【解】耦合系數：

干擾源系統(tǒng)的電氣參數應使電流變化幅度和變化率盡可能的??；

被干擾系統(tǒng)應盡可能的設計成低阻及高信噪比系統(tǒng)；系統(tǒng)的結構應盡可能緊湊，且彼此空間上相互隔離。兩個系統(tǒng)的耦合部分的布置應使互感盡量??；例如：增大間距、減少導線長度、避免平行走線等。采用平衡措施消除電感性干擾；對干擾源和被干擾對象進行磁屏蔽。電感性耦合的抑制針對干擾源和被干擾對象針對減小耦合電感1）絞合2）避免平行布線3）增大間距d>>h~~dh~~~2I1SZ11U1~L1M12Z21Z22UNM1SL21LS

屏蔽體不接地：對磁耦合沒有影響;

屏蔽體一端接地：對磁耦合也沒有影響;

屏蔽體兩端接地：形成回路，對磁耦合有影響;L1~U1I1UNZ21Z22L2M12UkLSM1SUSIS2IS屏蔽對電感性耦合的影響屏蔽體的電感屏蔽體與內導體之間的互感設，則，故

屏蔽體上的感應電流IS~USUNSZ21RSLSM2SZ22S2當當IS在導體2上的感應電壓屏蔽體的截止頻率S2屏蔽體與導體2之間的磁耦合結論：低頻時，屏蔽與非屏蔽相同，屏蔽無用；

高頻時，（5倍頻以上時）干擾基本保持常數。當當——與無屏蔽時相同導體2上的耦合電壓采用屏蔽體單端接地的方法，可以解決前面出現的問題此時無論在任何頻率上，總有，且方向相反，IS產生的磁場抵消了I1產生的磁場，屏蔽體外磁場為零，從而抑制了電感耦合。U1~I1IS屏蔽體截止頻率測量值電纜阻抗（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754E1250.84.024Ga－2.211.022Ga－7.035.0雙絞線對磁場干擾的抑制

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?。?/p>

電感性耦合：

減小一端的阻抗，則另一端的干擾電壓增加。

受干擾導體與地之間的并聯干擾電流源

受干擾導體與地之間的串聯干擾電壓源電容性耦合與電感性耦合的判定實際電路的串擾耦合12Z21Z22Z11U1L2UN2~L1I1M12UN1CZ21Z22UN1CUN2CZ21Z22UN1LUN2LUN1＝UN1C＋UN1LUN2＝UN2C－UN2L2.6輻射干擾

電磁輻射：電磁能量脫離場源在空間傳播，且不再返回場源的現象

輻射干擾：以電磁波形式傳播的干擾天線輻射原理振子或輻射器~除了干擾源的有意輻射之外，還有無意輻射，如有短單極天線作用或起小環(huán)天線作用的線路和電纜，都可能向外輻射電磁能量輻射耦合的基本途徑：天線－天線，天線－電纜天線－機殼，電纜－機殼機殼－機殼，電纜－電纜實際輻射耦合途徑：通過天線、電纜導線、機殼感應進入接收器通過電纜導線感應、沿導線傳導進入接收器通過接收機的天線感應進入接收器通過接收器的連接回路感應形成騷擾進入接收器通過金屬機殼上的孔縫、非金屬機殼耦合進入接收電路主要輻射耦合途徑：天線耦合、導線感應耦合、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場的電尺寸及場區(qū)劃分a、近場區(qū)：kr<<1b、中場區(qū):kr～1c、遠場區(qū)（輻射區(qū)）kr>>1（1）近區(qū)場（感應場）感應場的特點：

電場～1/r3,磁場～1/r2；電場～1/f,磁場與f無關；電場與磁場存在π/2的相位差；能量相互轉換、振蕩，不會向外傳輸。感應場又稱為似穩(wěn)場。（2）遠區(qū)場（輻射場）輻射場的特點：

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

電場～1/r2,磁場～1/r3；電場～f,磁場與f無關；電場與磁場存在π/2的相位差；能量相互轉換、振蕩，不會向外傳輸。感應場又稱為似穩(wěn)場。oxyzISHrHE（2）遠區(qū)場（輻射場）輻射場的特點：

電場～1/r,磁場～1/r；電場～f2,磁場～f2；電場與磁場同相位；有電磁能量向外輻射。3.波阻抗波阻抗：電場的橫向分量與磁場的橫向分量的比值，即（1）電偶極子特點：；遠區(qū)：近區(qū)：（2）磁偶極子近區(qū)：結論：電偶極子的近區(qū)場為高阻抗場；

磁偶極子的近區(qū)場為低阻抗場；

特點：，

遠區(qū)：注意：在感應場中，感應情況不僅取決于場源性質及耦合方式，還取決于被感應導體的狀況、所在位置及周圍環(huán)境條件，甚至感應體的存在還會擾亂原來的電磁場分布。在感應場中測量電磁干擾數據對距離十分敏感，應注明測量距離和測量天線規(guī)格。大部分設備內的布局屬于近場范圍，有意識地利用空間距離衰減可降低對屏蔽設計要求的。理想的電偶極子和磁偶極子是不存在的。桿狀天線及電子設備內部的高電壓小電流元器件，可視為等效的電偶極子場源。環(huán)狀天線及設備中的一些低電壓大電流元器件以及電感線圈等可視為等效的磁偶極子場源。2.6.2

輻射對電路的干擾干擾分類：共模干擾，異模干擾設備1輻射