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V孑計算機(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、常見輻射耦合1、天線對天線耦合2、場對線的耦合3、線對線感應(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最簡單的傳導(dǎo)耦合方式。例如r可控硅調(diào)速裝置中較嚴(yán)重的高頻干擾通過導(dǎo)線傳輸給電動機(jī)各種按鍵開關(guān)操作時因觸頭抖動引起的瞬態(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，Rt = 為電阻率。高頻時，二、電容性耦合4(，其

2、中2為導(dǎo)線長度，s為導(dǎo)線截面積，兩個電路中的導(dǎo)體，當(dāng)它們靠得比較近而且存在電位差時，會產(chǎn)生電場耦合，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，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，高頻信號線都要加屏蔽;射頻電路中引線長度盡量縮短。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/無關(guān)，且大于R為低阻抗情況的5。表幾種傳輸線電容計算公武傳輸線平行直賞單位長度的電容(F/m)lg<當(dāng)d»r時¥=l21X10 11 冷當(dāng)d»rr2時¥".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 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)一個回路中流過變化電流時，在它周圍的空間就會產(chǎn)生變化的磁場。Un根據(jù)電磁感應(yīng)原理，有:dl、dt討論：若Ri越小，貝UI】越大，磁場越大，電感耦合越強(qiáng)。形狀*3 2導(dǎo)線間的互感計算公式互黒公式(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)生一個突變，則出現(xiàn)一個干擾電流【，在Rs上產(chǎn)生一 個干擾電壓，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.地線阻抗計算和電源內(nèi)阻測定1、金屬平板地線阻抗計算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，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)阻抗測定計算較復(fù)雜，但可采用儀器測量。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：能量在波源和感應(yīng)場之間空間交換。 遠(yuǎn)區(qū)輻射場二.輻射場強(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級數(shù)展開A(r) u e(p (1 + jkr) sin 0ejkr根據(jù)萬=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，電場垂直于磁場，電場有Er、Ee,處于子午面 內(nèi)，而磁場只有H"處于與赤道平面平行的平面內(nèi)。磁偶極子中，電場垂直于磁場，磁場有Hr、He，電場只有 E(p。電磁干擾傳播和耦合理論3近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場近區(qū)場-感應(yīng)場當(dāng)krvvl時，«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，距離FVV兒稱為近區(qū)。1 1I «zkr (kr)

12、2保留點(diǎn)稱為似穩(wěn)場即近區(qū)場沒結(jié)論:電偶極子的近區(qū)場與靜態(tài)場有相同的性質(zhì), （準(zhǔn)靜態(tài)場）O 電場和磁場有兀/2的相位差，平均5 =0 ,有能量向外輻射，又稱束縛場。遠(yuǎn)區(qū)場-輻射場當(dāng)kr»l時，即廠虧時，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T sin曲,h 二 J 孕-sin&嚴(yán)2zr22r特性: 場矢量的方向。電場只有E”磁場只有叫分量。電場與磁場互相垂直，遠(yuǎn)區(qū)場是TEM波。場的相位。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 場的振幅。與F成反比，與I和 Z/X（電長度）成正比。 場的方向性。振幅與sine成正比，當(dāng)0 = 90°時，振幅最大，當(dāng)6 = 0。時，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)換場強(qiáng)中的卜詁歹、擊三項隨場源距離ki的變化曲線。當(dāng)kr=l時，話、伙廠）2、伙門3二項的貝獻(xiàn)一樣。工程上劃分：遠(yuǎn)場區(qū)近場區(qū)電磁兼容手冊上劃分:遠(yuǎn)場區(qū)r < 0.1217TAr >171近場區(qū)r < 2兀例3.在距波源lm處觀察，對于flOMHz的波源，霜=4.77加 r=lm處于近場

14、；對于flOOMHZ的波源，=048m r=lm處于遠(yuǎn)場。結(jié)論：在進(jìn)行遠(yuǎn)場測量時，測量距離必須以干擾頻譜中最低的頻 率為依據(jù)來計算。5、高阻抗場和低阻抗場(1)在電偶極子中，近場的波阻抗二z阿1+(3krA 60A由于kr«l,因此乙十乙/對于磁偶極子，近場的波阻抗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；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。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)長導(dǎo)體輻射場的分段計算環(huán)形導(dǎo)體軸射場的分割計算金屬導(dǎo)體作為天線時，需分段計算其電場.磁場，然后再矢 量疊加。每一段為一個電偶極子或磁偶極子。二.