輻射干擾及其特性精

1、第3章輻射干擾及其性質(zhì)主要內(nèi)容：輻射干擾源及其數(shù)學(xué)模型 輻射干擾頻譜輻射干擾傳輸通道及其數(shù)學(xué)模型 接收器減少輻射干擾的有效措施 常見電磁干擾對的計(jì)算 輻射干擾實(shí)例分析第1節(jié)輻射干擾源及其數(shù)學(xué)模型電磁輻射干擾指以電磁波形式傳播的干擾輻射十?dāng)_源接收器敏感體輻射十?dāng)_傳輸通道輻射千擾三要素輻射干擾三要素極化.調(diào)制特性、帶寬等輻射十?dāng)_傳輸通道，即介質(zhì)（包括自由空間）對電磁波能量的損耗程度敏感設(shè)備：輻射干擾接收器的敏感度、方向性、極化、選擇性、帶寬等電磁輻射干擾源1、構(gòu)成輻射干擾源的兩個(gè)條件:（1）有產(chǎn)生電磁波的源泉;（2）能把這個(gè)電磁波輻射出去:（3）減少接收器接收干擾的無用信號或噪聲、 丿廠注意：不是

2、任何裝置都能輻射電磁波！而是必須滿足輻射條件的裝置：、必須有著開放結(jié)構(gòu)!幾何尺寸與電磁波必須在同一量級!比如：各種天線；或者不限.結(jié)構(gòu)件.元件、部件滿足輻射條件時(shí),三著發(fā)射和接收天線的作用，即能產(chǎn)生天線效應(yīng)。2、電磁干擾源分類1）信息輻射干擾源：發(fā)送設(shè)備、本地振蕩器、設(shè)備功能的非線性、核電磁脈沖輻射尊尊 /?）電磁噪聲輻射干擾源:銀河系無線電輻射、太陽無線電輻射.大氣中的無線電輻射; 閃電和雷暴的電場、大氣中的電流電場.大地表面的電場；大地內(nèi)部的電場.大地表面的磁場.大地磁層.（大地表面的磁場 與大地磁層統(tǒng)稱為自然磁場）;電力線路輻射干擾源、熒光燈輻射.降物靜電放電輻射干擾;人體靜電放電輻射干

3、擾.機(jī)動車干擾源、周圍介質(zhì)的非線性效應(yīng);:A 信息技術(shù)設(shè)備輻射干擾.工業(yè).科學(xué)和醫(yī)療設(shè)備的輻射干擾第2章電磁干擾源性質(zhì)與傳輸3、輻射干擾源的數(shù)學(xué)模由Cw基本輻射形式：電偶極子（電流元）和磁偶極子（磁流元：、電偶極子輻射數(shù)學(xué)模型電子設(shè)備中的電路連接線和印制板上的每根金屬線，他們的長 度與電磁波的波長在同一數(shù)量級以上，這時(shí)可以起著發(fā)射和接 收天線作用 電偶極子 與電磁波波長相比足夠短的電流元（/<<A, Z<<r） 電偶極子(電流元)輻射的數(shù)學(xué)模型電偶極子由帶有電流向量/,長度為加無窮小電流元組成。根據(jù)電磁場理其他場量為零sinO上述企式中：r觀察點(diǎn)到源的距離(/n)3于

4、角頻率，co =2jtf, /是頻率(Hz) ； k相位常數(shù)，k=2HX,久是波長：電傅極子的長度 5) ; I電流C4)£o自由空間介電常數(shù)，eo=8.8542XI0p/m如業(yè)e%(+)sin&4rr4ra磁偶極子的半徑(m)其他符號的意義與電偶極子 相同其他場量為零 磁偶極子(磁流元)的數(shù)學(xué)模型 磁偶極子是面積為加2和電磁波的波長相比足夠小的電 流環(huán)不論觀察點(diǎn)到干擾源相距多遠(yuǎn)，觀察點(diǎn)總的場強(qiáng)均可用下式表示：Ho =/8一用(丄 +必kjsin 94r廣 r21Hr = e-jkr (jk-h-) cos 072r2r磁偶極子的輻射當(dāng)I變大時(shí)，場分量含有項(xiàng)是主要的，表示輻射

5、場；場分量含有r2項(xiàng)是主要的，表示感應(yīng)場；（電場按-2衰減）場分重含有fT項(xiàng)是主要的，表示靜態(tài)場；（磁場按1*7衰減）這三種場都可以傳輸大量的電磁能量；在描述電磁輻射周圍場時(shí)，波阻抗是重要分量：電磁輻射周圍場中某點(diǎn)的波阻抗定義為該點(diǎn)的總電場和總磁場之比。電偶極子和磁偶極子的波阻抗可以先由前面6個(gè)公式給出的場分量求出 該點(diǎn)的總電場和總磁場，然后在求出二者之比波阻抗波阻抗是一實(shí)數(shù)，表示電場與磁場同相，電場變化達(dá)到最大時(shí)，磁場變 化也達(dá)到最大，反之亦然。（P58）電磁輻射場區(qū)的劃分 + -Jsin &-jb /I jk + cos。kr 廣f/ Idleikr廠 4岔Idl eEr = -j

6、2兀恥0 廠sin 0匚.Idl 嚴(yán)Eq = -j4 兀 reJkrsin 04rr電流元在空間的場可分為：近區(qū)場；中區(qū)場；遠(yuǎn)區(qū)場A近區(qū)場（感應(yīng)近區(qū)場）當(dāng)rV<A /2ir的區(qū)域，呈現(xiàn)感應(yīng)場性質(zhì)，且電場與 磁場相位相差90° ,呈電抗場，是一個(gè)諧振的波，與靜 電偶極子相似，為感應(yīng)場；在電子設(shè)備之間或者內(nèi)部之間，如果兩個(gè)系統(tǒng)距離足 夠小，電磁輻射的干擾場就是感應(yīng)場，其電場按照r-3 關(guān)系衰減，其磁場按照2關(guān)系衰減，電磁輻射場區(qū)的劃分B.遠(yuǎn)區(qū)場（輻射場）當(dāng)r>>A /2tt的區(qū)域，場隨r-i向外輻射，稱為輻射場，場分量簡化為:.30kldl . _jkr . Mkldl

7、 . _jkr Ee = j- -sin() e 1 = j- sine J rrX.kldl .j打E& Ee4岔12Q?r f對自由空間，下式為波阻抗I：爲(wèi)/比=梓= 12Qtq377Q波阻抗是一個(gè)實(shí)數(shù)，表示電場與磁場同相，電場變化最大時(shí)， 磁場變化也達(dá)到最大，反之亦然。故代表一個(gè)向r方向的行波， 能流矢量S二飛 燈甲由Ee轉(zhuǎn)到,方向，根據(jù)右手定則，母指 方向即為能流方向，與r徑向一致場量E、11正比于因子e-jkr/“表示從電流元發(fā)出的波，在 遠(yuǎn)區(qū)場時(shí)，是一個(gè)球面波。因?yàn)樵诘染嚯xr各點(diǎn)具有相同的相位， 等相位面是一個(gè)球面，當(dāng)r>>入時(shí)，球面即為平面，因此輻射 場具有平

8、面波的各種性質(zhì)。遠(yuǎn)區(qū)場中任何電流分布的場匚 ,6Osin6?.6O7rsin_：kr /小7o 2上式中：10在天線中心的電流；Le天線的有效長度，天線的有效長度在確定一個(gè)接收天線兩端的開路電壓時(shí)很有 用，它有時(shí)用來表示發(fā)射天線的有效性。當(dāng)一個(gè)天線有效長度為已知時(shí)，天線的輻射電阻可由式子:Rr=20 (kLe) 2Q求出；輻射電阻的大小，意味著斷天線輻射電磁波能量的本領(lǐng)。輻射電阻越大,射功率越大!C.中區(qū)場在近區(qū)場與遠(yuǎn)區(qū)場分界處附近，即r =A /2tt的區(qū)域附近,場的各項(xiàng)均不能忽略，這一區(qū)域既有感應(yīng)場也有輻射場。4、輻射干擾的物理模型1 ）物理模型圖仁5輻射干擾原理右邊干擾對象，它的兩根導(dǎo)線

9、3和4就像天線，接 收電磁場E、Ho 這兩根導(dǎo)線可能連成一個(gè)環(huán)， 也可能其中一根導(dǎo)線接地，或者就是地本身。高阻抗場自由空間遠(yuǎn)區(qū)場的波阻抗1/<遠(yuǎn)場(a)高阻抗場的電場發(fā)生源和電磁波發(fā)生源種類與電磁場強(qiáng)度之間的關(guān)系概念圖q = 12(>7r£i,而在近區(qū)場,對于以電偶極子作為干擾源的感應(yīng)場區(qū)，則將出現(xiàn)高阻抗場，并且干擾場主要是電場發(fā)生源起主要作低電流相當(dāng)于高阻抗2、高阻抗場與低阻抗場阻抗推導(dǎo)以電偶極子為例:2吟4岔、E=-j' IttcdSq口 IdlEq=J 4”ty 耳jk + sin 0r)-jkr ( jk + cos 3廠Ir)嚴(yán)(門 jk 1 )Q jk

10、 + +2 sin & r k r r)當(dāng)rVV入時(shí)，稱為近場，這時(shí)上面3式可以簡化為:為+MWIdl4兀（叭此時(shí)：H正比于l/r, E正比于l/r3,而此時(shí)的波阻抗:=120=3770此時(shí)：波阻抗為容性高阻抗,正比于l/r, Z。為自由空間波阻抗單極天線的近場又稱為高阻抗場，以電場為主單極天線稱為高電壓、小電流高阻抗源近場遠(yuǎn)場當(dāng)上入時(shí)，稱為遠(yuǎn)場，這時(shí)上面3式可以簡化為:Hs « j "I sin 0 e jk,022rEo = j - sin & 嚴(yán)4 加 g（）可見：H和E都正比于1/r,而此時(shí)的波阻抗:E&%k砂o=120龍=377(2此外，對

11、小環(huán)天線，也可以得到類似公式，但近場 時(shí)，H正比于l/r3, E正比于l/r2,而波阻抗：X此時(shí)：波阻抗為感性低阻抗，正比于r, Z。為自由空間波阻抗小環(huán)天線的近場又稱為低阻抗場，以磁場為主小環(huán)天線稱為低電壓、大電流低阻抗源即：對于以磁流元為干擾源的感應(yīng)場區(qū)間，即磁場源發(fā)生器 近距場區(qū)間，則將出現(xiàn)低阻抗場，兩種天線輻射空間波阻抗與距發(fā)生源的距離r的關(guān)系列糅的噸鹿以為位 電場源近區(qū)場的空間阻抗一高阻抗場磁場源近區(qū)場的空間阻抗氐阻抗場三、漏泄場的數(shù)學(xué)模型無限長縫隙漏泄的磁場強(qiáng)度Hr、H0金屬板前后兩側(cè)面上的磁場強(qiáng)度t金屬板的厚度g金屬板縫隙寬度可見：縫隙越深越窄，電磁漏泄就越小無縫隙時(shí)，由于金屬板

12、的吸收損耗，通過金 屬板后的干擾場強(qiáng)為：Ht =H（fi 一曲Ht金屬板后側(cè)面的磁場強(qiáng)度6集膚深度（m）"=舊£p和6為金屬板的磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率圖111金屬板上的孔徑金屬板有n個(gè)相同尺寸的圓孔、方孔和矩形孔，圓孔面積S、 方孔面積S，,金屬板為F,設(shè)：S<<F, S <<F,孔直徑DVVL矩形孔長邊bVV X,金屬板外側(cè)表面磁場強(qiáng)度為HO,通過空洞漏泄到空間的磁 場強(qiáng)度為Hh則:孔Hh=4n (S/F) 3/2XH0注意：矩形孔按最不利原則考慮，即在長邊b切斷電流通路, 破壞了金屬板上表面電流分部的情況下，用下式估算：矩形孔Hh=4n (kSVF) 3

13、/2XH0 , S'=ab天線是輻射和接收電磁波的專用設(shè)備，它具有標(biāo)準(zhǔn)的電磁場數(shù) 學(xué)模式;所有天線按照一定需要向空間輻射電磁波，對不需要的方面就 會形成輻射干擾；天線輻射和接收電磁波是有方向性的，即在不同方向上其輻射 和接收電磁波的能力是不同的；天線的方向特性描述天線定向輻射和定向接收電磁波的 能力的參數(shù)，包括：方向圖、主瓣寬度、副瓣電平、前后比和 增益等指標(biāo)；(見天線原理，這里不作贅述)3、輻射干擾的頻譜第2節(jié)電磁車一、電磁輻射干擾傳輸通道IZ1傳輸通道表1-4當(dāng)見的電磁噪聲輻射干擾源頻率范卿游1頻譜i®!頻is電路15kHz-倉流電源開關(guān)電路100kH7-30MHz30M

14、Hz -l(X)MHz設(shè)益外光未經(jīng)處理的可僑matlOkHzlOMfiz加淇識備的継電電弧30kHz- 300kHz熒光燈電弧100kHz-3.0MHz執(zhí)行裳豐電動機(jī)10kHz 700kHz康法器固態(tài)開關(guān)300ki k 500id iz執(zhí)行裳匱開關(guān)形血的電范30MHz 200MHz電整制臺斷路器ts心輪搜社點(diǎn)10MHz 20MHz執(zhí)行裝at的僞心輪10MHz-20MHz電源開關(guān)設(shè)備1013kHz-300MHz電傳左字機(jī)逼電樞1.8MH/-3.6MHz電源桂制器電源線50kHz 40MHz電傳打字機(jī)打印磁鐵1.0NfHz-3.0MHz電源控制器圻波科.獵電器.«10kHz*-2O)MH

15、z桿快開關(guān)找nsefitaa耗15kHz 150kHz松歩電路申悽開關(guān)接魅電佩200MHz-4fJ0MHz1、福射電波傳播的兩個(gè)方面的因素：(1) 電磁波本身的特性：頻率、波長、方向、極化等(2) 傳輸通道的介質(zhì)特性介質(zhì)、自由空間、土地、海水、森林、山等;I不同的電磁波在不同的介質(zhì)里傳輸?shù)姆绞浇^對不同O(2、電波傳播的基本概念：根據(jù)GB9175-88長波100kHz3OOkHz,又稱地波中波300kHz 3MHz,短波3MHz30MHz 又稱天波超短波30MHz 300MHz,微波300MHz 300GHz(1)地波傳播損耗匚一、電磁輻射干擾傳輸通道 1(3.電波傳播的損耗：不管電波在地表面繞

16、射，還是經(jīng)電離層反射，或是在自由空間直 射，在傳播過程中都會發(fā)生能量的損耗(3) 超短波傳播損耗 幾何視距之內(nèi)超短波傳播損耗 幾何視距附近超短波傳播損耗 有效視距超短波傳播損耗 山嶺屏蔽損耗 超短波在對流層里散射的傳播損耗4、微波傳播損耗二、電磁輻射干擾傳輸通道數(shù)學(xué)模型地波傳播損耗：要判別干擾源與接收器之間的距離是在極限I離之內(nèi)，還是在極限距離之外。極限距離的判別標(biāo)準(zhǔn)：/80d0極限作用距離(km)f射干擾源的頻率 在極限距離之內(nèi)，地波傳播損耗為：L_ 2+3x2+x+06”'x參量距碘參量距離由于電波傳播的兩個(gè)分量分為相應(yīng)的兩個(gè)，地波傳播 損耗也相應(yīng)分為兩種：垂直極化波損耗、水平極化

17、波損耗要分別計(jì)算;水平極化波參量距離:垂直極化波參量距離:d一干擾源與接收器之間的距離、£ '相對節(jié)點(diǎn)常數(shù)a大地電導(dǎo)率 A干擾源工作波長 在極限距離之外，地波傳播損耗要考慮地球曲率的影響，一 般為實(shí)測。二.電磁輻射干擾傳輸通道數(shù)學(xué)模型2、天波傳播損耗:L = L1+L2+L3+L4L -短波天波傳播損耗（dB）一一自由空間電波能量擴(kuò)散傳播損耗（dB）L2電波落地反射損耗（dB）A射線仰角電電離層反射點(diǎn)歯球中心的連線和干源到地球中心連線之的夾角2Rd _ 18(FxJ2 2x637123四種天波傳播損耗分量的計(jì)算:L2電波落地反射損耗(dB)Wv卜一一電波垂直極化反射系敢模，R

18、h-電波水平極化反射系散模,2、天波傳播損耗:L3額外損耗(dB)只能經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得出統(tǒng)計(jì)規(guī)律數(shù)據(jù): 4時(shí)至 10時(shí)，L3 = 16.6 (dB)10時(shí)至 16時(shí)，L3=15.4 (dB)2、天波傳播損耗：L4電離層吸收損耗（dB）二、電磁輻射干擾傳輸通道數(shù)學(xué)模型3、超短波傳播損耗:廠幾何視距之內(nèi)超短波傳播損耗幾何視距：可目視到的直線距離 幾何視距附近超短波傳播損耗 有效視距超短波傳播損耗有效視距：超短波傳播的截止距離，等于1/15倍幾何視距 山嶺屏蔽損耗超短波在對流層里散射的傳播損耗 幾何視距之內(nèi)超短波傳播損耗 幾何視距：可目視到的直線距離 幾何視距附近超短波傳播損耗1）幾何視距，可目視到的直線

19、距離。見圖1-34所示，O是地球中心，OC是地球半徑，AD = hit是輻射干擾源天線高度, BE = h2是接收器天線高度?？梢钥闯鰩缀我暰嗑褪乔芯€的切點(diǎn)到輻射干擾源天線頂端和切 點(diǎn)到接收器天線頂端之和，即A3的長度c圖1-33幾何視距附近電波幾何視距附近圖134輻射干擾源天線和接收器天線高度(1-33)hl ho武中 hX干擾源天線實(shí)際高度（TH）；幾何視距為AB = J hg + 2R） + 7%（力2 丄 2尺） 式中hi輻射干擾源天線髙度（m）;h2接收器天線高度（in）;R地球半徑.R=637123km°2）傳播損耗L = F"】；"）（1-34）式中

20、 F （“，/2） 衰減因子，它與輻射干擾源天線和接收器天線相對奇度有關(guān)； tl輻射源天線相對高度； 12接收器天線相對高度。(1-35)-36)10.0Ao1.0 AoVIM*100.0方0HBBIIBBIiiiiianri0.01Aq 01人0IO.OAo100. OAo 1000. OAoWIIIH!<iaUBII1>lll»Bf f f If 1H 出*, NJ 著IILhiiO.IAq圖135衰減因子與發(fā)射.接收天線高度的關(guān)系h'o/m= 47.8A2大氣標(biāo)準(zhǔn)折射的地球半徑.RJ85x"m 波長(m)o例題1:有一輻射干擾源天線高度hi=40m

21、,接收器天線 高度h2=30m,輻射干擾源天線到接收器天線相 距為45km,輻射干擾源的工作頻率f=200MHz,請計(jì)算電波傳播損耗。解： 工作頻率f=200MHz,是超短波， AB="】+(加+2R)+J2+(2+2R)=42. 1278km,與45 km相比 為幾何視距附近；因此為幾何視距附近的超短波傳播損耗; 天線有效高度：-3 =62. 3359m 輻射天線、接收關(guān)線禹騎譎殘Vtl=40/62. 3359=0. 6416, 12=30/62. 3359=0. 4812即：hl=0. 6416h0, h2=0. 4812h0 求衰減因子的對數(shù)值：利川hl、h2查找附圖1一35得： 衰淅因子隔對藪值全：27db因此：幾何視距附近的超短波傳播損耗F (tl, t2)= 10_27/20 J '有效視距超短波傳播損耗有效視距：超短波傳播的截止距離，等于115倍幾何視距L = Y(t1) +Y(t2) +Y(x)Y(t1):輻射干擾源天線高度函數(shù)(dB)Y(t2)：接收器天線高度函數(shù)(dB)Y(x)：輻射干擾源天線到接收器天線的距離函數(shù)(dB) 11：輻射干擾源天線相對高度、t2：接收器天線相對高度X：輻射干擾源天線到接收器天線的相對距離X=S/S0S:輻射干擾源天線到接收器天線的地球大園距離(m)例題2：有一輻射干擾源天線實(shí)