第3章 干擾耦合機(jī)理n

1、第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 3.1 傳導(dǎo)耦合 3.2 高頻耦合3.3 輻射耦合 習(xí)題 第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 電磁騷擾的耦合途徑電磁騷擾的耦合途徑傳導(dǎo)耦合傳導(dǎo)耦合：在騷擾源與敏感設(shè)備之間存在有在騷擾源與敏感設(shè)備之間存在有完完整整的電路連接，電磁騷擾的電路連接，電磁騷擾通過連接電路通過連接電路從騷從騷擾源傳輸電磁騷擾至敏感設(shè)備。擾源傳輸電磁騷擾至敏感設(shè)備。輻射耦合：輻射耦合：電磁騷擾通過其周圍的媒介電磁騷擾通過其周圍的媒介以電磁以電磁波波的形式向外傳播，騷擾電磁能且按電磁場(chǎng)的形式向外傳播，騷擾電磁能且按電磁場(chǎng)的規(guī)律向周圍空間發(fā)射。的規(guī)

2、律向周圍空間發(fā)射。傳導(dǎo)耦合傳導(dǎo)耦合(+) 輻射耦合輻射耦合 例如例如 傳輸線的輻射/輻射源的傳輸線響應(yīng)第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 電磁騷擾的耦合途徑分類電磁騷擾的耦合途徑分類公共地阻抗耦合電阻性耦合公共電源內(nèi)阻耦合傳導(dǎo)耦合 電容性耦合電感性耦合干擾信號(hào)導(dǎo)線對(duì)導(dǎo)線輻射耦合 天線對(duì)天線場(chǎng)對(duì)導(dǎo)線電磁干擾耦合模型電磁干擾耦合模型 C： 電容耦合電容耦合 L： 電感耦合電感耦合 Z： 共阻抗耦合共阻抗耦合 NC：近場(chǎng)耦合：近場(chǎng)耦合 FR：遠(yuǎn)場(chǎng)輻射：遠(yuǎn)場(chǎng)輻射 導(dǎo)線對(duì)導(dǎo)線，天線對(duì)天線，場(chǎng)對(duì)導(dǎo)線 電容性耦合，電感性 耦合第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 電磁輻射的基本理論電磁輻射的基本理論 環(huán)天

3、線元環(huán)天線元 偶極天線元偶極天線元 縫隙天線縫隙天線 n 電磁輻射電磁輻射n 電磁散射電磁散射（二次源，敏感體）n 基本天線結(jié)構(gòu)基本天線結(jié)構(gòu) （等效為磁荷源）等效為磁荷源）第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 3.1 傳導(dǎo)耦合傳導(dǎo)耦合 傳導(dǎo)傳導(dǎo)是干擾源與敏感設(shè)備之間的主要騷擾耦合途徑之一。 傳導(dǎo)騷擾可以通過電源線、傳導(dǎo)騷擾可以通過電源線、 信號(hào)線、信號(hào)線、 互連線、互連線、 接地導(dǎo)體等進(jìn)行耦合。接地導(dǎo)體等進(jìn)行耦合。 傳導(dǎo)耦合包括通過導(dǎo)體間的電容及傳導(dǎo)耦合包括通過導(dǎo)體間的電容及互感而形成的干擾耦合?；ジ卸纬傻母蓴_耦合。 第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 3.1.1 電容性耦合電容性耦合 由

4、于電容實(shí)際是由兩個(gè)導(dǎo)體構(gòu)成的, 因此兩根導(dǎo)線就構(gòu)成了一個(gè)電容, 我們稱這個(gè)電容是導(dǎo)線之間的寄生導(dǎo)線之間的寄生電容電容。 由于這個(gè)電容的存在, 一個(gè)導(dǎo)線中的能量能夠耦合到另一個(gè)導(dǎo)線上。 這種耦合稱為電容耦合電容耦合或電場(chǎng)耦合。電場(chǎng)耦合。 第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 1. 電容性耦合模型電容性耦合模型圖 3-1 電容性耦合模型第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 2221122jc1jRCRUUURXCR 假設(shè)電路1為騷擾源電路, 電路2為敏感電路, C為導(dǎo)線1與導(dǎo)線2間的分布電容, 由等效電路可計(jì)算出在回路2上的感應(yīng)電壓U2為式中, 當(dāng)耦合電容比較小時(shí), 即CR21時(shí), (3-1)式可

5、以簡化為 U2=jCR2U1 (3-2)G2L22CG2L21,jR RRXRRC第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 從 (3-2) 式可以看出, 電容性耦合引起的感應(yīng)電壓正比于騷擾源的工作頻率、 敏感電路對(duì)地的電阻R2(一般情況下為阻抗)、 分布電容C、 騷擾源電壓U1。 電容性耦合主要在射頻頻率形成騷擾, 頻率越高, 電容性耦合越明顯。 電容性耦合的騷擾作用相當(dāng)于在電路2與地之間連接了一個(gè)幅度為In=jCU1的電流源。第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 一般情況下, 騷擾源的工作頻率、 敏感電路對(duì)地的電阻R2(一般情況下為阻抗)、 騷擾電壓U1是預(yù)先給定的, 所以, 抑制電容性耦合的有

6、效方法是減小抑制電容性耦合的有效方法是減小耦合電容耦合電容C C。 第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 圖 3-2 地面上兩導(dǎo)線間電容性耦合模型 下面我們繼續(xù)分析另一個(gè)電容性耦合模型。 該模型是在前一模型的基礎(chǔ)上除了考慮兩導(dǎo)線除了考慮兩導(dǎo)線(兩電路兩電路)間的耦合間的耦合電容外電容外, 還考慮每一電路的導(dǎo)線與地之間所存在的電容。還考慮每一電路的導(dǎo)線與地之間所存在的電容。 地面上兩導(dǎo)體之間電容性耦合的簡單表示如圖3-2所示。 第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 (3-3)12N1122Gj1jC RUUR CC 根據(jù)圖3-2(b)的等效電路, 導(dǎo)體2與地之間耦合的騷擾電壓UN能夠表示為第第3

7、章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 如果R為低阻抗, 即滿足: 那么, (3-3)式可化簡為122G1jRCC(3-4)N121jUC RU 假定騷擾源的電壓U1和工作頻率f不能改變, 這樣只留下兩個(gè)減小電容性耦合的參數(shù)C12和R。減小耦合電容C12的方法是屏蔽導(dǎo)體或增加導(dǎo)體間的距離)。 若兩導(dǎo)體之間距離加大, C12的實(shí)際值會(huì)減少, 從而降低導(dǎo)體2上感應(yīng)到的電壓UN,第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 如果R為高阻抗, 即滿足: 那么, (3-3)式可簡化為(3-6)式表明, 在導(dǎo)體2與地之間產(chǎn)生的電容性耦合騷擾電壓與頻率無關(guān), 且在數(shù)值上大于(3-4)式表示的騷擾電壓。 122G1jRCC(

8、3-6)12N1122GCUUCC第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 2. 屏蔽體對(duì)電容性耦合的作用屏蔽體對(duì)電容性耦合的作用圖 3-5 導(dǎo)體2 具有屏蔽體時(shí)兩導(dǎo)線間電容性耦合模型第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 考慮導(dǎo)體考慮導(dǎo)體2對(duì)地電阻為無限大的值對(duì)地電阻為無限大的值, 導(dǎo)體導(dǎo)體2完全屏完全屏蔽蔽, 此時(shí)此時(shí)C12、C2G均為零。均為零。 由圖3-5(b)可知, 屏蔽體耦合到的騷擾電壓US為 由于沒有耦合電流通過C2S, 因此完全屏蔽的導(dǎo)體2所耦合的騷擾電壓為UN=US(3-9)(3-8)1SS11SSCCUUCC第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 實(shí)際上,屏蔽體接地,那么電壓US0

9、, 從而UN0，導(dǎo)體2通常部分延伸到屏蔽體外, 如圖3-5(a)所示。 此時(shí), C12、C2G均需要考慮。 屏蔽體接地, 且導(dǎo)體2對(duì)地電阻為無限大的值時(shí), 導(dǎo)體2上耦合的騷擾電壓為 (3-10)12S2G1212NUCCCCU第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 C12的值取決于導(dǎo)體的值取決于導(dǎo)體2延伸到屏蔽體外的那一部分的延伸到屏蔽體外的那一部分的長度。長度。 良好的電場(chǎng)屏蔽必須使導(dǎo)體2延伸到屏蔽體外的那一部分的長度最小, 必須提供屏蔽體的良好接地。 假定假定電纜的長度小于一個(gè)波長電纜的長度小于一個(gè)波長, 單點(diǎn)接地就可以實(shí)現(xiàn)良好的單點(diǎn)接地就可以實(shí)現(xiàn)良好的屏蔽體接地。屏蔽體接地。 對(duì)于長電纜對(duì)

10、于長電纜, 多點(diǎn)接地是必須的。多點(diǎn)接地是必須的。 導(dǎo)體導(dǎo)體2對(duì)地電阻為有限值的情況。對(duì)地電阻為有限值的情況。 根據(jù)圖3-5(c) 的簡化等效電路知, 導(dǎo)體2上耦合的騷擾電壓為(3-11)12N1122G2Sj1jC RUUR CCC第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 當(dāng)時(shí), (3-11)式可簡化為: (3-12)式和(3-4)式的形式完全一樣, 但是由于導(dǎo)體2此時(shí)被屏蔽體屏蔽, C12的值取決于導(dǎo)體2延伸到屏蔽體外的那一部分的長度, 因此C12大大減小, 從而降低了UN。 122G2S1j ()RCCC(3-12)N121jURC U第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 3.1.2 電感性耦

11、合電感性耦合 當(dāng)一根導(dǎo)線上的電流發(fā)生變化, 而引起周圍的磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí), 恰好另一根導(dǎo)線在這個(gè)變化的磁場(chǎng)中, 則這根導(dǎo)線上就會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。 于是, 一根導(dǎo)線上的信號(hào)就耦合進(jìn)了另一根導(dǎo)線。 這種耦合稱為電感性耦合電感性耦合或磁耦合。或磁耦合。 第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 圖 3-7 兩電路間的電感性耦合第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 1. 電感性耦合模型電感性耦合模型 電感性耦合也稱為磁耦合磁耦合, 它是由磁場(chǎng)的作用所引起的。當(dāng)電流I在閉合電路中流動(dòng)時(shí), 該電流就會(huì)產(chǎn)生與此電流成正比的磁通量。 I與的比例常數(shù)稱為電電感感L, 由此我們能夠?qū)懗? =LI(3-13)電感的值取決于

12、電路的幾何形狀和包含場(chǎng)的媒質(zhì)的磁特性。 第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 當(dāng)一個(gè)電路中的電流在另一個(gè)電路中產(chǎn)生磁通時(shí), 這兩個(gè)電路之間就存在互感互感M M1212, 其定義為(3-14)12表示電路1中的電流I1在電路2產(chǎn)生的磁通量。 由法拉第定律可知, 磁通密度為B的磁場(chǎng)在面積為S的閉合回路中感應(yīng)的電壓為11212IM(3-15)Nd ddSUtBS第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 其中, B與S是向量, 如果閉合回路是靜止的, 磁通密度隨時(shí)間作正弦變化且在閉合回路面積上是常數(shù), B與S的夾角為, 那么(3-15)式可簡化為 如圖3-6所示, S是閉合回路的面積, B是角頻率為(ra

13、ds)的正弦變化磁通密度的有效值, UN是感應(yīng)電壓的有效值。 (3-16)NjcosUBS第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 圖 3-6 感應(yīng)電壓取決于回路包圍的面積S第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 因?yàn)锽S cos表示耦合到敏感電路的總磁通量, 所以能夠把(3-14)式和(3-16)式結(jié)合起來, 用兩電路之間的互感M來表示感應(yīng)電壓UN, 即 (3-16)式和(3-17)式是描述兩電路之間電感性耦合的基本方程。 (3-17)1N1djdiUMIMt第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 (3-16)式和(3-17)式中出現(xiàn)的角頻率為(弧度秒), 表明耦合與頻率成正比。為了減小騷擾電壓,

14、必須減小B、S、cos。 欲減少欲減少B B值值, , 可利用加大電路間的距離或?qū)?dǎo)線可利用加大電路間的距離或?qū)?dǎo)線絞繞絞繞, , 使絞線產(chǎn)生的磁通密度使絞線產(chǎn)生的磁通密度B B能互相抵消掉。能互相抵消掉。 至于受干擾電路的面積S, 可將導(dǎo)線盡量置于接地面上, 使其減至最小; 或利用絞線的其中一條為地電流回路, 使地電流不經(jīng)接地平面, 以減少回路所圍的面積。cos的減小則可利用重新安排干擾源與受干擾者的位置來實(shí)現(xiàn)。 第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 圖 3-7 兩電路間的電感性耦合第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 磁場(chǎng)與電場(chǎng)間干擾的區(qū)別方法磁場(chǎng)與電場(chǎng)間干擾的區(qū)別方法: 第一, 減小受干

15、擾電路的負(fù)載阻抗未必能使磁場(chǎng)干擾的情況改善; 而對(duì)于電場(chǎng)干擾的情況, 減小受干擾電路的負(fù)載阻抗可以改善干擾的情況。 第二,在磁場(chǎng)干擾中, 電感耦合電壓串聯(lián)在被干擾導(dǎo)體中, 而在電場(chǎng)干擾中, 電容耦合電流并聯(lián)在導(dǎo)體與地之間。 第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 圖 3-8 電容耦合與電感耦合的判別 利用這一特點(diǎn), 可以分辨出干擾是電感耦合還是電容耦合。如圖3-8所示，在被干擾導(dǎo)體的一端測(cè)量干擾電壓, 在另一端減小端接阻抗。 如果測(cè)量的電壓減小, 則干擾是通過電容耦合的; 如果測(cè)量的電壓增加, 則干擾是通過電感耦合的。第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 2. 帶有屏蔽體的電感性耦合帶有屏蔽體的

16、電感性耦合(1) 如果在圖3-7的導(dǎo)體2外放置一管狀屏蔽體時(shí), 如圖3-9所示。 圖 3-9 導(dǎo)體2帶有屏蔽體的電感耦合第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 考察一個(gè)屏蔽體是否對(duì)電感耦合起作用, 只要看屏蔽體的引入是否改變了原來的磁場(chǎng)分布。 設(shè)屏蔽體是非磁性材料構(gòu)成的, 且只有單點(diǎn)接地或沒有接地。由于屏蔽是非磁性材料的, 因此它的存在對(duì)導(dǎo)體周圍的磁通密度沒有影響, 導(dǎo)體1與導(dǎo)體2的互感M12沒有變化。所以導(dǎo)體1在導(dǎo)體2上感應(yīng)的電壓與沒有屏蔽時(shí)是相同的。 第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 在磁場(chǎng)的作用下, 屏蔽體上也會(huì)感應(yīng)出電壓, 設(shè)導(dǎo)體1與屏蔽體間的互感為M1S, 則導(dǎo)體1上的電流I1在屏

17、蔽體上感應(yīng)的電壓為US=jM1SI1(3-18) 如果屏蔽體只單點(diǎn)接地或沒有接地單點(diǎn)接地或沒有接地, 屏蔽體上沒有電流, 所以不會(huì)產(chǎn)生額外的磁場(chǎng), 因此這個(gè)屏蔽層對(duì)磁場(chǎng)耦合沒有這個(gè)屏蔽層對(duì)磁場(chǎng)耦合沒有任何影響任何影響。 如果屏蔽體的兩端接地兩端接地, 屏蔽層上會(huì)有電流流過, 這個(gè)電流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加的磁場(chǎng)。引起導(dǎo)體2周圍磁場(chǎng)的變化, 因此這個(gè)屏蔽層對(duì)磁場(chǎng)耦合有一定影響這個(gè)屏蔽層對(duì)磁場(chǎng)耦合有一定影響。 第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 3.1.3 電容性耦合與電感性耦合的綜合考慮電容性耦合與電感性耦合的綜合考慮前面研究電容性耦合及電感性耦合的模型及計(jì)算, 是假定只有單一類型的干擾耦合, 而沒有

18、其他類型耦合的情況, 但事實(shí)上各種耦合途徑是同時(shí)存在的。 當(dāng)耦合程度較小且只考慮線性電路分量時(shí), 電容性耦合(電耦合)和電感性耦合(磁耦合)的電壓可以分開計(jì)算, 然后再找出其綜合干擾效應(yīng)。 由前面的分析可知, 電容性耦合與電感性耦合的干擾有兩點(diǎn)差別: 首先, 電感性耦合干擾電壓是串聯(lián)于受害電路上, 而電容性耦合干擾電壓是并聯(lián)于受害電路上; 其次, 對(duì)于電感性耦合干擾, 可用降低受害電路的負(fù)載阻抗來改善干擾情況, 而對(duì)于電容性耦合, 其干擾情況與電路負(fù)載無關(guān)。 第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 根據(jù)第一點(diǎn)差別不難看出, 在靠近干擾源的近端和遠(yuǎn)端, 電容耦合的電流方向相同, 而電感耦合的電流方

19、向相反。 圖3-16(a)給出電容耦合和電感耦合同時(shí)存在的示意圖, 設(shè)在R2G及R2L上的電容耦合電流分別為IC1及IC2, 而電感耦合電流分別為IL1及IL2, 顯然 IL1=IL2=IL, 在靠近干擾源近端在靠近干擾源近端R2G上的耦合干擾電壓為上的耦合干擾電壓為U2G=(IC1+IL)R2G(3-30) 遠(yuǎn)端負(fù)載遠(yuǎn)端負(fù)載R2L上的耦合干擾電壓為上的耦合干擾電壓為U2L=(IC2IL)R2L(3-31)第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 由(3-30)和(3-31)式可知, ： 對(duì)于靠近干擾源端對(duì)于靠近干擾源端(近端近端)電容性耦合電電容性耦合電壓與電感性耦合電壓相疊加壓與電感性耦合電壓

20、相疊加,； 對(duì)于靠近負(fù)載端對(duì)于靠近負(fù)載端, 或者說遠(yuǎn)離干擾源端或者說遠(yuǎn)離干擾源端, 總干擾電壓等于電容性耦合電壓減去電感性總干擾電壓等于電容性耦合電壓減去電感性耦合電壓耦合電壓, 在進(jìn)行相減計(jì)算時(shí)在進(jìn)行相減計(jì)算時(shí), 是以復(fù)數(shù)形式是以復(fù)數(shù)形式進(jìn)行的。進(jìn)行的。第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 圖 3-16 電容性耦合與電感性耦合的綜合影響第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 3.3 輻射耦合輻射耦合輻射電磁場(chǎng)是騷擾耦合的另一種方式, 除了從騷擾源有意輻射之外, 還有無意輻射, 例如, 有短(小于4)單極天線作用的線路和電纜, 或者起小環(huán)天線作用的線路和電纜, 都可能輻射電場(chǎng)或磁場(chǎng)。 輻射耦合的

21、途徑主要有: 天線天線, 天線電纜, 天線機(jī)殼, 電纜機(jī)殼, 機(jī)殼機(jī)殼, 電纜電纜。對(duì)于輻射耦合, 電磁場(chǎng)理論中近場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)的概念是十分重要的。 第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 3.3.1 電磁輻射電磁輻射當(dāng)場(chǎng)源的電流或電荷隨時(shí)間變化時(shí), 就有一部分電磁能量進(jìn)入周圍空間, 這種現(xiàn)象稱為電磁能量電磁能量的輻射。的輻射。 研究電磁輻射, 最簡單的是電偶極子電偶極子和磁偶極磁偶極子子的輻射。 實(shí)際天線可近似為許多偶極子的組合, 天線所產(chǎn)生的電磁波也就是這些偶極子所產(chǎn)生的電磁波的合成。 第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 1. 電偶極子的電磁輻射電偶極子的電磁輻射電偶極子是指一根載流導(dǎo)線, 它的

22、長度l與橫向尺寸都比電磁波長小得多。 圖 3-22 電偶極子輻射源第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 由麥克斯韋方程組解得電偶極子周圍的電磁場(chǎng)為：(3-46) r223r233230011sin()cos() sin4()11cos()sin() cos2()()111sin()cos()sin() sin4()()0mmmHHIlHktkrtkrkrkrIlEktkrtkrkrkrIlEktkrtkrtkrkrkrkrE第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 式中: Iml 電偶極子的電矩(Am); r 從坐標(biāo)中心到觀察點(diǎn)的距離(m); k 波數(shù), 電磁波傳播單位長度所引起的相位變化, 電磁

23、波的波長, 則有k=2/(rad/m)。 下面按照觀察點(diǎn)到電偶極子的距離遠(yuǎn)近來討論電偶極子周圍電磁場(chǎng)各分量的表達(dá)式。 第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 1) 近場(chǎng)區(qū)近場(chǎng)區(qū) (即在即在r/(2)的區(qū)域內(nèi)的區(qū)域內(nèi), kr(2)的區(qū)域內(nèi), kr1 ) 由(3-46)式可見, 電偶極子產(chǎn)生的場(chǎng)分量主要取決于1/(kr)的低次項(xiàng), 而且E與E相比可忽略, 因此在波的傳播方向上的電場(chǎng)分量近似為零, 近似得(3-48) 2sinsin()4sinsin()4mmk IlEtkrrkIIHtkrr第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 由式(3-48)可看出, 無論是E還是, 幅值都和角無關(guān), 僅與角有關(guān),

24、 而且正比于sin。 在90的方向, 即在垂直于偶極子軸線的方向上, 場(chǎng)強(qiáng)E及H最大。 輻射源向空間輻射的電磁場(chǎng)強(qiáng)度隨空間方向而變化的特性稱為輻射源的方向性, 圖3-23為電偶極子的方向圖。 工程上可以利用(3-47)式與(3-48)式計(jì)算電偶極子周圍場(chǎng)強(qiáng)的值, 例如, 當(dāng)l長為1 cm、 Im為1 A時(shí), 不同距離上的場(chǎng)強(qiáng)值如表3-8所示。 H第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 圖 3-23 電偶極子的方向圖第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 表3-8 距電偶極子不同距離的場(chǎng)強(qiáng) 第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 2. 磁偶極子的電磁幅射磁偶極子的電磁幅射參照電偶極子的電磁幅射一節(jié),

25、用一個(gè)磁偶極子替代電偶極子。 該磁偶極子由假想的一對(duì)相距極小的正、 負(fù)磁荷(+qm, qm)組成, 如圖3-24(a)所示。 直徑遠(yuǎn)小于波長的小環(huán)天線可作磁偶極子處理。 將通電小圓環(huán)置于xz平面, 環(huán)中心與坐標(biāo)原點(diǎn)重合, 見圖3-24(b)。 設(shè)小圓環(huán)半徑為a, 流過的電流為im=Im sint, 可求得在空間某點(diǎn)處的電場(chǎng)與磁場(chǎng)的表達(dá)式為第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 (3-49) r24m223mr2323m230011cos()sin() sin4()11sin()cos() cos2()()111cos()sin()cos() sin4()()0EEI aEktkrtkrkrkrI

26、 aHktkrtkrkrkrI aHktkrtkrtkrkrkrkrH第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 圖 3-24 磁偶極子輻射源第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 1) 近場(chǎng)區(qū)(又稱感應(yīng)電場(chǎng)區(qū))在r(2)的區(qū)域內(nèi), kr/(2)的區(qū)域內(nèi), kr1。 由式(3-49)可見, 磁偶極子產(chǎn)生的場(chǎng)分量主要取決于1/(kr)的低次項(xiàng), 而且Hr與H相比可忽略, 因此在波的傳播方向上的磁場(chǎng)分量近似為零, 得(3-51) r23m23m0sincos()4sincos()4HI a kHtkrrI a kEtkrr第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 由(3-51)式可見, 在磁偶極子的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū),

27、電磁場(chǎng)與空間的關(guān)系完全和電偶極子相仿。 當(dāng)=90時(shí), 即在線圈所在平面上, 電場(chǎng)與磁場(chǎng)為最大值。 同樣, 當(dāng)一小圓環(huán)的半徑a為0.564 cm, 通過的電流為1 A時(shí), 其周圍的場(chǎng)強(qiáng)值列于表3-9。第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 表3-9 距磁偶極子不同距離的場(chǎng)強(qiáng) 第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 3.3.2 近場(chǎng)區(qū)與遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的特性近場(chǎng)區(qū)與遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的特性1. 近場(chǎng)區(qū)近場(chǎng)區(qū)1) 波阻抗在上述分析中, 把r/(2)的區(qū)域作為近場(chǎng)區(qū), 但在電磁屏蔽領(lǐng)域通常把與偶極子相距為r/(2)的區(qū)域稱為遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。 由式(3-48)和式(3-51)可見, 在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)電磁場(chǎng)只有與傳播方向垂直的兩個(gè)場(chǎng)分量E和H,

28、或H和E有關(guān), 在傳播方向沒有場(chǎng)分量, 稱為橫電磁(TEM)波, 又稱平面電磁波。 圖3-28 為平面電磁波中電場(chǎng)與磁場(chǎng)的瞬時(shí)分布。 平面電磁波具有下列特性: 第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 圖 3-28 遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)平面波的瞬時(shí)場(chǎng)分布第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 (1) 電磁波的兩個(gè)場(chǎng)分量電場(chǎng)與磁場(chǎng)在空間相互垂直, 且在同一平面上。 (2) 電場(chǎng)和磁場(chǎng)在時(shí)間上同相位。 (3) 平面波在自由空間的傳播速度8c003 10V ( m /s )第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 (4) 自由空間電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量的比值(波阻抗)是一常數(shù), 與場(chǎng)源的特性和距離無關(guān)。 對(duì)于電偶極子, 可由式(3

29、-48)得到波阻抗Zw為 (3-55)用磁偶極子遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的E和H的表達(dá)式可獲得同樣的結(jié)果。 0w0120377 ( )EZH第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 (5) 平面波中電場(chǎng)的能量密度We和磁場(chǎng)能量密度Wm各為電磁波總能量的一半, 即 (3-56) (3-57) (3-58)2e2EW22mHWemem22WWWWW第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 (6) 電磁波能量的傳播方向由坡印廷矢量確定, 可用下式表示: 式中: 為坡印廷矢量; 和為互相垂直的電場(chǎng)與磁場(chǎng)矢量。 (7) 電場(chǎng)與磁場(chǎng)均隨離開場(chǎng)源的距離成反比地減小(見圖3-27)。 電磁兼容性測(cè)試時(shí)常利用這種關(guān)系進(jìn)行電磁發(fā)射極限值轉(zhuǎn)

30、換。 例如, 在國家標(biāo)準(zhǔn)信息技術(shù)設(shè)備的無線電騷擾限值和測(cè)量方法中, 規(guī)定在30230 MHz頻段, B級(jí)受試設(shè)備的10 m準(zhǔn)峰值限值為30 dBV/m, 當(dāng)改用3 m距離測(cè)量時(shí), 限值將增加到40.5 dBV/m。 (3-59)HESSER第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 3. 空氣波阻抗與場(chǎng)源特性、空氣波阻抗與場(chǎng)源特性、 波長、波長、 距離的關(guān)系距離的關(guān)系綜上所述, 近場(chǎng)區(qū)與遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的波阻抗有明顯區(qū)別。 分析金屬板的電磁屏蔽效能時(shí), 正是這種材料界面上波阻抗的差異導(dǎo)致了反射損耗, 因此波阻抗是屏蔽效能計(jì)算中極重要的一個(gè)參數(shù)。 圖3-25給出了自由空間不同場(chǎng)區(qū)的波阻抗隨頻率及距離變化的關(guān)系。

31、 進(jìn)入遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)之后, 波阻抗將趨向恒定的377 。 第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 4. 導(dǎo)體的波阻抗導(dǎo)體的波阻抗導(dǎo)電媒質(zhì)的波阻抗可由電磁波在遠(yuǎn)區(qū)自由空間傳播時(shí)波阻抗表達(dá)式(3-52)推出。 只需以導(dǎo)體的復(fù)介電常數(shù)代替自由空間的。 導(dǎo)體的波阻抗以表示, 有對(duì)良導(dǎo)體而言, 有, 則j(/) sZSj(/)jZ jj44SS1jeej2ZZ第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 上式中為良導(dǎo)體波阻抗的模, 有 (3-60)式中: 為導(dǎo)體的磁導(dǎo)率, 非鐵磁性材料的=0; 為導(dǎo)體的電導(dǎo)率; 為電磁波的角頻率。 從ZS的表達(dá)式可見, 電磁波在良導(dǎo)體內(nèi)傳播時(shí)電場(chǎng)與磁場(chǎng)相位差/4, 而且由于導(dǎo)體引入的損耗

32、, 其幅度將按指數(shù)規(guī)律下降, 坡印廷矢量如圖3-29所示。 SZSZSSZZ第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 圖 3-29 電磁波在導(dǎo)體內(nèi)的傳播特性第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 (3-61)一般資料只提供相對(duì)電導(dǎo)率r和相對(duì)磁導(dǎo)率r, 見表3.8。 把r和r代入式(3-60)后, 可得式中: r=/0, 0=4107(H/m);r=/Cu, Cu為銅的電導(dǎo)率, Cu=5.8107(S/m)。 例如, 在頻率為1 MHz時(shí), 按式(3-61)可求得銅對(duì)電磁波的波阻抗為0.368 m。 7rSSr3.68 10 fZZ第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 3.3.3 電磁波的極化電磁波的

33、極化極化是指平面波的電場(chǎng)強(qiáng)度E在空間某一定點(diǎn)的方向變化情況。 無論是在抑制電磁波傳播或電磁兼容性試驗(yàn)中, 都會(huì)遇到電磁波的極化問題。 第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 沿x方向傳播的平面波, E和H都在y-z平面上。 若Ez=0, 只有Ey存在(電偶極子垂直放置時(shí)在近場(chǎng)區(qū)所產(chǎn)生的電磁波就屬此情況), 則稱該平面波極化于y方向, 如圖3-30(a)所示。 Ey垂直于地平面, 又稱垂直極化。 若Ey0, 只有Ez存在(電偶極子水平放置時(shí)在近場(chǎng)區(qū)的情況), 則稱該平面波極化于z方向。 Ez平行于地面, 又稱水平極化。 一般情況下, Ez和Ey均存在且同相, 平面電磁波中合成電場(chǎng)的方向取決于Ez和

34、Ey的相對(duì)大小。 電場(chǎng)方向和z軸間形成的夾角arctan(|Ey|/|Ez|)不會(huì)隨時(shí)間變動(dòng), 如圖3-30(b)所示。 上述三例中, 瞬時(shí)場(chǎng)向量的端點(diǎn)始終沿一直線移動(dòng), 統(tǒng)稱為線性極化波。 第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 圖 3-30 線性極化示意第第3章章 干擾耦合機(jī)理干擾耦合機(jī)理 若Ey、 Ez均存在, 但不同相, 即Ey和Ez的極大值發(fā)生在不同的時(shí)間, 則合成電場(chǎng)向量的方向?qū)㈦S時(shí)間而變。 這時(shí)電場(chǎng)向量E的端點(diǎn)隨時(shí)間的軌跡是個(gè)橢圓, 稱為橢圓極化, 如圖3-31(a)所示。 橢圓極化波的特例是: 當(dāng)Ey和Ez的大小相等, 相位差90時(shí), 合成電場(chǎng)E的軌跡是個(gè)圓, 稱為圓極化, 如圖3-31(b)所示。 圓極化波分左旋和右旋, 其旋向應(yīng)與圓極化收、 發(fā)天線的旋向一致。 應(yīng)該說明, 線極化波可以分解為一對(duì)左、 右旋的圓極化波, 如圖3-31(c)所示。 反之, 一個(gè)圓極化波也可分解為一對(duì)正交的線極化波。 電磁