電磁場對導線耦合的干擾分析

1、電磁場對導線耦合的干擾分析劉曼霞（劉曼霞（15022020101502202010）劉曉倩（劉曉倩（15022020111502202011） 內(nèi)容 5.3.1 電磁場對線干擾的類型 5.3.2 電磁場對線的感應(yīng)耦合 5.3.3 高頻輻射場對導線的干擾 5.3.4 孔縫泄露場對導線的感應(yīng)耦合在實際工作中有許多電磁干擾都是通過電磁場對導線的耦合途徑發(fā)生的，不過由于它的耦合機理比較復雜，干擾的傳播比較隱蔽，經(jīng)常不被人們注意。根據(jù)統(tǒng)計資料，在飛機上有20%的電磁干擾是由電磁輻射引起的，而有60%的干擾卻是經(jīng)由導線耦合發(fā)生的。由此可見電磁場對導線的耦合干擾是一種多發(fā)的、潛在危害大的干擾模式。 通常，在

2、一個封閉系統(tǒng)中，像汽車、坦克、飛機、導彈、衛(wèi)星和艦船等物體內(nèi)部裝載有很多的電氣和電子設(shè)備，如電源、儀表、通訊、導航、控制操縱等設(shè)備。它們大多數(shù)裝在金屬殼的盒子中，這樣既可提高整體強度，又可加強電磁防護。因此電磁波直接由盒體進入內(nèi)部，往往因場強較弱而不易造成危害。但是這些設(shè)備的外引連用電纜卻直接暴露在電磁場的作用之下，經(jīng)過場對線的激勵，感應(yīng)較強的干擾能量，然后再沿導線傳導進入設(shè)備電路造成危害。這是一種“魔術(shù)師”般的迂回干擾方式，經(jīng)常會引起兩個毫不相干的設(shè)備發(fā)生干擾。從電路原理上很難找到相互聯(lián)系，因而場對線干擾過程的分析有助于電磁兼容設(shè)計和防護。5.3.1 場對線干擾的類型封閉系統(tǒng)內(nèi)部電磁“污染”

3、源主要來自于系統(tǒng)內(nèi)部的高頻電路、高速數(shù)字電路和瞬間電路的電磁輻射。這些干擾源使系統(tǒng)內(nèi)局部空間區(qū)域電磁場強度增大，導致該區(qū)域內(nèi)的電纜導線收到激勵而感應(yīng)產(chǎn)生電流。這是一種來自內(nèi)部電磁發(fā)射的場對線干擾的模式。另一種場對線干擾模式，其干擾源來自系統(tǒng)外部的電磁發(fā)射。由于封閉系統(tǒng)都有比較完整而堅固的殼體防護，對外界電磁波有相當良好的屏蔽作用，例如艦船、坦克有較厚的鋼板外殼，飛機、火箭由鋁合金的外殼，它們都可以防止電磁波直接入射。一般情況下，入射電磁波經(jīng)過殼體的反射和吸收損耗，能透入殼體內(nèi)部的已很少。實驗表明，飛機蒙皮的屏蔽效能可以達到60dB80dB以上。但是在封閉殼體上，難免會有開口、門窗、孔縫等不連續(xù)

4、的結(jié)構(gòu)。從這些孔洞縫隙泄露進入殼體內(nèi)部的電磁場是十分嚴重的干擾它們往往不容易引起人們的重視。 圖1：場線耦合的多種組合方式 因此對導線產(chǎn)生干擾的電磁場從來源上可分為兩類：一類是封閉系統(tǒng)內(nèi)部的輻射場；另一類是孔縫泄露場。從干擾電磁波的特性上主要分為連續(xù)波時變場和脈沖波瞬態(tài)場。5.3.2 場對線的感應(yīng)耦合 圖2：電磁場對導線激勵的干擾分析 在裝有許多設(shè)備的系統(tǒng)中，設(shè)備A和設(shè)備B通過兩根平行導線連接構(gòu)成回路，如下圖2所示，這是最常見的設(shè)備之間的連線方式。在每個設(shè)備內(nèi)部電路中都有作基準參考電位的地線，它一般通過低阻抗導線與設(shè)備盒殼體相連。如在飛機、導彈等飛行器中，為了防止靜電放電和雷擊必須把所有的設(shè)備

5、盒體通過搭接線與飛機等殼體蒙皮相連接。構(gòu)成設(shè)備之間的共地回路。CUDU圖3：平面波對回路的共模耦合示意圖 在這樣的導線中，如果附近出現(xiàn)較強的電場或磁場作用，可能引起兩種感應(yīng)電壓：一種是由導線與蒙皮(系統(tǒng)地)構(gòu)成的閉合回路，產(chǎn)生感應(yīng)電壓 ，如圖3所示。另一種是兩根導線和設(shè)備電路構(gòu)成的回路，產(chǎn)生感應(yīng)電壓 。如圖4所示。圖4：平衡傳輸系統(tǒng)的差模耦合示意圖Zc波阻抗圖5：共模電壓與差模電壓示意圖 感應(yīng)電壓在兩根導線中產(chǎn)生方向相同、大小和相位相同的電流I1和I2 ，則感應(yīng)電壓成為共模電壓。這種場對閉合回路導線的耦合稱為共模耦合。 感應(yīng)電壓在兩根導線中產(chǎn)生方向相反、大小相等的電流，則感應(yīng)電壓稱為差模電壓。

6、這種場對閉合回路導線的耦合稱為差模耦合。共模耦合和差模耦合的等效電路如圖5所示。在單位電場強度作用下，回路中產(chǎn)生的共模電壓隨頻率變化的特性如圖下所示單位電場在回路中產(chǎn)生的電壓與頻率關(guān)系平衡電路原理圖 平衡電路原理如圖所示。其中兩根導線所在的回路的阻抗完全對稱。然而兩個回路中導線阻抗 和內(nèi)阻 ，負載阻抗 不可能做到完全對稱，因此再平衡電路中仍有微弱的共模電壓。 ZwRsRL 在平衡線路中差模耦合電壓主要取決于兩平行導線所圍的面積 和電磁場的頻率f。在f和l一定的情況下應(yīng)盡量減小兩線的間距d，常見的方法是采用雙絞線。 在不平衡線路中，差模電壓主要取決于兩導線所構(gòu)成的回路中的阻抗不對稱程度。dl 5.3.3 高頻輻射場對導線的干擾圖6：平面波激勵的分布電壓源圖7：含分布電壓源的微分段dz的等效參數(shù)圖9平行xoy平面的不同入射方向的電磁波5.3.4孔縫泄漏場對導線的感應(yīng)耦合帶有長條縫隙的導電平面0