第2講電磁騷擾傳輸機(jī)理

第2講電磁騷擾傳輸機(jī)理《電磁兼容基礎(chǔ)》Agenda電磁騷擾耦合途徑電磁輻射理論基礎(chǔ)輻射耦合傳導(dǎo)耦合的傳輸線(xiàn)理論傳導(dǎo)耦合騷擾源對(duì)敏感設(shè)備的騷擾模式傳導(dǎo)耦合

傳導(dǎo)傳輸必須在干擾源和敏感器之間有完整的電路連接，干擾信號(hào)沿著這個(gè)連接電路傳遞到敏感器，產(chǎn)生干擾。輻射耦合

輻射傳輸是以電磁波的形式傳播，干擾能量按電磁場(chǎng)的規(guī)律向周?chē)臻g發(fā)射。1電磁騷擾耦合途徑耦合途徑？1電磁騷擾耦合途徑不同學(xué)術(shù)觀(guān)點(diǎn)對(duì)耦合途徑的劃分容空間輻射電磁波交變電場(chǎng)交變磁場(chǎng)

2電磁輻射理論基礎(chǔ)2電磁輻射理論基礎(chǔ)

麥克斯韋方程組法拉第定律廣義的安培定律廣義的電場(chǎng)高斯定律磁場(chǎng)的高斯定律電流連續(xù)性方程2電磁輻射理論基礎(chǔ)

基本參數(shù)1.場(chǎng)物理量電場(chǎng)強(qiáng)度電通量密度磁場(chǎng)強(qiáng)度磁通量密度2電磁輻射理論基礎(chǔ)

基本參數(shù)2.源物理量體電流密度體電荷密度2電磁輻射理論基礎(chǔ)

麥克斯韋方程組法拉第定律廣義的安培定律廣義的電場(chǎng)高斯定律磁場(chǎng)的高斯定律電流連續(xù)性方程2電磁輻射理論基礎(chǔ)

麥克斯韋方程組法拉第定律廣義的安培定律廣義的電場(chǎng)高斯定律磁場(chǎng)的高斯定律電流連續(xù)性方程2電磁輻射理論基礎(chǔ)

本構(gòu)關(guān)系：媒質(zhì)的介電常數(shù)，單位F/m：媒質(zhì)的磁導(dǎo)率，單位H/m：媒質(zhì)的電導(dǎo)率，單位S/m線(xiàn)性、各向同性媒質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系2電磁輻射理論基礎(chǔ)

邊界條件媒質(zhì)1媒質(zhì)2邊界靜態(tài)情況下的兩種半無(wú)限媒質(zhì)之間的交界面S2電磁輻射理論基礎(chǔ)

邊界條件2電磁輻射理論基礎(chǔ)

時(shí)諧場(chǎng)

在時(shí)變電磁場(chǎng)中，如果場(chǎng)源以一定的角頻率隨時(shí)間呈時(shí)諧（正弦或余弦）變化，則所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)也以同樣的角頻率隨時(shí)間呈時(shí)諧變化。這種以一定角頻率變化的電磁場(chǎng)，稱(chēng)為時(shí)諧電磁場(chǎng)或正弦電磁場(chǎng)。2電磁輻射理論基礎(chǔ)

時(shí)諧場(chǎng)3輻射耦合

電磁輻射當(dāng)一個(gè)地方的電流或電荷隨時(shí)間變化時(shí)，就有一部分電磁能量進(jìn)入周?chē)臻g，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電磁輻射產(chǎn)生電磁波的輻射源最簡(jiǎn)單的方式就是電偶極子與磁偶極子；實(shí)際輻射源都可看成由許多偶極子組成，所產(chǎn)生的電磁波也就是這些偶極子輻射電磁波的合成。電偶極子一段長(zhǎng)度比電磁波波長(zhǎng)小得多的載流導(dǎo)線(xiàn)3輻射耦合電偶極子3輻射耦合磁偶極子一個(gè)半徑a遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的小環(huán)形載流導(dǎo)線(xiàn)可看成是磁偶極子3輻射耦合磁偶極子3輻射耦合3輻射耦合近場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)遠(yuǎn)近場(chǎng)的劃分是根據(jù)兩類(lèi)基本源的場(chǎng)隨1/r（r為場(chǎng)點(diǎn)至源點(diǎn)的距離）的變化而確定的，為遠(yuǎn)、近場(chǎng)的分界點(diǎn)，兩類(lèi)源在遠(yuǎn)近場(chǎng)的場(chǎng)特征及傳播特性均有所不同。電偶極子場(chǎng)的波阻抗大于磁偶極子場(chǎng)的波阻抗。前者是容性高阻抗場(chǎng)，電磁場(chǎng)分布易受周?chē)妥杩刮矬w影響。后者是感性低阻抗場(chǎng)，不易受外界影響；

電磁場(chǎng)能量在r的方向作往返振蕩；電偶極子場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度按1/r3的規(guī)律減小，磁場(chǎng)強(qiáng)度按1/r2的規(guī)律減小。磁偶極子場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度按1/r3的規(guī)律減小，電場(chǎng)強(qiáng)度按1/r2的規(guī)律減?。唤鼌^(qū)電磁場(chǎng)的特點(diǎn)3輻射耦合遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)中電磁場(chǎng)只有兩個(gè)互相垂直的場(chǎng)強(qiáng)分量，在傳播方向上沒(méi)有場(chǎng)強(qiáng)分量，因此稱(chēng)為平面電磁波。電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量在空間上相互垂直，在時(shí)間上同相位。在幅值上相比等于常數(shù)377。在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)中，電場(chǎng)與磁場(chǎng)的強(qiáng)度分布與距場(chǎng)源的距離r成反比的減小。可見(jiàn)在輻射場(chǎng)中，場(chǎng)強(qiáng)變化不像感應(yīng)場(chǎng)中對(duì)距離r那么敏感。遠(yuǎn)區(qū)電磁場(chǎng)的特點(diǎn)3輻射耦合波阻抗與騷擾源的距離3輻射耦合3輻射耦合能量流3輻射耦合電偶極子的近場(chǎng)能量主要為電場(chǎng)分量，可忽略磁場(chǎng)分量；磁偶極子的近場(chǎng)能量主要為磁場(chǎng)分量，可忽略電場(chǎng)分量；兩類(lèi)源在遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí)，電場(chǎng)、磁場(chǎng)分量均必須同時(shí)考慮。能量密度3輻射耦合3輻射耦合當(dāng)距離干擾源為遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，干擾以空間電磁波的形式耦合到受感器外界電磁騷擾進(jìn)入電子設(shè)備并干擾其中的敏感電路的途徑電子設(shè)備的接收天線(xiàn)，以及具有天線(xiàn)效應(yīng)的輸入、輸出饋線(xiàn)和設(shè)備外殼（即開(kāi)的孔、縫隙是天然的電磁波通道）經(jīng)有輸電線(xiàn)及其配電線(xiàn)進(jìn)入電子設(shè)備的電源系統(tǒng)，并以傳導(dǎo)耦合的方式到達(dá)受感器4傳導(dǎo)耦合的傳輸線(xiàn)理論傳導(dǎo)耦合是指通過(guò)導(dǎo)體傳輸?shù)碾姶鸥蓴_。當(dāng)電磁干擾源的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于敏感設(shè)備的長(zhǎng)度時(shí)，可以利用電路理論建立傳導(dǎo)模型（“低頻”方法）；當(dāng)電磁干擾源的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于敏感設(shè)備的長(zhǎng)度時(shí)，電磁波的傳播效應(yīng)增強(qiáng)，根據(jù)電路理論建立傳導(dǎo)模型失效，原則上必須采用電磁場(chǎng)理論進(jìn)行分析（“高頻”方法）。再論傳導(dǎo)耦合波在均勻無(wú)損線(xiàn)上的傳播4傳導(dǎo)耦合的傳輸線(xiàn)理論波過(guò)程單位長(zhǎng)度線(xiàn)路對(duì)地電容和自感為ε為線(xiàn)路絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)，μ為導(dǎo)磁系數(shù)hp－導(dǎo)體平均對(duì)地高度（m）r－導(dǎo)體等值半徑（m）4傳導(dǎo)耦合的傳輸線(xiàn)理論單位長(zhǎng)度線(xiàn)路對(duì)地電容和自感為ε為線(xiàn)路絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)，μ為導(dǎo)磁系數(shù)hp－導(dǎo)體平均對(duì)地高度（m）r－導(dǎo)體等值半徑（m）可推導(dǎo)出波速度

波速度只和線(xiàn)路的絕緣材料有關(guān)，和線(xiàn)路的材質(zhì)、幾何結(jié)構(gòu)、對(duì)地距離等都無(wú)關(guān)，甚至和絕緣的幾何結(jié)構(gòu)也無(wú)關(guān)架空線(xiàn)中的波速度接近光速，290~300m/uS，電纜變化很大，一般在150～265m/uS，交聯(lián)聚乙烯160左右

4傳導(dǎo)耦合的傳輸線(xiàn)理論行波建立電場(chǎng)的過(guò)程行波建立磁場(chǎng)的過(guò)程行波的傳播速度：上兩式相乘±表示行波向正反兩個(gè)方向傳播波阻抗：上兩式相除±對(duì)應(yīng)正反向行波波阻抗是表征分布參數(shù)電路特點(diǎn)的最重要的參數(shù)是儲(chǔ)能元件，表示導(dǎo)線(xiàn)周?chē)橘|(zhì)獲得電磁能的大小具有阻抗量綱，為常量，架空線(xiàn)路一般為4704傳導(dǎo)耦合的傳輸線(xiàn)理論架空線(xiàn)路和電纜波速度和波阻抗的特性（2）波阻抗表示為和絕緣材料有關(guān)外，和線(xiàn)路的幾何結(jié)構(gòu)、對(duì)地距離等也有關(guān)架空線(xiàn)路：一般單根導(dǎo)線(xiàn)z≈500Ω分裂導(dǎo)線(xiàn)z≈300Ω電纜：一般z=10-100Ω

波阻抗Z和集中參數(shù)電阻R的比較：相同點(diǎn)：都是反映電壓與電流之比，量綱相同都為Ω不同點(diǎn)：R:電壓u為R兩端的電壓，電流i為流過(guò)R的電流Z:電壓u為導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地電壓，電流i為同方向?qū)Ь€(xiàn)電流耗能：R將電能轉(zhuǎn)化為熱能、光能等，Z不耗能，將能量?jī)?chǔ)存在周?chē)橘|(zhì)里R與導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度有關(guān)，Z只與絕緣參數(shù)有關(guān)，與導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度無(wú)關(guān)

電壓、電流行波在傳播過(guò)程中同時(shí)是線(xiàn)路和時(shí)間的函數(shù)以均勻無(wú)損線(xiàn)路為模型，建立偏微分方程電壓沿x方向的變化是由于電流在L0產(chǎn)生壓降電流沿x方向的變化是由于電壓在C0產(chǎn)生壓降聯(lián)解，可得波動(dòng)方程

波動(dòng)方程的建立4傳導(dǎo)耦合的傳輸線(xiàn)理論4傳導(dǎo)耦合的傳輸線(xiàn)理論波動(dòng)方程的求解及含義（1）前行電壓波，以速率v向x正方向行進(jìn)的波反行電壓波：，以速率v向x反方向行進(jìn)的波

電壓波的符號(hào)只取決于導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地電容所充電荷的符號(hào)，與傳播方向無(wú)關(guān)前行電流波：，以速率v向x正方向行進(jìn)的波反行電壓波：，以速率v向x反方向行進(jìn)的波電流波的符號(hào)，同時(shí)取決于電荷符號(hào)和運(yùn)動(dòng)方向。如：正電荷沿正方向、負(fù)電荷沿負(fù)方向均為+，而：正電荷沿負(fù)方向、負(fù)電荷沿正方向均為-

波阻抗Z和集中參數(shù)電阻R的比較：相同點(diǎn)：都是反映電壓與電流之比，量綱相同

都為Ω不同點(diǎn)：R:u為R兩端的電壓，i為流過(guò)R的電流Z:u為導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地電壓，i為同方向?qū)Ь€(xiàn)電流耗能：R將電能轉(zhuǎn)化為熱能、光能等，Z不耗能，

將能量?jī)?chǔ)存在周?chē)橘|(zhì)里R與導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度有關(guān)，Z只與絕緣參數(shù)有關(guān)，與導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度無(wú)關(guān)4傳導(dǎo)耦合的傳輸線(xiàn)理論5傳導(dǎo)耦合電容性耦合電容性耦合模型5傳導(dǎo)耦合電容性耦合5傳導(dǎo)耦合電容性耦合地面上兩導(dǎo)線(xiàn)間電容性耦合模型5傳導(dǎo)耦合電容性耦合5傳導(dǎo)耦合電容性耦合如果R為低阻抗，且滿(mǎn)足如果R為高阻抗，且滿(mǎn)足5傳導(dǎo)耦合電感性耦合5傳導(dǎo)耦合電感性耦合5傳導(dǎo)耦合電阻性耦合電阻性耦合的一般形式5傳導(dǎo)耦合電阻性耦合直接傳導(dǎo)耦合共阻抗耦合電源內(nèi)阻及公共線(xiàn)路阻抗形成的耦合