干擾耦合機(jī)理

干擾耦合機(jī)理第一頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六3.1傳導(dǎo)耦合

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(guò)電源線、信號(hào)線、互連線、接地導(dǎo)體等進(jìn)行耦合。

傳導(dǎo)耦合包括通過(guò)導(dǎo)體間的電容及互感而形成的干擾耦合。第二頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六3.1.1電容性耦合由于電容實(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或電場(chǎng)耦合。第三頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六1.電容性耦合模型圖3-1電容性耦合模型第四頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六

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ωCR2<<1時(shí),(3-1)式可以簡(jiǎn)化為U2=jωCR2U1

(3-2)第五頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六從(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ω、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=jωCU1的電流源。第六頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六一般情況下,騷擾源的工作頻率ω、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效方法是減小耦合電容C。

第七頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六圖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(兩電路)間的耦合電容外,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(jiǎn)單表示如圖3-2所示。第八頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六

(3-3)

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能夠表示為第九頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六

①如果R為低阻抗,即滿足:

那么,(3-3)式可化簡(jiǎn)為(3-4)

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,第十頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六

②如果R為高阻抗,即滿足:

那么,(3-3)式可簡(jiǎn)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(wú)關(guān),且在數(shù)值上大于(3-4)式表示的騷擾電壓。(3-6)第十一頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六2.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十二頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六

①考慮導(dǎo)體2對(duì)地電阻為無(wú)限大的值,導(dǎo)體2完全屏蔽,此時(shí)C12、C2G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(méi)有耦合電流通過(guò)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)第十三頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六實(shí)際上,屏蔽體接地,那么電壓US＝0,從而UN＝0，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(wú)限大的值時(shí),導(dǎo)體2上耦合的騷擾電壓為

(3-10)第十四頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六

C12的值取決于導(dǎo)體2延伸到屏蔽體外的那一部分的長(zhǎng)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(zhǎng)度最小,必須提供屏蔽體的良好接地。假定電纜的長(zhǎng)度小于一個(gè)波長(zhǎng),單點(diǎn)接地就可以實(shí)現(xiàn)良好的屏蔽體接地。對(duì)于長(zhǎng)電纜,多點(diǎn)接地是必須的。

②導(dǎo)體2對(duì)地電阻為有限值的情況。根據(jù)圖3-5(c)的簡(jiǎn)化等效電路知,導(dǎo)體2上耦合的騷擾電壓為(3-11)第十五頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六當(dāng)時(shí),(3-11)式可簡(jiǎn)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(zhǎng)度,因此C12大大減小,從而降低了UN。(3-12)第十六頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六3.1.2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或磁耦合。第十七頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六圖3-7兩電路間的電感性耦合第十八頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六

1.電感性耦合模型電感性耦合也稱為磁耦合,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Ф。I與Ф的比例常數(shù)稱為電感L,由此我們能夠?qū)懗?Φ=LI

(3-13)電感的值取決于電路的幾何形狀和包含場(chǎng)的媒質(zhì)的磁特性。第十九頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六當(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M12,其定義為

(3-14)Φ12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(3-15)第二十頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六其中,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θ,那么(3-15)式可簡(jiǎn)化為

如圖3-6所示,S是閉合回路的面積,B是角頻率為ω(rad／s)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)第二十一頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六圖3-6感應(yīng)電壓取決于回路包圍的面積S第二十二頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六因?yàn)锽Scosθ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(lái),用兩電路之間的互感M來(lái)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)第二十三頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六(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,必須減小B、S、cosθ。

欲減少B值,可利用加大電路間的距離或?qū)?dǎo)線絞繞,使絞線產(chǎn)生的磁通密度B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。cosθ的減小則可利用重新安排干擾源與受干擾者的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。第二十四頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六圖3-7兩電路間的電感性耦合第二十五頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六

磁場(chǎng)與電場(chǎng)間干擾的區(qū)別方法:

第一,減小受干擾電路的負(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。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。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(guò)電容耦合的;如果測(cè)量的電壓增加,則干擾是通過(guò)電感耦合的。第二十六頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六圖3-8電容耦合與電感耦合的判別第二十七頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六

2.帶有屏蔽體的電感性耦合

(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二十八頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六

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(lái)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(méi)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(méi)有影響,導(dǎo)體1與導(dǎo)體2的互感M12沒(méi)有變化。所以導(dǎo)體1在導(dǎo)體2上感應(yīng)的電壓與沒(méi)有屏蔽時(shí)是相同的。第二十九頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六在磁場(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在屏蔽體上感應(yīng)的電壓為US=jωM1SI1

(3-18)

如果屏蔽體只單點(diǎn)接地或沒(méi)有接地,屏蔽體上沒(méi)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(méi)有任何影響。如果屏蔽體的兩端接地,屏蔽層上會(huì)有電流流過(guò),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。第三十頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六3.1.3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(méi)有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(kāi)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(lái)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(wú)關(guān)。第三十一頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六根據(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R2G上的耦合干擾電壓為U2G=(IC1+IL)R2G

(3-30)

遠(yuǎn)端負(fù)載R2L上的耦合干擾電壓為U2L=(IC2－IL)R2L

(3-31)第三十二頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六由(3-30)和(3-31)式可知,：

對(duì)于靠近干擾源端(近端)電容性耦合電壓與電感性耦合電壓相疊加,；對(duì)于靠近負(fù)載端,或者說(shuō)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耦合電壓,在進(jìn)行相減計(jì)算時(shí),是以復(fù)數(shù)形式進(jìn)行的。第三十三頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六圖3-16電容性耦合與電感性耦合的綜合影響第三十四頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六3.3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(wú)意輻射,例如,有短(小于λ／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。第三十五頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六3.3.1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)象稱為電磁能量的輻射。研究電磁輻射,最簡(jiǎn)單的是電偶極子和磁偶極子的輻射。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。第三十六頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六

1.電偶極子的電磁輻射電偶極子是指一根載流導(dǎo)線,它的長(zhǎng)度Δl與橫向尺寸都比電磁波長(zhǎng)小得多。

圖3-22電偶極子輻射源第三十七頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六由麥克斯韋方程組解得電偶極子周圍的電磁場(chǎng)為：(3-46)第三十八頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六式中:ImΔl———電偶極子的電矩(A·m);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(zhǎng)度所引起的相位變化,λ———電磁波的波長(zhǎng),則有k=2π/λ(rad/m)。

下面按照觀察點(diǎn)到電偶極子的距離遠(yuǎn)近來(lái)討論電偶極子周圍電磁場(chǎng)各分量的表達(dá)式。第三十九頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六

1)近場(chǎng)區(qū)(即在r<<λ/(2π)的區(qū)域內(nèi),kr<<1)由(3-46)式可見(jiàn),電偶極子產(chǎn)生的場(chǎng)分量主要取決于1/(kr)的高次項(xiàng),即(3-47)第四十頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六

2)遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)(在r>>λ(2π)的區(qū)域內(nèi),kr>>1)由(3-46)式可見(jiàn),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Eτ與Eθ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)第四十一頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六由式(3-48)可看出,無(wú)論是Eθ還是

,幅值都和φ角無(wú)關(guān),僅與θ角有關(guān),而且正比于sinθ。在θ＝90°的方向,即在垂直于偶極子軸線的方向上,場(chǎng)強(qiáng)Eθ及Hφ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)Δl長(zhǎng)為1cm、Im為1A時(shí),不同距離上的場(chǎng)強(qiáng)值如表3-8所示。第四十二頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六圖3-23電偶極子的方向圖第四十三頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六表3-8距電偶極子不同距離的場(chǎng)強(qiáng)第四十四頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六

2.磁偶極子的電磁幅射參照電偶極子的電磁幅射一節(jié),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(zhǎng)的小環(huán)天線可作磁偶極子處理。將通電小圓環(huán)置于x－z平面,環(huán)中心與坐標(biāo)原點(diǎn)重合,見(jiàn)圖3-24(b)。設(shè)小圓環(huán)半徑為a,流過(guò)的電流為im=Imsinωt,可求得在空間某點(diǎn)處的電場(chǎng)與磁場(chǎng)的表達(dá)式為第四十五頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六(3-49)第四十六頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六圖3-24磁偶極子輻射源第四十七頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六

1)近場(chǎng)區(qū)(又稱感應(yīng)電場(chǎng)區(qū))在r<<λ(2π)的區(qū)域內(nèi),kr<<1。由式(3-49)可見(jiàn),磁偶極子產(chǎn)生的場(chǎng)分量主要取決于1/(kr)的高次項(xiàng),即(3-50)第四十八頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六

2)遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)(又稱輻射場(chǎng)區(qū))在r>>λ/(2π)的區(qū)域內(nèi),kr>>1。由式(3-49)可見(jiàn),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Hθ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)第四十九頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六由(3-51)式可見(jiàn),在磁偶極子的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū),電磁場(chǎng)與空間的關(guān)系完全和電偶極子相仿。當(dāng)θ=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0.564cm,通過(guò)的電流為1A時(shí),其周圍的場(chǎng)強(qiáng)值列于表3-9。第五十頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六表3-9距磁偶極子不同距離的場(chǎng)強(qiáng)第五十一頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六3.3.2近場(chǎng)區(qū)與遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的特性

1.近場(chǎng)區(qū)

1)波阻抗在上述分析中,把r<<λ/(2π)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<λ/(2π)的區(qū)域作為近場(chǎng)區(qū)處理。波阻抗是電磁波中電場(chǎng)分量與磁場(chǎng)分量之比,即

(3-52)第五十二頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六電偶極子近場(chǎng)區(qū)的波阻抗可由(3-47)式求得

(3-53)

磁偶極子近場(chǎng)區(qū)的波阻抗則由(3-50)式求得

(3-54)第五十三頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六

2)近場(chǎng)區(qū)電磁場(chǎng)的特點(diǎn)

(1)由波阻抗表達(dá)式可見(jiàn),無(wú)論是電偶極子還是磁偶極子,它們?cè)诮鼒?chǎng)區(qū)的阻抗都是虛數(shù),即近場(chǎng)區(qū)的電場(chǎng)與磁場(chǎng)相位相差90°,存在能量交換。其次,兩種偶極子的波阻抗在量值上都是頻率的函數(shù),但變化規(guī)律不同。表達(dá)式中代入ε0及μ0值計(jì)算后可知,電偶極子的波阻抗值高于磁偶極子的波阻抗(見(jiàn)圖3-25),所以前者是容性耦合的高阻抗場(chǎng),后者是感性耦合的低阻抗場(chǎng)。將近場(chǎng)區(qū)的電場(chǎng)、磁場(chǎng)瞬時(shí)波形畫出,就得到如圖3-26所示的坡印廷矢量圖。由于Eθ和Hφ相位差90°,當(dāng)Eθ為最大值時(shí),Hφ為零,坡印廷矢量為零;若t1時(shí)刻的坡印廷矢量S1為正向傳送,則到t2的S2就反向傳送,表明感應(yīng)的電磁場(chǎng)能量在r方向作往返振蕩。第五十四頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六圖3-25電偶極子和磁偶極子的空氣波阻抗第五十五頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六圖3-26近場(chǎng)區(qū)的坡印廷矢量第五十六頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六

(2)在感應(yīng)場(chǎng)中,感應(yīng)情況不僅取決于場(chǎng)源性質(zhì)及耦合方式,還取決于被感應(yīng)導(dǎo)體的狀況、所在位置及周圍環(huán)境條件,甚至感應(yīng)體的存在,也會(huì)擾亂原先的電磁場(chǎng)分布。

(3)近場(chǎng)區(qū)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向處在以場(chǎng)源為中心的大曲率半徑球面上。(3-47)式表明,在電偶極子的近場(chǎng)區(qū),感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度按1/r3規(guī)律減小,磁場(chǎng)強(qiáng)度按1/r2規(guī)律減小(見(jiàn)圖3-27);在磁偶極子的近場(chǎng)區(qū)剛好相反,感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度按1/r3規(guī)律減小,電場(chǎng)強(qiáng)度按1/r2規(guī)律減小。第五十七頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六此外,場(chǎng)分布在θ方向的變化也很大。因此在近場(chǎng)區(qū)測(cè)量電磁干擾,數(shù)據(jù)對(duì)距離十分敏感,不但要分別記錄各測(cè)量點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度,還應(yīng)注明測(cè)量距離和測(cè)量天線的規(guī)格。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,大部分設(shè)備內(nèi)的布局屬近場(chǎng)范圍,有意識(shí)地利用空間距離衰減,就可降低對(duì)屏蔽設(shè)計(jì)的要求。從電磁兼容性出發(fā)考慮布局,這是效/費(fèi)比較高的一項(xiàng)措施。第五十八頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六圖3-27高阻抗場(chǎng)的電磁場(chǎng)大小和距離的關(guān)系第五十九頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六理想的電偶極子和磁偶極子是不存在的。桿狀天線及電子設(shè)備內(nèi)部的一些高電壓小電流元器件等場(chǎng)源都可視作等效的電偶極子場(chǎng)源,其近場(chǎng)區(qū)的電磁場(chǎng)以容性高阻抗電場(chǎng)為主。環(huán)狀天線和電子設(shè)備中一些低電壓大電流元器件及電感線圈等場(chǎng)源都可視作等效的磁偶極子場(chǎng)源,其周圍電磁場(chǎng)呈感性低阻抗磁場(chǎng)的特征。這些對(duì)電磁兼容性故障診斷有指導(dǎo)意義。第六十頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六

2.遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)在電磁屏蔽領(lǐng)域中,通常把離開(kāi)偶極子源距離r>λ/(2π)的區(qū)域稱為遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。由式(3-48)和式(3-51)可見(jiàn),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Eθ和Hφ,或Hθ和Eφ有關(guān),在傳播方向沒(méi)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:第六十一頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六圖3-28遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)平面波的瞬時(shí)場(chǎng)分布第六十二頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六

(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第六十三頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六

(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(wú)關(guān)。對(duì)于電偶極子,可由式(3-48)得到波阻抗Zw為

(3-55)用磁偶極子遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)的Eφ和Hθ的表達(dá)式可獲得同樣的結(jié)果。第六十四頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六

(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)第六十五頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六

(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(kāi)場(chǎng)源的距離成反比地減小(見(jiàn)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)換。例如,在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《信息技術(shù)設(shè)備的無(wú)線電騷擾限值和測(cè)量方法》中,規(guī)定在30～230MHz頻段,B級(jí)受試設(shè)備的10m準(zhǔn)峰值限值為30dBμV/m,當(dāng)改用3m距離測(cè)量時(shí),限值將增加到40.5dBμV/m。(3-59)第六十六頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六

3.空氣波阻抗與場(chǎng)源特性、波長(zhǎng)、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。進(jìn)入遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)之后,波阻抗將趨向恒定的377Ω。第六十七頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六

4.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ε。導(dǎo)體的波阻抗以表示,有對(duì)良導(dǎo)體而言,有σ>>ωε,則第六十八頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六上式中為良導(dǎo)體波阻抗的模,有

(3-60)式中:μ為導(dǎo)體的磁導(dǎo)率,非鐵磁性材料的μ=μ0;σ為導(dǎo)體的電導(dǎo)率;ω為電磁波的角頻率。從ZS的表達(dá)式可見(jiàn),電磁波在良導(dǎo)體內(nèi)傳播時(shí)電場(chǎng)與磁場(chǎng)相位差π/4,而且由于導(dǎo)體引入的損耗,其幅度將按指數(shù)規(guī)律下降,坡印廷矢量如圖3-29所示。第六十九頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六圖3-29電磁波在導(dǎo)體內(nèi)的傳播特性第七十頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六(3-61)一般資料只提供相對(duì)電導(dǎo)率σr和相對(duì)磁導(dǎo)率μr,見(jiàn)表3.8。把σr和μr代入式(3-60)后,可得式中:μr=μ/μ0,μ0=4π×10－7(H/m);

σr=σ/σCu,σCu為銅的電導(dǎo)率,σCu=5.8×107(S/m)。例如,在頻率為1MHz時(shí),按式(3-61)可求得銅對(duì)電磁波的波阻抗為0.368mΩ。第七十一頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六3.3.3電磁波的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(wú)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(wèn)題。第七十二頁(yè)，共七十八頁(yè)，編輯于2023年，星期六沿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)