電磁兼容原理與技術（第4版）課件 第3、4章 電磁干擾的耦合與傳播、接地與搭接技術

第3章電磁干擾三要素第3章電磁干擾的耦合與傳播一、電磁干擾的傳播途徑傳導耦合（通過導體）敏感設備干擾源輻射耦合（空間電磁波）電磁干擾的基本傳播途徑是傳導耦合和輻射耦合一、電磁干擾的傳播途徑配電干線干擾源敏感設備電源設備直接輻射干擾傳導干擾電路輻射二、傳導干擾傳輸線路的性質1、低頻域傳輸線路傳輸線路的幾何尺寸長度數(shù)字電路中，例：電力線、電話線路、直流線路其中(近似為光速的60%)二、傳導干擾傳輸線路的性質2、低頻域的集中參數(shù)電路RL60VR總例：電話線二、傳導干擾傳輸線路的性質3、高頻時的分布參數(shù)電路當線路的幾何長度大致與波長可以比擬時，應看作分布參數(shù)隨f升高，集中參數(shù)----分布參數(shù)二、傳導干擾傳輸線路的性質3、高頻時的分布參數(shù)電路例：電話線傳ADSL信號二、傳導干擾傳輸線路的性質3、高頻時的分布參數(shù)電路例：數(shù)字電路中用等長線或電纜作延時二、傳導干擾傳輸線路的性質4、線間電壓和對地電壓把線路電壓分為兩個分量，也把干擾分為兩個分量共模電流：一對導線上流過的電流幅度相差甚小，相位相同。共模電流產(chǎn)生共模干擾。共模干擾和差模干擾（異模）差模電流：一對導線上流過的電流幅度相等，相位相反。差模電流產(chǎn)生差模干擾。二、傳導干擾傳輸線路的性質4、線間電壓和對地電壓

傳輸線多為平行往復雙線的成對形式。

雙線構成線間回路；雙線與地構成對地回路。二、傳導干擾傳輸線路的性質4、線間電壓和對地電壓例題：共模干擾和差模干擾的計算8mA2mA共模干擾電流：(8+2)/2=5mA差模干擾電流：(8-2)/2=3mA553-3二、傳導干擾傳輸線路的性質4、線間電壓和對地電壓干擾發(fā)生時：對地電壓由UL=U1變?yōu)閁L=U1+Uc（Uc是共模干擾電壓，差模干擾不影響對地電壓）線間電壓由UM=U2變?yōu)閁M=U2+Ud（Ud是差模干擾電壓，共模干擾不影響線間電壓）二、傳導干擾傳輸線路的性質4、線間電壓和對地電壓例：手摸高壓線，但腳離地例：相電壓：220V雷擊產(chǎn)生浪涌，+150V（共模干擾電壓）線電壓：380V三相的相電壓同時抬高150V，線電壓不變?nèi)?、傳導耦合分?、電阻性耦合

電阻性耦合干擾的產(chǎn)生至少存在兩個相互耦合的電流回路，其電流全部或部分地在公共阻抗中流過。例：公共電源耦合電路R1R2R0U0電源每個電路的電流通過該公共阻抗產(chǎn)生的電壓降都將會對另一個電路施加影響。三、傳導耦合分析1、電阻性耦合

電阻性耦合干擾的產(chǎn)生至少存在兩個相互耦合的電流回路，其電流全部或部分地在公共阻抗中流過。例：共發(fā)射極放大電路R1R2R3VCCI1I2三、傳導耦合分析1、電阻性耦合如何抑制電阻性耦合干擾？

避免電路連接（例：采用雙電源）R1R2R0U0電源R3U1電源2三、傳導耦合分析1、電阻性耦合如何抑制電阻性耦合干擾？

避免電路連接

限制耦合阻抗（例：減小接地電阻）（例：音頻功放50Hz）R1R2R3VCCI1I2I2=(U+R3I1)/(Rbe+R3)I2=U/Rbe其中U是輸入電壓，R是發(fā)射極電阻三、傳導耦合分析1、電阻性耦合如何抑制電阻性耦合干擾？

避免電路連接

限制耦合阻抗

電路去耦（例：多級放大器去耦合）R4R5R6VCCI1R1R2R3I2C1C2C3三、傳導耦合分析1、電阻性耦合如何抑制電阻性耦合干擾？

避免電路連接

限制耦合阻抗

電路去耦R4R5R6VCCI1R1R2R3I2

電位隔離（例：光電耦合）VCC1例：電氣—機械繼電器三、傳導耦合分析2、電容性耦合

電容性耦合又稱為電場耦合，在干擾源與干擾對象之間存在著耦合的分布電容，干擾量是電場，即有變化的電壓du/dt雙線、平行走線都形成分布電容例：用導線（幾厘米）可以制作0.5~20PF的電容三、傳導耦合分析2、電容性耦合平行雙導線間的電容性耦合RC12U1C1GC2GUNRC12U1C1GC2GUN等效電路三、傳導耦合分析2、電容性耦合平行雙導線間的電容性耦合RC12U1C1GC2GUN導線1對導線2產(chǎn)生的干擾電壓為：大多數(shù)情況：簡化為：三、傳導耦合分析2、電容性耦合平行雙導線間的電容性耦合RC12U1C1GC2GUN大多數(shù)情況：簡化為：

該公式清楚的描述了兩導體之間的電容性耦合產(chǎn)生的干擾電壓，直接正比于干擾源頻率，導線間的分布電容，導線2與地之間的電阻，以及干擾源的電壓。三、傳導耦合分析2、電容性耦合平行雙導線間的電容性耦合RC12U1C2GUN若導線2對地電阻R很大則簡化為：三、傳導耦合分析2、電容性耦合幾種常用傳輸線的單位長度電容計算公式P39表3-1平行雙導線半徑不相等的平行雙導線平行地面的直導線同軸線三、傳導耦合分析例題：兩平行導線之間的電容耦合如圖所示。圖中兩導線間的雜散電容各導線對地的雜散電容，導線1上有頻率、的電壓。試分別計算：（1）；（2）；時的干擾電壓。

解：（3）工程應用中：每米長度帶來的電容量三、傳導耦合分析2、電容性耦合電容性耦合干擾抑制（減小電容性耦合的措施）

兩個系統(tǒng)的耦合部分的布置應使耦合電容盡量減小。（如避免平行走線，拉開線間距離）；三、傳導耦合分析2、電容性耦合電容性耦合干擾抑制（減小電容性耦合的措施）

兩個系統(tǒng)的耦合部分的布置應使耦合電容盡量減小。

采用平衡措施來消除電容性干擾。（對稱電路）C2C1C=C1-C2三、傳導耦合分析2、電容性耦合電容性耦合干擾抑制（減小電容性耦合的措施）

兩個系統(tǒng)的耦合部分的布置應使耦合電容盡量減小

可對干擾源和干擾對象進行電氣屏蔽（在屏蔽與接地講）

采用平衡措施來消除電容性干擾

減小信號變化的頻率三、傳導耦合分析3、電感性耦合

電感性耦合也稱為磁耦合，是由兩電路之間的磁場相互作用引起的。干擾源和干擾對象以電流回路形式存在，且磁通相交連。(3-27)（3-27）式可以看出，要減小電感性耦合干擾電壓，必須減小干擾場的磁感應強度B、敏感電路所包圍的面積S以及值。其中，B是磁感應強度，S是閉合回路所包圍的面積，θ矢量B與S之間的夾角。三、傳導耦合分析3、電感性耦合

電感性耦合也稱為磁耦合，是由兩電路之間的磁場相互作用引起的。干擾源和干擾對象以電流回路形式存在，且磁通相交連。例：音頻耳機三、傳導耦合分析3、電感性耦合可以減小電感性耦合的措施：（1）導線絞合例：計算機網(wǎng)絡線每兩根絞合在一起，分開后很差。三、傳導耦合分析3、電感性耦合可以減小電感性耦合的措施：（1）導線絞合（2）減小導線環(huán)所圍面積，增大兩個回路的距離，減小互感。注意：前面所研究的線間耦合是低頻情況下的耦合，即l<<λ時，當頻率很高時，不能用集總參數(shù)來處理分布參數(shù)阻抗。區(qū)別電容性耦合和電感性耦合也就失去意義。例：發(fā)射機電纜不規(guī)范處理四、輻射耦合分析1、電基本振子的輻射輻射干擾源多數(shù)以電偶極子形式出現(xiàn)（1）電磁場分布四、輻射耦合分析1、電基本振子的輻射（2）場區(qū)劃分（近區(qū)場、中區(qū)場、遠區(qū)場）近區(qū)場(r<<λ/2π)四、輻射耦合分析1、電基本振子的輻射（2）場區(qū)劃分（近區(qū)場、中區(qū)場、遠區(qū)場）遠區(qū)場(r>>λ/2π)本征阻抗：自由空間中：四、輻射耦合分析2、磁基本振子的輻射直徑遠小于波長的載流圓環(huán)所產(chǎn)生的場，與短磁偶極子（磁流元）的場等效。另一種天線其輻射特性與磁偶極子的輻射特性十分相似。（無窮大金屬平面上的窄隙）四、輻射耦合分析3、輻射耦合方式（1）天線與天線間的輻射耦合（2）電磁場對導線的感應耦合（3）電磁場對電路的耦合（4）電磁場對孔縫的耦合四、輻射耦合分析4、減小輻射耦合干擾的措施輻射屏蔽敏感設備干擾源輻射耦合（空間電磁波）四、輻射耦合分析4、減小輻射耦合干擾的措施輻射屏蔽極化隔離四、輻射耦合分析4、減小輻射耦合干擾的措施輻射屏蔽極化隔離四、輻射耦合分析4、減小輻射耦合干擾的措施輻射屏蔽距離隔離（近場1/r2，1/r3成正比，遠場1/r成正比）例：天線電纜干擾電源極化隔離四、輻射耦合分析4、減小輻射耦合干擾的措施輻射屏蔽距離隔離（近場1/r2，1/r3成正比，遠場1/r成正比）極化隔離四、輻射耦合分析4、減小輻射耦合干擾的措施輻射屏蔽距離隔離極化隔離方向性隔離（例：差轉臺、尋呼、手機基站的收發(fā)天線布局）四、輻射耦合分析4、減小輻射耦合干擾的措施輻射屏蔽距離隔離極化隔離方向性隔離（例：差轉臺、尋呼、手機基站的收發(fā)天線布局）四、輻射耦合分析4、減小輻射耦合干擾的措施輻射屏蔽距離隔離極化隔離方向性隔離應用吸收涂層法（例：背腔天線）四、輻射耦合分析4、減小輻射耦合干擾的措施輻射屏蔽距離隔離極化隔離方向性隔離應用吸收涂層法（例：電路板加吸波材料）習題1、（習題3.4）設導線1與導線2間的雜散電容為50pF，各導線對地的雜散電容為150pF；導線1上有100kHz、10V的交流信號電壓，如果R=∞，1000Ω，50Ω，試分別計算此時導線2上的差模干擾電壓。2、兩平行走線的導線，導線1上干擾電流為22mA，導線2上的干擾電流為-8mA，試求各導線上的共模和差模干擾電流。習題評講1、（習題3.4）設導線1與導線2間的雜散電容為50pF，各導線對地的雜散電容為150pF；導線1上有100kHz、10V的交流信號電壓，如果R=∞，1000Ω，50Ω，試分別計算此時導線2上的差模干擾電壓。習題評講2、兩平行走線的導線，導線1上干擾電流為22mA，導線2上的干擾電流為-8mA，試求各導線上的共模和差模干擾電流。22mA-8mA共模干擾電流：[(22+(-8)]/2=7mA差模干擾電流：[22-(-8)]/2=15mA7715-15抑制電磁干擾的三大技術接地屏蔽濾波第4章既相互獨立，也相互聯(lián)系！第4章接地與搭接技術一、接地的概念接地的定義：接地就是指在系統(tǒng)的某個選定點與某個基準面之間建立低阻的導電通路。接地包含兩種含義：接大地（以地球的電位為基準，以大地為零電位），為電路或系統(tǒng)與“地”之間建立低阻抗通路。由防雷接地引申而來。系統(tǒng)基準地（一般選金屬底座、機殼等）是為電路或系統(tǒng)提供一個零電位參考點。一、接地的概念系統(tǒng)基準地（一般選金屬底座、機殼等）是為電路或系統(tǒng)提供一個零電位參考點。例：示波器接地線斷一、接地的概念系統(tǒng)基準地（一般選金屬底座、機殼等）是為電路或系統(tǒng)提供一個零電位參考點。例：FPGA控制相控陣天線至天線數(shù)字移相器A1A2A3A4A5A6FPGA開發(fā)板電源-5V5V0V缺少基準地！一、接地的概念接大地（以地球的電位為基準，以大地為零電位），為電路或系統(tǒng)與“地”之間建立低阻抗通路。由防雷接地引申而來。一、接地的概念接大地。一、接地的概念接大地（以地球的電位為基準，以大地為零電位），為電路或系統(tǒng)與“地”之間建立低阻抗通路。由防雷接地引申而來。接大地的幾點考慮①抑制外界場干擾，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性②使系統(tǒng)屏蔽接地，取得良好的屏蔽效果③泄放靜電感應電荷④防雷擊或漏電，為操作人員提供安全保障安全接地二、安全接地安全接地就是為了電路、設備及人員的安全。為了安全的接地，也稱為保護接地；例：機殼帶電；漏電保護開關30mA斷電。雙線觸電單線觸電二、安全接地安全接地就是為了電路、設備及人員的安全。例：機殼帶電；漏電保護開關30mA斷電。二、安全接地安全接地就是為了電路、設備及人員的安全。電源插座安全：例：私自接地零線，利用交流電與大地的電壓差。二、安全接地安全接地就是為了電路、設備及人員的安全。U1Z1Z2U2機箱

人體接觸漏電的機箱，相當于連了一個電阻到地，接地相當于再并聯(lián)一個電阻。三、信號接地1、單點接地——適用于低頻的接地方式

信號接地的方式分為單點接地、多點接地、混合接地和懸浮接地（簡稱浮地）電路1電路2電路3電路1電路2電路3GABCGABC（1）串聯(lián)單點接地（2）并聯(lián)單點接地三、信號接地1、單點接地電路1電路2電路3GABC（1）串聯(lián)單點接地R1R2R3I1I2I3多級電路的接地點應選在靠近低電平級電路的輸入端。UA=R1(I1+I2+I3)UB=R1(I1+I2+I3)+R2(I2+I3)UC=R1(I1+I2+I3)+R2(I2+I3)+R3I3例：三級放大電路三、信號接地1、單點接地（1）串聯(lián)單點接地例：實驗室接地

串聯(lián)單點接地簡單，省工省料，但易引起公共地阻抗干擾。靜電接地機殼帶電安全儀器感應電壓差三、信號接地1、單點接地電路1電路2電路3GABC（2）并聯(lián)單點接地R3R2R1I3I2I1UA=R1I1UB=R2I2UC=R3I3從性能上講:并聯(lián)單點接地接地是低頻電路最佳的接地方法。缺點:費材料三、信號接地1、單點接地模擬電路1（3）串聯(lián)單點與并聯(lián)單點混合接地模擬電路1模擬電路2模擬電路3數(shù)字電路1數(shù)字電路2機械電路1機械電路2三、信號接地2、多點接地當?shù)鼐€的長度接近四分之一波長時，地線變成了輻射天線。在高頻下應該使用多點接地，例：高頻電路板的孔金屬化接地毫歐表檢測沉銅工藝質量放大器自激現(xiàn)象三、信號接地2、多點接地電路1電路2電路3ABCR1R2R3I1I2I3L1L2L3R和L因為距離短而變得可以忽略經(jīng)驗法則：P50第2行三、信號接地3、浮地電路1電路2電路3電源線系統(tǒng)地線大地目的：減小地電流引起的干擾用于低頻小型電子設備。浮地對地電阻大，對地分布電容小，由外部共模干擾引起的流過電路的干擾電流很小。三、信號接地4、混合接地高頻盒低頻電路公共地按各部分不同的性質接地，最后接到公共地三、信號接地5、轉換接地電路1電路2適用于低頻和高頻，采用一點與兩點轉換接地方式低頻一點接地高頻兩點接地例：超寬帶電路例：搭載兩類信號的線路四、地線回路的干擾及抑制技術1、地線回路中的電磁干擾①理想地線應該是一個零電位、零阻抗的物理實體。但實際地線有電阻或電抗分量存在，會產(chǎn)生電壓降。②地線與其它線（信號線、電源線）形成回路，當時變電磁場耦合到回路中時，在回路中產(chǎn)生感應電動勢，形成干擾。為了說明地回路干擾的大小，定義地回路耦合系數(shù)為：UG地回路中的共模干擾電壓四、地線回路的干擾及抑制技術2、兩點接地時的噪聲電壓RLRC1RSUSRC2UGRGRLRC1RSUSRC2UGRGUNP54例題四、地線回路的干擾及抑制技術3、抑制地回路耦合電磁干擾的技術（1）在信號電路中使用隔離變壓器

隔離變壓器是通過阻隔地回路的形式來抑制地回路干擾。例：彩電維修、實驗室用1：1隔離變壓器等

必須指出，采用隔離變壓器不能傳輸直流信號，也不適用于傳輸?shù)皖l信號；對地線中較低頻率的干擾具有較好的抑制能力。四、地線回路的干擾及抑制技術3、抑制地回路耦合電磁干擾的技術（2）在信號電路中使用縱向扼流圈（也稱為中和變壓器）

當傳輸信號中有直流分量或很低的頻率分量時，不能使用隔離變壓器。

縱向扼流圈用雙線并繞而成。信號的電流是相反的，（異模）產(chǎn)生磁場相互抵消，呈現(xiàn)低阻抗；共模干擾的電流是相同的，產(chǎn)生的磁場疊加，呈現(xiàn)高阻抗。四、地線回路的干擾及抑制技術3、抑制地回路耦合電磁干擾的技術（2）在信號電路中使用縱向扼流圈（也稱為中和變壓器）四、地線回路的干擾及抑制技術3、抑制地回路耦合電磁干擾的技術（3）在信號傳輸線上使用磁環(huán)

無論采用同軸電纜，還是平行雙線，若套上鐵氧體磁環(huán)，就能有效地抑制地線回路干擾。四、地線回路的干擾及抑制技術3、抑制地回路耦合電磁干擾的技術（4）在數(shù)據(jù)線路中使用光電耦合器和光纖電路1電路2

具有無感應和高度隔離的優(yōu)點，能從本質上消除電磁干擾。四、地線回路的干擾及抑制技術3、抑制地回路耦合電磁干擾的技術（5）使用差分放大器KU0U1U2U0=K(U1-U2)U0=K[(U1+Ug)-(U2+Ug)]=K(U1-U2)Ug五、電纜屏蔽體的接地1、低頻電纜屏蔽體接地點的選擇（1）信號源不接地，放大器接地UG2UG1ABC1SC12C2SCD12US五、電纜屏蔽體的接地1、低頻電纜屏蔽體接地點的選擇（1）信號源不接地，放大器接地UG2UG1ABC1SC12C2SCD12A最差的接地方式

屏蔽體的噪聲電流全部引入放大器輸入端。US五、電纜屏蔽體的接地1、低頻電纜屏蔽體接地點的選擇（1）信號源不接地，放大器接地UG2UG1ABC1SC12C2SCD12B等效電路不是最佳的接地方式。USUNUG1C1SC12C2S1B2UG2五、電纜屏蔽體的接地1、低頻電纜屏蔽體接地點的選擇（1）信號源不接地，放大器接地UG2UG1ABC1SC12C2SCD12C等效電路最佳的接地方式？USUG1C12C2S1C2UG2C1SUN五、電纜屏蔽體的接地1、低頻電纜屏蔽體接地點的選擇（1）信號源不接地，放大器接地UG2UG1ABC1SC12C2SCD12D等效電路不是最佳的接地方式？US所以，C是最佳的接地方式!UG1C12C2S1D2UG2C1SUN五、電纜屏蔽體的接地1、低頻電纜屏蔽體接地點的選擇（2）放大器不接地，信號源接地UG2UG1ABC1SC12C2SCD12US五、電纜屏蔽體的接地1、低頻電纜屏蔽體接地點的選擇（2）放大器不接地，信號源接地UG2UG1ABC1SC12C2SCD12USA為最佳的接地方式！五、電纜屏蔽體的接地2、高頻電纜屏蔽體的接地雜散電容每隔0.1λ接地一次

由于雜散電容的影響，難以實現(xiàn)單點接地。

雜散電容形成接地環(huán)路，采用多點接地可以解決雜散電容問題。六、屏蔽盒的接地1、單層屏蔽盒的接地123ZinU3C3SC1SC2SUNZinU3C1SC3SC2S1S32一般2、S之間電壓：六、屏蔽盒的接地1、單層屏蔽盒的接地123ZinU3C3SC1SC2SUNZinU3C1SC3SC2S1S32不能消除輸出端對輸入端的反饋六、屏蔽盒的接地1、單層屏蔽盒的接地123ZinU3C3SC1SC2SUNZinU3C1SC3SC2S1S32也不能消除反饋六、屏蔽盒的接地1、單層屏蔽盒的接地123ZinU3C3SC1SC2SUNZinU3C1SC3SC2S1S32反饋完全消除共同端與屏蔽體連接的接地方式，是最佳接地方式。六、屏蔽盒的接地2、雙層屏蔽盒的接地使高頻地電流環(huán)路最短錯誤接法正確接法七、搭接1、搭接的目的和分類目的：在于為電流的流動提供一個均勻的結構面和低阻抗通路，以免形成電位差。

是指兩個金屬物體之間通過機械、化學或物理方法實現(xiàn)結構連接，以建立一條穩(wěn)定的低阻抗電氣通路的工藝過程。直接搭接：無中間過度導體間接搭接：中間過度導體（多數(shù)采用）七、搭接2、搭