電磁干擾耦合-1路性第一頁，共37頁。常見干擾及干擾途徑雷電NEMP脈沖電路ESD無線通信感性負(fù)載通斷直流電機(jī)、變頻調(diào)速器2第二頁，共37頁。傳導(dǎo)耦合干擾本章將對(duì)傳導(dǎo)干擾的性質(zhì)作一些介紹，包括以下主要內(nèi)容：傳導(dǎo)性干擾的頻譜、幅度、波形和出現(xiàn)率；由傳輸線引入的路性干擾；電容性耦合的原理；磁耦合干擾的原理，工程現(xiàn)象等

干擾源和被干擾體：干擾源也稱為輻射體，被干擾體也稱接收體（敏感體

）。輻射體與接收體的概念并不僅限于在通訊中使用，而在電磁兼容原理中是一個(gè)更廣泛的概念，它不僅可能是廣播、電視發(fā)射裝置，也可能是一段輸電線和一臺(tái)電氣設(shè)備。它們也可能是一種意想不到的電磁輻射源。

3第三頁，共37頁。常見的輻射體1．汽車點(diǎn)火裝置2．日光燈啟動(dòng)裝置3．發(fā)動(dòng)機(jī)4．開關(guān)柜等……許多電氣裝置既是輻射體又是接收體，例如計(jì)算機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘脈沖頻率發(fā)生器也將泄漏出電磁輻射。這種輻射體與接收體為一體的干擾現(xiàn)象稱為系統(tǒng)內(nèi)干擾。常見的敏感體

1．計(jì)算機(jī)2．測(cè)量和控制設(shè)備3．醫(yī)療儀器等還有一些特定意義的敏感體，如油庫、軍械等4第四頁，共37頁。傳導(dǎo)性干擾的頻譜、幅度、波形和出現(xiàn)率

傳導(dǎo)干擾，又稱路性干擾，它通過導(dǎo)體而傳播，其耦合形式包括電耦合、磁耦合和電磁耦合，其一般性質(zhì)包括頻譜、幅度、波形和出現(xiàn)率。

頻譜窄帶干擾：帶寬只有幾十Hz到幾十兆Hz，例如調(diào)幅、調(diào)頻、移相鍵控(PSK)或單邊帶發(fā)射機(jī)(SSB)；某些多路復(fù)用的模擬或數(shù)字系統(tǒng)；通信發(fā)射機(jī)的諧波輸出；基本電源（50HZ及400HZ）輸出及其諧波；本地振蕩器；無線電測(cè)高儀等寬帶干擾:頻譜分布幾十到幾百兆赫Hz甚至更寬的范圍內(nèi)，通常由上升沿陡峭的窄脈沖形成

5第五頁，共37頁。幅度干擾幅度可表現(xiàn)為多種形式，一種是用某種確定幅度出現(xiàn)的概率來表示；而在另一外一些情況，干擾的幅度是不易確定的，隨機(jī)的，典型的代表是熱噪聲和沖擊噪聲。

來自通信或發(fā)射機(jī)的某些亂真發(fā)射、宇宙噪聲均是熱噪聲。沖擊噪聲的電流或電壓峰值正比于頻帶，而其平均值則與頻帶無關(guān)。其噪聲源主要有內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)；電源線放電；馬達(dá)電刷產(chǎn)生的火花等。

波形

電氣干擾有各種各樣的波形，如矩形波，三角波，高斯形波…。波形決定干擾帶寬，波形的上升斜率越陡，則帶寬越寬。所以為使干擾減至最小，則應(yīng)在保證可靠工作的情況下使設(shè)計(jì)的脈沖波形，具有盡可能長的上升時(shí)間，即上升沿比較平緩。在所有脈沖中，高斯脈沖的占有頻譜最窄。出現(xiàn)率干擾信號(hào)在時(shí)間軸上出現(xiàn)的規(guī)律稱為出現(xiàn)率。電磁干擾通常是脈動(dòng)的和隨機(jī)的，但也可以是周期性的。

6第六頁，共37頁。傳輸線引起的傳導(dǎo)干擾傳導(dǎo)干擾主要靠傳輸線路的電流和電壓而起作用，故傳輸線路在不同頻率下，其處理方法不同。在低頻域，即當(dāng)傳輸線的幾何長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工作波長入（）時(shí)，對(duì)一般模擬電路可作為集中參數(shù)電路處理；而對(duì)數(shù)字電路，則還應(yīng)考慮脈沖寬度，只有在脈沖寬度t遠(yuǎn)小于線路內(nèi)的傳輸時(shí)間時(shí)，才能作為低頻處理。在高頻域，即當(dāng)與大致可比擬時(shí)，線路應(yīng)視作分布參數(shù)電路，其特性主要決定于分布電感L和分布電容C，其中最主要的參數(shù)為傳輸波的傳輸速度V和線路的特性阻抗ZC。7第七頁，共37頁。路性干性的物理模型電路性干擾的產(chǎn)生至少存在兩個(gè)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。

在每個(gè)回路中流過的電流是該回路本身的電流與另一相耦合的電路在其中產(chǎn)生的電流的總和。設(shè)U01為信號(hào)源，U02為干擾源

當(dāng)U02=0時(shí)，U01產(chǎn)生的有效電流I1為

8第八頁，共37頁。U02經(jīng)阻抗Z3、Z4在回路1中產(chǎn)生的干擾電流為通過Z12的電流為式中第一項(xiàng)是有效電流的一部分，第二項(xiàng)是干擾電流的一部分。干擾電流的一部分在被干擾回路的阻抗Z11和Z12上產(chǎn)生的干擾電壓為在給定的工作頻率內(nèi)，如果干擾電流或干擾電壓足夠大，以至超過了干擾對(duì)象的敏感門限區(qū)，則將出現(xiàn)干擾效應(yīng)，產(chǎn)生不良后果。

9第九頁，共37頁。如果Z3+Z4=0，則形成了如下圖所示的特殊情況，這種情況用得很多，當(dāng)多個(gè)電流回路共用一根導(dǎo)線便會(huì)出現(xiàn)這種情況，例如公共電源耦合電路或公共接地電阻抗耦合電路Z11上的電流是有效電流和部分干擾電流的總和后一部分為干擾電流；在電阻抗ZK上的干擾電壓降USK為10第十頁，共37頁。傳導(dǎo)干擾還可能通過線路與地之間的耦合阻抗引入。下左圖中的電路中就是一種典型的傳導(dǎo)耦合方式。干擾電流I在兩個(gè)回路的共有阻抗Zk與產(chǎn)生一個(gè)電壓Us，這個(gè)Us將改變信號(hào)源U源的值作為下一級(jí)電路的輸入。其等效電路可以表示為這種路性干擾取決于干擾阻抗的大小，因?yàn)檫@個(gè)阻抗隨著頻率的增高而變大，所以，這種路性干擾在高頻時(shí)應(yīng)該特別受到關(guān)注。常出現(xiàn)在下列情況：外殼導(dǎo)體，特別是參考電位點(diǎn)與參考導(dǎo)體；供電線路（進(jìn)線和回線）；接地體（保護(hù)導(dǎo)體）11第十一頁，共37頁。共模干擾與異模干擾1異模干擾異模干擾Ud出現(xiàn)在電流回路的進(jìn)和回線之間，即出現(xiàn)在波電路的入口端，干擾是與信號(hào)源電流在同一線路上引入的。比如在一個(gè)未接地的電路里，對(duì)稱的電路中將有對(duì)稱的異模干擾電壓出現(xiàn)，而在非對(duì)稱的回路中則有非對(duì)稱異模干擾電壓a)系統(tǒng)內(nèi)干擾b)系統(tǒng)間干擾12第十二頁，共37頁。異模干擾由于與電源信號(hào)一起引入，它可能引起負(fù)載測(cè)量錯(cuò)誤和功能錯(cuò)誤，在上圖由異模干擾電壓Ud引起一個(gè)異模電流Id，它可以在信號(hào)端阻抗ZQ和接收端阻抗ZE上引起一個(gè)附加電壓降。在接收端的干擾電壓根據(jù)左電路圖可以獲得：對(duì)干擾信號(hào)UE而言由于輸入端阻抗ZE往往比信號(hào)源阻抗ZQ大，所以干擾電壓UE有時(shí)比信號(hào)源Us更高，所以在接收端異模信號(hào)淹沒正常信號(hào)。13第十三頁，共37頁。共模干擾與異模干擾2共模干擾共模干擾將引起電路中各處的電位升高，而電路里可能并沒有任何擾動(dòng)電流流過。下左圖a)有一個(gè)對(duì)稱共模干擾源，而在b)中則有一個(gè)非對(duì)稱的共模干擾源。

a)系統(tǒng)內(nèi)干擾b)系統(tǒng)間干擾14第十四頁，共37頁。與異模干擾相反，共模干擾在電路的回路上并不產(chǎn)生任何形式的干擾電壓降，在輸電線中不會(huì)在火線與零線之間產(chǎn)生干擾電壓。共模干擾電流一般出現(xiàn)在頻率較高的電路之中，因?yàn)槠涔材８蓴_電壓引起的干擾在實(shí)際電路中是通過在它內(nèi)部出現(xiàn)的寄生電容和線間感應(yīng)電感上體現(xiàn)的，這種干擾隨著頻率的增高逐漸增強(qiáng)。下圖顯示了共模干擾在高頻下如何通過兩個(gè)寄生電容Cs1和Cs2在電路中引起共模干擾電流。

異-共模干擾的逆轉(zhuǎn)

共模電壓在電路中導(dǎo)至一個(gè)共模信號(hào)電流，它存在于寄生電容和大地之間構(gòu)成的回路。

如果阻抗和寄生電容并不是對(duì)稱的，而且數(shù)值也不相同，這時(shí)在回路上的共模電壓會(huì)引起各種較大的電流，并在線路上造成各種電壓降，特別是對(duì)地電壓的增加，就會(huì)出現(xiàn)所謂共模、異模逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，即去線與回線上不相等的阻抗會(huì)使最初的共模電壓全部或部分轉(zhuǎn)變?yōu)楫惸ｋ妷骸?5第十五頁，共37頁。接地回路

接地回路是引起路性干擾的最常見的原因之一，下圖為一個(gè)接地回路的典型例子：一個(gè)信號(hào)發(fā)生器與一個(gè)示波器的聯(lián)接。

兩種儀器本身是滿足保護(hù)接地標(biāo)準(zhǔn)的。當(dāng)接地導(dǎo)體不同位置出現(xiàn)不同的電位，或者在一個(gè)磁場(chǎng)中接地體出現(xiàn)感應(yīng)電壓時(shí)，這時(shí)共模電壓Ugs就會(huì)出現(xiàn)在接地回路中，由于這個(gè)電壓的存在，在線纜的內(nèi)導(dǎo)體（芯線）和外殼導(dǎo)體上就會(huì)出現(xiàn)電流，這時(shí)在示波器的輸入端將會(huì)出現(xiàn)共／異模轉(zhuǎn)換現(xiàn)象

在接地回路中的共—異模轉(zhuǎn)換

16第十六頁，共37頁。電路耦合的計(jì)算電路耦合主要是靠傳輸線路的電流和電壓而起作用，因而傳輸線路在不同頻率下所呈現(xiàn)的性質(zhì)如何，處理方法也有所差異。1.低頻域傳輸線路的情況低頻域是指?jìng)鬏斁€路的幾何長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工作波長。因而對(duì)一般模擬電路來說，它可作為集中參數(shù)來處理。在數(shù)字電路中，將傳輸?shù)拿}沖按其寬度分為窄脈沖和寬脈沖來處理，前者情況，必須考慮由線路阻抗而產(chǎn)生的電壓下降，以及由于線路間的寄生電路而使波形變鈍等現(xiàn)象；而后者的情況，除此之外，還必須考慮傳輸時(shí)間的遲后，以及線路反射等問題。只有在脈沖寬度小于線路內(nèi)的傳輸時(shí)間，才能作為低頻處理。17第十七頁，共37頁。2.高頻域傳輸線路的情況

當(dāng)線路的幾何長度大致與工作波長可比擬時(shí)，線路應(yīng)看作為分布參數(shù)電路，線路的特性主要決定于分布參數(shù)L（分布電感）、C（分布電容），其中最主要的參數(shù)為線路傳輸波的傳輸速度v和線路的特性阻抗Zc。，線路的特性阻抗由于只與分布參數(shù)有關(guān)。處理高頻線路時(shí)，一定要注意線路的電長度l/引起的阻抗變化，以及電壓電流的變化。

3.電路性干擾的實(shí)例和計(jì)算

18第十八頁，共37頁。

例題1如圖示，試求流經(jīng)地回路的電流表示式和共地阻抗Zc上產(chǎn)生的共模干擾電壓表示式。如圖所示，共用接地阻抗上的地電流形成一共模噪聲電壓Vi，此電壓如同一電磁干擾源使回路ABCDEFGHA及ABDIJFGHA上流動(dòng)著噪聲電流，此噪聲電流會(huì)在放大器或邏輯電路輸入端產(chǎn)生一電位差，而此電位差即為電磁干擾的來源。

左圖為共用接地阻抗產(chǎn)生的電磁干擾

19第十九頁，共37頁。這兩個(gè)設(shè)備的接地電阻可以為金屬接地面（如船舶，飛機(jī)等），安全地線或自來水管，也可能是數(shù)個(gè)放大器的共同接地回路。

流經(jīng)這些共用阻抗的電流可能源自一獨(dú)立的信號(hào)源。地面電流Ig包括電流中性線上的電流及已接地負(fù)載時(shí)地電流，其表示式為式中Vg=Vgi+

Vgu

——激勵(lì)電流電壓

Vgi——直流電源或50/60/400Hz的電源

Vgu——其他頻率的電磁干擾源，包括電力線上的諧波Zg——電源阻抗ZL——負(fù)載阻抗ZW——電源至負(fù)載間導(dǎo)線阻抗ZC——接地面的阻抗

20第二十頁，共37頁。信號(hào)源至導(dǎo)線端的接地電流

電流Ig流經(jīng)接地阻抗Zc產(chǎn)生的共模干擾電壓表示為

Vi=IgZc

直流或50、60、400Hz時(shí)，因?yàn)閆c《Zg《ZL與Zw上式可化簡為

21第二十一頁，共37頁。例題2：60Hz、115V交流電源之中性地線與其負(fù)載之地線都接于1mm厚鋼板，試計(jì)算其接地阻抗上的電流及其共模干擾電壓。負(fù)載的消耗功率為1kW，電源的第10次諧波約為基頻的2%。

查1mm鋼板Zc的值在60Hz時(shí)，約為108，在600Hz時(shí)約為300。

故共模干擾電壓60Hz時(shí)：

解：

負(fù)載阻抗因Zw《ZL，利用上題的結(jié)果得10次諧波(600Hz)時(shí)：22第二十二頁，共37頁。導(dǎo)線之間兩種耦合MCICICILILR0RLR2GR2L23第二十三頁，共37頁。電容耦合：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。電感耦合：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)，若另一根導(dǎo)線在這個(gè)變化的磁場(chǎng)中，則這根導(dǎo)線上會(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。這種耦合稱為電感耦合，或磁場(chǎng)耦合。24第二十四頁，共37頁。傳導(dǎo)干擾的電容耦合方式

電容耦合是一種路性耦合以外的一種最常見的干擾形式。比如在電話中常?；烊肽吧说恼勗捑褪且环N最常見的電容耦合干擾的例子。

電容耦合出現(xiàn)在兩個(gè)存在電位差的電路系統(tǒng)或?qū)Ь€上，在每一個(gè)電路部分（導(dǎo)線、外殼、線圈繞組等）相對(duì)于其余的電路存在部分電容，這是干擾傳遞的途徑，這種電容并不是我們通常意義上的電容器，而是無形的，是一種效果，所以，我們常用虛線來表示它。

25第二十五頁，共37頁。兩個(gè)靠近的導(dǎo)線間電容耦合示意

干擾信號(hào)從干擾源Uq通過耦合電容Ck傳遞到負(fù)載（干擾受體）。干擾源和被干擾體各有內(nèi)阻Rs和Ri。因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下，干擾受體的內(nèi)阻是非常小，即Ri<<Re，在負(fù)載端只考慮Ri，而Un可以被忽略。

等效電路

分析其等效電路，對(duì)于傳遞到負(fù)載上的電壓應(yīng)用分壓定理

其中26第二十六頁，共37頁。在低頻時(shí)

負(fù)載Re的干擾電壓Us很小，但隨著頻率的升高，Us逐漸變大。當(dāng)Ck和Ri的值被測(cè)量確定后，我們可以應(yīng)用下式表示耦合關(guān)系

干擾電壓Us隨著頻率升高而增大，但其值不能超過源電壓Uq

在中頻段

則Ck和Ce對(duì)電壓部分來說是關(guān)聯(lián)的，首先對(duì)頻率而言有一個(gè)上升的耦合，因?yàn)楦蓴_源隨著頻率上升在負(fù)載上引起干擾電壓增加。此時(shí)干擾度量用下式

這個(gè)現(xiàn)象一般出現(xiàn)在較高工作頻率的器件上，如一些快速數(shù)字開關(guān)等。干擾信號(hào)在這種情況下可能嚴(yán)重地影響這些器件正常工作。

27第二十七頁，共37頁。對(duì)于高頻段有和這是由于頻率升高后，電容耦合增強(qiáng)的緣故，它的耦合變化為首先頻率升高導(dǎo)致耦合增強(qiáng)，但頻率升高到一定程度，耦合的類型的重點(diǎn)將發(fā)生轉(zhuǎn)變，改變?yōu)檩椛漶詈蠟橹?，這時(shí)電容耦合會(huì)下降。

耦合電壓的典型頻率分布

28第二十八頁，共37頁。電容性干擾的實(shí)例和計(jì)算

例1：導(dǎo)線1加有干擾源，其電壓V1=10V，干擾源頻率f=10MHz，受干擾電路導(dǎo)線2接有一負(fù)載R=50，導(dǎo)線直徑d=2mm，兩導(dǎo)線相距a=20mm，導(dǎo)線離地面高h(yuǎn)=10mm，試求導(dǎo)線2的異模干擾電壓VN。等效電路

兩導(dǎo)線電容性干擾模型

兩導(dǎo)線電容性干擾原圖

29第二十九頁，共37頁。由等效電路可見，產(chǎn)生于導(dǎo)體2及地間的干擾電壓VN可表示為

若R為低阻抗，且小于分布電容C12及C20之和，即

則若負(fù)載電阻較大，且

則由題意

查表得C1210pF/m，C2010pF/m

設(shè)線長l=1m

可見R=50<<Xc，則以V1=10V、R=50、f=10MHz、C12=10pF/m代入上式，得

即受干擾電路導(dǎo)線2的異模干擾電壓約0.3mV。

30第三十頁，共37頁。例2：題意如例1，但導(dǎo)體2外面有一層同軸屏蔽體，見圖，試求導(dǎo)體2和屏蔽體受干擾的異模干擾電壓分別為多少。

解：繪出其等效電路，因?qū)w2至地端的阻值為無限大，且導(dǎo)體2外面有一屏蔽體。負(fù)載電阻滿足

于是求得屏蔽體上受干擾的電壓Vs為31第三十一頁，共37頁。用給出的數(shù)據(jù)，我們近似取C1S1pF/m，CSG10pF/m，代入上式有

顯然，如屏蔽不接地，則屏蔽體受的干擾電壓是很可觀的。

一般屏蔽體完全理想接地，則Vs=0。

導(dǎo)體2完全在屏蔽體內(nèi)，不露任何一點(diǎn)于屏蔽體外，C2s上無電流流動(dòng)，導(dǎo)體2至地端的阻值亦為無限大，故導(dǎo)體2上的干擾電壓為

VN=VS

因并蔽體接地VS=0，故VN=0。

對(duì)于導(dǎo)體2稍有少許暴露于屏蔽體外的情況，注意其VN0。

32第三十二頁，共37頁。電感耦合

電感耦合磁耦合是出現(xiàn)在一個(gè)導(dǎo)體放置于一個(gè)變化的磁場(chǎng)之中，由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生的一種耦合現(xiàn)象。磁耦合干擾的實(shí)例和計(jì)算

例1：有一封閉回路，面積為A，有一磁通密度為B的正弦時(shí)變干擾磁場(chǎng)，磁場(chǎng)和面積A的夾角為角，試求回路感應(yīng)的干擾電壓。

解：磁通