第三章電磁干擾的耦合與傳播第三章電磁干擾的耦合與傳播主要內(nèi)容

3.1電磁干擾的傳播途徑

3.2傳導(dǎo)干擾傳輸線路的性質(zhì)

3.3傳導(dǎo)耦合分析3.4輻射耦合分析主要內(nèi)容3.1電磁干擾的傳播途徑3.2傳導(dǎo)干擾傳輸線大氣干擾無線電廣播無線通信電視雷達(dá)點(diǎn)火系統(tǒng)導(dǎo)航輸電線電氣化鐵路工業(yè)、醫(yī)療設(shè)備開關(guān)系統(tǒng)家用電器辦公設(shè)備非功能性功能性人為干擾源雷電干擾宇宙干擾熱噪聲自然干擾源電磁干擾源電磁干擾源的分類大氣干擾無線電廣播無線通信電視雷達(dá)點(diǎn)火系統(tǒng)導(dǎo)航輸電線電氣化鐵b、輻射耦合a、傳導(dǎo)耦合3.1電磁干擾的傳播途徑電磁干擾的傳播途徑

b、輻射耦合a、傳導(dǎo)耦合3.1電磁干擾的傳播途徑電磁干擾的b、輻射耦合a、傳導(dǎo)耦合a2、電容性耦合a3、電感性耦合a1、電阻性耦合b1、近場感應(yīng)耦合b2、遠(yuǎn)場輻射耦合b12、磁感應(yīng)b11、電感應(yīng)3.1電磁干擾的傳播途徑b、輻射耦合a、傳導(dǎo)耦合a2、電容性耦合a3、電感性耦合a1

通過導(dǎo)體傳輸?shù)碾姶鸥蓴_，主要通過傳輸線路的電流和電壓起作用，傳導(dǎo)干擾頻譜可延伸到1GHz以上。在不同的頻率下，傳輸線路呈現(xiàn)不同的特性，應(yīng)采用不同的電路模型和分析方法。根據(jù)工作波長

與線長的關(guān)系劃分為：

低頻傳輸線路模型高頻傳輸線路模型

傳導(dǎo)耦合

傳輸線路的等效電路模型3.2傳導(dǎo)干擾傳輸線路的性質(zhì)通過導(dǎo)體傳輸?shù)碾姶鸥蓴_，主要通過傳輸線路的電流和電壓低頻電路的等效模型——集總參數(shù)電路模型低頻電路條件模擬電路：數(shù)字電路：

，——傳輸速度

——脈沖寬度

US—信號源電壓ZS—信號源內(nèi)阻Rl—導(dǎo)線阻抗ZL—負(fù)載阻抗Cl—導(dǎo)線寄生電容低頻傳輸線路模型——

集總參數(shù)電路模型Rl/2ZSRl/2Rl/2ClZLUS~Rl/2信號源傳輸線路負(fù)載3.2傳導(dǎo)干擾傳輸線路的性質(zhì)：低頻域傳輸線路低頻電路的等效模型——集總參數(shù)電路模型低頻電路條件模擬電路R0—分布電阻L0—分布電感G0—分布電導(dǎo)C0—分布電容分布參數(shù)：高頻電路（l～

）的等效模型——分布參數(shù)電路模型3.2傳導(dǎo)干擾傳輸線路的性質(zhì)：分布參數(shù)電路模型R0—分布電阻L0—分布電感G0—分布電導(dǎo)C0—分布G0dxxC0dxudxL0dxR0dxi高頻電路（l～

）的等效模型——分布參數(shù)電路模型3.2傳導(dǎo)干擾傳輸線路的性質(zhì)：分布參數(shù)電路模型令得到G0dxxC0dxudxL0dxR0dxi高頻電路（l～）傳播常數(shù)—特性阻抗—高頻電路（l～

）的等效模型——分布參數(shù)電路模型3.2傳導(dǎo)干擾傳輸線路的性質(zhì)：分布參數(shù)電路模型輸入阻抗—穩(wěn)態(tài)情況：傳播常數(shù)—特性阻抗—高頻電路（l～）的等效模型——分布參同軸線Rr平行雙線傳輸線rd地面上的單導(dǎo)線rh幾種典型傳輸線的特性阻抗

平行雙導(dǎo)線

同軸線

地平面上方的導(dǎo)線3.2傳導(dǎo)干擾傳輸線路的性質(zhì)：幾種常用傳輸線同軸線Rr平行雙線傳輸線rd地面上的單導(dǎo)線rh幾種典型傳輸線Multiconductortransmission-lineequations3.2傳導(dǎo)干擾傳輸線路的性質(zhì)：多導(dǎo)體傳輸線

R:

per-unit-lengthresistancematrixL:per-unit-lengthinductancematrixG:

per-unit-lengthconductancematrixC:per-unit-lengthcapacitancematrix。C.Paul,“AnalysisofmulticonductorTransmissionlines,”O(jiān)ctober2007,Wiley-IEEEPressMulticonductortransmission-li線間電壓和對地電壓3.2傳導(dǎo)干擾傳輸線路的性質(zhì)：線間電壓和對地電壓

共模信號：一對導(dǎo)線上流過的電流幅度相差甚小，而相位相同

差模信號：一對導(dǎo)線上流過的電流幅度相等，而相位相反線間電壓和對地電壓3.2傳導(dǎo)干擾傳輸線路的性質(zhì)：線間電壓和共模干擾和差模干擾3.2傳導(dǎo)干擾傳輸線路的性質(zhì)：共模干擾和差模干擾

共模干擾

差模干擾共模干擾和差模干擾3.2傳導(dǎo)干擾傳輸線路的性質(zhì)：共模干擾和

電阻性耦合干擾產(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。

3.3傳導(dǎo)耦合分析：電阻性耦合電阻性耦合I1+I2

公共電源電路1USRSZlZl電路2公共線路阻抗I1I2

公共電源內(nèi)阻及線路阻抗耦合I1+I2

電路1U1Zg公共地線阻抗I1I2

公共地線路阻抗耦合電路2U2電阻性耦合干擾產(chǎn)生至少存在兩個(gè)相互耦合的電流回路，其電流全A設(shè)備1共用接地阻抗產(chǎn)生的電磁干擾機(jī)殼Ig~UiRX機(jī)殼設(shè)備2BCDEFGHIJ連接電纜Ui

共用接地阻抗上的地電流形成一共模噪聲電壓Ui

，使回路ABCDEFGHA和回路ABCIJFGHA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，而差電位差即為電磁干擾的來源。電阻性干擾實(shí)例3.3傳導(dǎo)耦合分析：電阻性耦合A設(shè)備1共用接地阻抗產(chǎn)生的電磁干擾機(jī)殼Ig~UiRX機(jī)殼設(shè)備U01Z11ZkI1I2

~Z22U02~U01——回路1的電源U02——回路2的電源Z11——回路1的阻抗Z22——回路2的阻抗Zk——回路1與2的公共耦合阻抗電阻性干擾的等效電路3.3傳導(dǎo)耦合分析：電阻性耦合目標(biāo)：考察U02通過公共阻抗Zk在回路1中的阻抗Z11上產(chǎn)生的干擾U01Z11ZkI1I2~Z22U02~U01——回路1U01Z11ZkI1I2

~Z22U02~3.3傳導(dǎo)耦合分析：電阻性耦合網(wǎng)孔分析法計(jì)算步驟：在電路圖上標(biāo)明網(wǎng)孔電流及其參考方向。若全部網(wǎng)孔電流均選為順時(shí)針(或逆時(shí)針)方向，則網(wǎng)孔方程的全部互電阻項(xiàng)均取負(fù)號；繞行方向由“-”極到“+”極的電壓源取正號；反之取負(fù)號；用觀察電路圖的方法列出各網(wǎng)孔方程；求解網(wǎng)孔方程，得到各網(wǎng)孔電流；假設(shè)支路電流的參考方向。根據(jù)支路電流與網(wǎng)孔電流的線性組合關(guān)系來求得各支路電流；用VCR方程求得各支路電壓。計(jì)算U02在回路1中的阻抗Z11上產(chǎn)生的干擾電壓和電流方法一：網(wǎng)孔分析法U01Z11ZkI1I2~Z22U02~3.3傳導(dǎo)耦合分U01Z11ZkI1I2

~Z22U02~3.3傳導(dǎo)耦合分析：電阻性耦合網(wǎng)孔方程為：計(jì)算U02在回路1中的阻抗Z11上產(chǎn)生的干擾電壓和電流方法一：網(wǎng)孔分析法U01Z11ZkI1I2~Z22U02~3.3傳導(dǎo)耦合分U01Z11ZkI1I2

~Z22U02~3.3傳導(dǎo)耦合分析：電阻性耦合通過Zk

的電流為：U02在耦合阻抗Zk產(chǎn)生的干擾電流為計(jì)算U02在公共阻抗Zk上產(chǎn)生的干擾電壓和電流方法一：網(wǎng)孔分析法干擾電壓為USkU01Z11ZkI1I2~Z22U02~3.3傳導(dǎo)耦合分Z11ZkZ22U02~3.3傳導(dǎo)耦合分析：電阻性耦合方法二：線性疊加法U02在耦合阻抗Zk產(chǎn)生的干擾電壓降流經(jīng)Zk的干擾電流計(jì)算U02在公共阻抗Zk上產(chǎn)生的干擾電壓和電流USkZ11ZkZ22U02~3.3傳導(dǎo)耦合分析：電阻性耦合方法U01Z11ZkI1I2

~Z22U02~通過Z11

的電流是有效電流和部分干擾電流的總和3.3傳導(dǎo)耦合分析：電阻性耦合U02對回路1中阻抗Z11產(chǎn)生干擾電流計(jì)算U02在回路1中的阻抗Z11上產(chǎn)生的干擾電壓和電流方法一：由性質(zhì)區(qū)別U01Z11ZkI1I2~Z22U02~通過Z11的電流Z11ZkUSkI2

Z223.3傳導(dǎo)耦合分析：電阻性耦合公共阻抗Zk上的干擾電壓USk在回路1中阻抗Z11上產(chǎn)生的干擾電流：計(jì)算U02在回路1中的阻抗Z11上產(chǎn)生的干擾電壓和電流方法二：由干擾確定公共阻抗Zk上的電壓USk的作為干擾源：Z11ZkUSkI2Z223.3傳導(dǎo)耦合分析：電阻性耦合U01Z11ZkI1I2

~Z22U02~討論：兩個(gè)回路一點(diǎn)接觸，彼此不再互相干擾。流經(jīng)回路1中Z11的干擾電流U01Z11I1I2

~Z22U02~（直接耦合）(1)(2)3.3傳導(dǎo)耦合分析：電阻性耦合U01Z11ZkI1I2~Z22U02~討論：兩個(gè)回路一點(diǎn)a、讓兩個(gè)電流回路或系統(tǒng)彼此無關(guān)。信號相互獨(dú)立，避免電路的連接。b、限制耦合阻抗，越低越好。導(dǎo)線的電阻和電感越低越好。c、電路去耦。各個(gè)不同回路之間僅在惟一的一點(diǎn)作電連接，達(dá)到電流回路間電路去耦的目的。

強(qiáng)弱電隔離繼電器變壓器光電耦合d、電氣隔離。實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)接觸3241

電阻性耦合干擾的抑制方法3.3傳導(dǎo)耦合分析：電阻性耦合a、讓兩個(gè)電流回路或系統(tǒng)彼此無關(guān)。信號相互獨(dú)立，避免電b、限電容性耦合干擾電壓：C12U1RC1GC2G~UN電容性耦合等效電路~R22C2GC1GC12U1UN電容性耦合模型3.3傳導(dǎo)耦合分析：電容性耦合電容性耦合干擾電壓：C12U1RC1GC2G~UN電容性耦合低阻情況高阻情況電容性耦合公式的簡化3.3傳導(dǎo)耦合分析：電容性耦合低阻情況高阻情況電容性耦合公式的簡化3.3傳導(dǎo)耦合分析：電電容性耦合的頻率特性3.3傳導(dǎo)耦合分析：電容性耦合電容性耦合的頻率特性3.3傳導(dǎo)耦合分析：電容性耦合【解】【例】已知：U1＝10V、f＝10MHz、導(dǎo)線半徑r＝1mm、線間距

d＝20mm、導(dǎo)線離地高度h＝10mm、線長l＝1m。(1)R＝

50Ω；(2)R＝1MΩ。分別求導(dǎo)線2上的干擾電壓。耦合系數(shù)：,則：（1）－90dB；（2）－9.5dB。3.3傳導(dǎo)耦合分析：電容性耦合【解】【例】已知：U1＝10V、f＝10MHz、導(dǎo)線半徑r

干擾源系統(tǒng)的電氣參數(shù)應(yīng)使電壓變化幅度和變化率盡可能地??；

被干擾系統(tǒng)應(yīng)盡可能地設(shè)計(jì)成低阻及高信噪比系統(tǒng)；

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能緊湊，且彼此空間上相互隔離。

兩個(gè)系統(tǒng)的耦合部分的布置應(yīng)使耦合電容盡量小；

例如：增大間距、減少導(dǎo)線長度、避免平行走線等。

采用平衡措施消除電容性干擾；

對干擾源和被干擾對象進(jìn)行電氣屏蔽。電容性耦合的抑制針對干擾源和被干擾對象針對減小耦合電容3.3傳導(dǎo)耦合分析：電容性耦合干擾源系統(tǒng)的電氣參數(shù)應(yīng)使電壓變化幅度和變化率盡可能地?。籆1S：導(dǎo)體1與屏蔽體之間的電容C12：導(dǎo)體1與導(dǎo)體2（未屏蔽部分）之間的電容C2G：導(dǎo)體2（未屏蔽部分）的對地電容C2S：導(dǎo)體2與屏蔽體之間的電容CSG：屏蔽體之間的對地電容屏蔽對電容性耦合的影響3.3傳導(dǎo)耦合分析：電容性耦合C1S：導(dǎo)體1與屏蔽體之間的電容C12：導(dǎo)體1與導(dǎo)體結(jié)論：屏蔽體必須接地。故若屏蔽體接地，則則比較

導(dǎo)體2完全屏蔽簡化3.3傳導(dǎo)耦合分析：電容性耦合(未加屏蔽)結(jié)論：屏蔽體必須接地。故若屏蔽體接地，則則比較導(dǎo)體2完全導(dǎo)體2部分屏蔽，且導(dǎo)體2與地之間的電阻為無限大，屏蔽體接地3.3傳導(dǎo)耦合分析：電容性耦合誰對？接地導(dǎo)體2部分屏蔽，且導(dǎo)體2與地之間的電阻為無限大，屏蔽體接地3考慮屏蔽體已接地，即CSG=0，則結(jié)論：C12導(dǎo)取決于導(dǎo)線2延伸到屏蔽層外的長度，所以導(dǎo)體2上的干擾電壓取決于外露部分的長度，越短越好！則導(dǎo)體2部分屏蔽，且導(dǎo)體2與地之間的電阻為無限大，屏蔽體接地3.3傳導(dǎo)耦合分析：電容性耦合接地考慮屏蔽體已接地，結(jié)論：C12導(dǎo)取決于導(dǎo)線2延伸到屏蔽層外的考慮屏蔽體已接地，即CSG=0，則假設(shè)：則3.3傳導(dǎo)耦合分析：電容性耦合導(dǎo)體2部分屏蔽，且導(dǎo)體2與地之間的電阻為有限值，屏蔽體接地則：接地考慮屏蔽體已接地，即CSG=0，則假設(shè)：則3.3傳導(dǎo)耦電感性干擾：由兩電路間的磁場相互作用所引起與的。3.3傳導(dǎo)耦合分析：電感性耦合當(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Φ。I與Φ的比例常數(shù)稱為電感Φ=LI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，其定義為電感性干擾：由兩電路間的磁場相互作用所引起與的。3.3傳3.3傳導(dǎo)耦合分析：電感性耦合3.3傳導(dǎo)耦合分析：電感性耦合電感性耦合的干擾電壓3.3傳導(dǎo)耦合分析：電感性耦合電感性耦合的干擾電壓3.3傳導(dǎo)耦合分析：電感性耦合

干擾源系統(tǒng)的電氣參數(shù)應(yīng)使電流變化幅度和變化率盡可能的??；

被干擾系統(tǒng)應(yīng)盡可能的設(shè)計(jì)成低阻及高信噪比系統(tǒng)；

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能緊湊，且彼此空間上相互隔離。

兩個(gè)系統(tǒng)的耦合部分的布置應(yīng)使互感盡量小；

例如：增大間距、減少導(dǎo)線長度、避免平行走線等。

采用平衡措施消除電感性干擾；

對干擾源和被干擾對象進(jìn)行磁屏蔽。電感性耦合的抑制針對干擾源和被干擾對象針對減小耦合電感3.3傳導(dǎo)耦合分析：電感性耦合干擾源系統(tǒng)的電氣參數(shù)應(yīng)使電流變化幅度和變化率盡可能的??；1）絞合2）避免平行布線3）增大間距d>>h~~dh~~~1）絞合2）避免平行布線3）增大間距d>>h~~dh~~實(shí)際電路的串?dāng)_耦合12Z21Z22Z11U1L2UN2~L1I1M12UN1C123.3傳導(dǎo)耦合分析：電感性耦合實(shí)際電路的串?dāng)_耦合12Z21Z22Z11U1L2UN2~L13.4輻射耦合分析：電基本振子的輻射思路：先求出電基本振子的矢量磁位A，再將其代入確定磁感應(yīng)強(qiáng)度B，最后把磁感應(yīng)強(qiáng)度B代入麥克斯韋第一方程求出電場強(qiáng)度E。3.4輻射耦合分析：電基本振子的輻射思路：先求出電基本振子3.4輻射耦合分析：電基本振子的輻射，因此確定矢勢A確定磁場強(qiáng)度H3.4輻射耦合分析：電基本振子的輻射，因此確定矢勢A確定磁3.4輻射耦合分析：電基本振子的輻射確定電場強(qiáng)度E3.4輻射耦合分析：電基本振子的輻射確定電場強(qiáng)度E3.4輻射耦合分析：電基本振子的輻射總結(jié)起來：3.4輻射耦合分析：電基本振子的輻射總結(jié)起來：3.4輻射耦合分析：磁基本振子的輻射3.4輻射耦合分析：磁基本振子的輻射3.4輻射耦合分析：磁基本振子的輻射矢勢A的計(jì)算：3.4輻射耦合分析：磁基本振子的輻射矢勢A的計(jì)算：3.4輻射耦合分析：磁基本振子的輻射矢勢A的計(jì)算：3.4輻射耦合分析：磁基本振子的輻射矢勢A的計(jì)算：3.4輻射耦合分析：磁基本振子的輻射3.4輻射耦合分析：磁基本振子的輻射3.4輻射耦合分析：磁基本振子的輻射3.4輻射耦合分析：磁基本振子的輻射3.4輻射耦合分析：磁基本振子的輻射3.4輻射耦合分析：磁基本振子的輻射3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場遠(yuǎn)區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場遠(yuǎn)區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場波阻抗電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場波阻抗：3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場電基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場波阻抗3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場磁基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場磁基本振子的遠(yuǎn)區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場近區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場近區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場電基本振子的近區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場電基本振子的近區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場電基本振子的近區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場電基本振子的近區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場電基本振子的近區(qū)場波阻抗電基本振子的近區(qū)場波阻抗：其中，自由空間波阻抗為：3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠(yuǎn)區(qū)場電基本振子的近區(qū)場波阻抗3.4輻射耦合分