电磁干扰传播和耦合理论课件

v电电磁干磁干扰扰的的传传播途径播途径 一、一、电电磁干磁干扰传输扰传输的二种方式的二种方式 1 1、传导传导方式方式 2 2、辐辐射方式射方式 二、常二、常见辐见辐射耦合射耦合 1 1、天、天线对线对天天线线耦合耦合 2 2、场对线场对线的耦合的耦合 3 3、线对线线对线感感应应耦合耦合电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论1Av传导传导耦合的基本理耦合的基本理论论 三种基本的耦合性三种基本的耦合性质质:电电阻性耦合、阻性耦合、电电感性耦合和感性耦合和电电容性耦合容性耦合 一、一、电电阻性耦合阻性耦合 这这是最常是最常见见最最简单简单的的传导传导耦合方式。例如耦合方式。例如 可控硅可控硅调调速装置中速装置中较严较严重的高重的高频频干干扰扰通通过导线传输给电动过导线传输给电动机机 各种按各种按键键开关操作开关操作时时因触因触头头抖抖动动引起的瞬引起的瞬态态干干扰扰 印刷印刷电电路板受潮后引起路板受潮后引起线间绝缘线间绝缘强强度降低易度降低易发发生生电电干干扰扰等等 典型典型电电路路图图：电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论2A 讨论讨论：(1)(1)低低频时频时，其中，其中l为导线长为导线长度，度，S为导线为导线截面截面积积，为电为电阻率。阻率。(2)(2)高高频时频时，二、二、电电容性耦合容性耦合 两个两个电电路中的路中的导导体，当它体，当它们们靠得比靠得比较较近而且存在近而且存在电电位差位差时时，会会产产生生电场电场耦合，其程度取决于两耦合，其程度取决于两导导体的分布体的分布电电容容C。U1为为干干扰电压扰电压，A为为干干扰扰源源电电路路 B为为接收接收电电路路电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论3A 电电路路B中耦合的干中耦合的干扰电压扰电压U2 其中其中 当耦合当耦合电电容容较较小小时时，即，即CR21，有，有 U2j CR2 U1 分析分析:干干扰扰源源频频率越高，率越高，电电容耦合越明容耦合越明显显，同，同时时接收接收电电路的阻抗路的阻抗 R2越高越高,产产生生电电容耦合越大。容耦合越大。电电容容C越小越小,干干扰扰耦合就越小。耦合就越小。应应用用:(1)射射频电频电路中，高路中，高频频信号信号线线都要加屏蔽；都要加屏蔽；(2)射射频电频电路中引路中引线长线长度尽量度尽量缩缩短。短。电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论4A另一种情况：另一种情况：分析分析:(1):(1)若若R为为低阻抗，且低阻抗，且 则则 结论结论：若：若U1和和f不不变变，则则减小减小R和和C12可以减小可以减小UN，其中，其中C12减减 小可采用小可采用导导体合适的取向、屏蔽体合适的取向、屏蔽导导体、增加体、增加导导体体间间的的 距离等。距离等。电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论5A(2)(2)若若R为为高阻抗，且高阻抗，且 则则 结论结论：UN与与f无关，且大于无关，且大于R为为低阻抗情况的低阻抗情况的UN。电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论6A7A三、三、电电感性耦合感性耦合 当一个回路中流当一个回路中流过变过变化化电电流流时时，在它周，在它周围围的空的空间间就会就会产产生生变变化的磁化的磁场场。根据根据电电磁感磁感应应原理，有：原理，有：讨论讨论：若：若R1越小，越小，则则I1越大，磁越大，磁场场越大，越大，电电感耦合越感耦合越强强。电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论8A9Av典型典型传导传导耦合的分析耦合的分析 工程上两种典型模式：公共地阻抗耦合、公共工程上两种典型模式：公共地阻抗耦合、公共电电源耦合源耦合 一、公共地阻抗耦合一、公共地阻抗耦合 1、公共地、公共地线线包括包括 机壳接地机壳接地线线 机框搭接机框搭接线线 金属接地板金属接地板 接地网接地网络络和接地母和接地母线线等等 2、公共地、公共地线线的不等的不等电电位概念位概念 地地线电线电阻有毫欧的阻阻有毫欧的阻值值。低。低频频、高、高频时频时都有。都有。3、公共地阻抗耦合、公共地阻抗耦合电电路分析路分析电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论10A电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论 等效等效电电路：路：由于由于I111A二、共二、共电电源耦合源耦合 若若I1发发生一个突生一个突变变，则则出出现现一个干一个干扰电扰电流流I，在，在Rs上上产产生一生一个干个干扰电压扰电压，导导致致电电源源电压变电压变化，化，传导传导到到电电路路2中。中。令令Us=0，等效，等效电电路路为为 U1s为为干干扰电压扰电压，则则电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论RsUs12A三、地三、地线线阻抗阻抗计计算和算和电电源内阻源内阻测测定定 1 1、金属平板地、金属平板地线线阻抗阻抗计计算算电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论13A2、线线状地状地线线的阻抗的阻抗计计算算 高高频时频时，电电阻阻 电电感感 所以所以总总阻抗：阻抗：3 3、电电源内阻抗源内阻抗测测定定 计计算算较较复复杂杂，但可采用，但可采用仪仪器器测测量。量。(1)(1)直流直流电电源内阻抗源内阻抗电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论14A(2)(2)交流交流电电源内阻抗源内阻抗 R1、R2为纯电为纯电阻阻电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论15Av电电磁磁辐辐射的基本理射的基本理论论 一、一、电电磁磁辐辐射的概念射的概念 由各种天由各种天线发线发送送电电磁波。磁波。1、高、高频电频电流流发发射的射的电电磁波磁波 2、电电磁波的分磁波的分类类：(1)(1)近区感近区感应场应场：能量在波源和感：能量在波源和感应场应场之之间间空空间间交交换换。(2)(2)远远区区辐辐射射场场电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论16A二、二、辐辐射射场场强强的分析的分析 一般采用一般采用电电偶极子和磁偶极子偶极子和磁偶极子进进行近似分析。行近似分析。1 1、电电偶极子偶极子 即即长长度度为为l(l)的的载载流流导线导线。设设其横截面其横截面积为积为S。电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论17A根据球坐根据球坐标标而而所以所以电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论18A 2、磁偶极子、磁偶极子 即直径即直径d远远小于小于(d)的的导电圆环导电圆环。利用利用Flourier级级数展开数展开 根据根据 电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论19A 结论结论：(1)(1)电电偶极子中，偶极子中，电场电场垂直于磁垂直于磁场场，电场电场有有Er、E，处处于子午面于子午面 内，而磁内，而磁场场只有只有H，处处于与赤道平面平行的平面内。于与赤道平面平行的平面内。(2)(2)磁偶极子中，磁偶极子中，电场电场垂直于磁垂直于磁场场，磁，磁场场有有Hr、H，电场电场只有只有 E。电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论20A 3、近区、近区场场和和远远区区场场(1)(1)近区近区场场感感应场应场 当当kr1时时，即，即 时时，距离，距离r1kr1时时，即，即 时时，距离，距离rr，称，称为远为远区。区。电电偶极子偶极子 电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论22A 特性：特性：场场矢量的方向。矢量的方向。电场电场只有只有E，磁，磁场场只有只有H分量。分量。电场电场与磁与磁场场 互相垂直，互相垂直，远远区区场场是是TEM波。波。场场的相位。的相位。e-jkr，随，随r增大而相位滞后，等相位面是增大而相位滞后，等相位面是r为为常数的常数的 球面。球面。远远区区场场是球面波。是球面波。场场的振幅。与的振幅。与r成反比，与成反比，与I和和l/(电长电长度度)成正比。成正比。场场的方向性。振幅与的方向性。振幅与sin成正比，当成正比，当900时时，振幅最大，振幅最大，当当00时时，振幅最小。，振幅最小。磁偶极子磁偶极子 特性与特性与电电偶极子偶极子类类似。似。电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论23A4 4、近区和、近区和远远区的区的转换转换 场场强强中的中的 三三项项随随场场源距离源距离kr的的变变化曲化曲线线。当当kr=1时时，三三项项的的贡贡献一献一样样。电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论24A工程上划分：工程上划分：远场远场区区 近近场场区区 电电磁兼容手册上划分：磁兼容手册上划分：远场远场区区 近近场场区区 例例3、在距波源、在距波源1m处观处观察，察，对对于于f=10MHz的波源，的波源，r=1m处处于近于近场场；对对于于f=100MHZ的波源，的波源，r=1m处处于于远场远场。结论结论：在：在进进行行远场测远场测量量时时，测测量距离必量距离必须须以干以干扰频谱扰频谱中最低的中最低的频频 率率为为依据来依据来计计算。算。电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论25A5、高阻抗、高阻抗场场和低阻抗和低阻抗场场 (1)在在电电偶极子中，近偶极子中，近场场的波阻抗的波阻抗 由于由于kr1，因此，因此 (2)对对于磁偶极子，近于磁偶极子，近场场的波阻抗的波阻抗 由于由于kr1，因此，因此 电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论26A 随随r r变变化的曲化的曲线线：电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论27A结论结论：在：在远远区，区，电电、磁偶极子的波阻抗均、磁偶极子的波阻抗均趋趋于媒于媒质质的波阻抗的波阻抗ZW；在近区，在近区，电电偶极子的波阻抗偶极子的波阻抗ZEW大于媒大于媒质质的波阻抗的波阻抗ZW，因，因 此称此称为为高阻抗高阻抗场场；磁偶极子的波阻抗；磁偶极子的波阻抗ZHW小于媒小于媒质质的波阻的波阻 抗抗ZW，因此称，因此称为为低阻抗低阻抗场场。电电偶极子的源具有低偶极子的源具有低电电流、高流、高电压电压的特性，而磁偶极子的的特性，而磁偶极子的 源具有高源具有高电电流、低流、低电压电压的特性。的特性。(3)(3)远远区区场场 自由空自由空间间的的结结果，称果，称为为平面平面电电磁波。磁波。电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论28Av辐辐射耦合方式射耦合方式 辐辐射干射干扰扰的四种主要耦合途径：的四种主要耦合途径：天天线线耦合耦合 导线导线感感应应耦合耦合 闭闭合回路耦合合回路耦合 孔孔缝缝耦合耦合一、一、导导体的天体的天线线效效应应 金属金属导导体作体作为为天天线时线时，需分段，需分段计计算其算其电场电场、磁、磁场场，然后再矢，然后再矢量叠加。每一段量叠加。每一段为为一个一个电电偶极子或磁偶极子。偶极子或磁偶极子。电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论29A二、二、辐辐射耦合方式射耦合方式 1 1、天、天线线耦合耦合 有意耦合，无意耦合有意耦合，无意耦合(长长的信号的信号线线、控制、控制线线等等)2 2、场对导线场对导线的感的感应应耦合耦合 3 3、闭闭合回路的耦合合回路的耦合电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论30A 根据根据电电磁感磁感应应定律：定律：(1)(1)近近场场：源：源为电为电流元流元时时，以，以电场为电场为主，是主，是电场电场感感应应；(2)(2)近近场场：源：源为电为电流流环时环时，以磁，以磁场为场为主，是磁主，是磁场场感感应应；(3)(3)远场远场：令令 则则讨论讨论：感：感应电压应电压与与场场强强成正比，与成正比，与闭闭合回路所合回路所围围面面积积成正比，与成正比，与 电电磁磁场场的的频频率成正比。因此在率成正比。因此在设计设计印刷印刷电电路板路板时时，应应尽量尽量 减小减小闭闭合回路所合回路所围围的面的面积积。电电磁干磁干扰传扰传播和耦合理播和耦合理论论31A