电磁骚扰传输机理课件

第第2 2讲讲 电磁骚扰电磁骚扰传输机理传输机理电磁兼容基础电磁兼容基础.Agendap电磁骚扰电磁骚扰耦合耦合途径途径p电磁辐射理论基础电磁辐射理论基础p辐射耦合辐射耦合p传导耦合的传输线理论传导耦合的传输线理论p传导传导耦合耦合p骚扰源对敏感设备的骚扰模式骚扰源对敏感设备的骚扰模式.n传导耦合传导耦合 传导传输必须在干扰源和敏感器之间有完传导传输必须在干扰源和敏感器之间有完整的电路连接，干扰信号沿着这个连接电路传整的电路连接，干扰信号沿着这个连接电路传递到敏感器，产生干扰。递到敏感器，产生干扰。n辐射耦合辐射耦合 辐射传输是以电磁波的形式传播，干扰能辐射传输是以电磁波的形式传播，干扰能量按电磁场的规律向周围空间发射。量按电磁场的规律向周围空间发射。1 电磁骚扰耦合途径电磁骚扰耦合途径.1 电磁骚扰耦合途径电磁骚扰耦合途径不同学术观点对耦合途径的划分不同学术观点对耦合途径的划分容容.空间辐射电磁波空间辐射电磁波交变电场交变电场交变磁场交变磁场 2 电磁辐射理论基础.2 电磁辐射理论基础n 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组法拉第定律法拉第定律广义的安培定律广义的安培定律广义的电场高斯定律广义的电场高斯定律磁场的高斯定律磁场的高斯定律电流连续性方程电流连续性方程.2 电磁辐射理论基础n 基本参数基本参数1.1.场物理量场物理量电场强度电场强度电通量密度电通量密度磁场强度磁场强度磁通量密度磁通量密度.2 电磁辐射理论基础n 基本参数基本参数2.2.源物理量源物理量体电流密度体电流密度体电荷密度体电荷密度.2 电磁辐射理论基础n 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组法拉第定律法拉第定律广义的安培定律广义的安培定律广义的电场高斯定律广义的电场高斯定律磁场的高斯定律磁场的高斯定律电流连续性方程电流连续性方程.2 电磁辐射理论基础n 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组法拉第定律法拉第定律广义的安培定律广义的安培定律广义的电场高斯定律广义的电场高斯定律磁场的高斯定律磁场的高斯定律电流连续性方程电流连续性方程.2 电磁辐射理论基础n 本构关系本构关系：媒质的介电常数，单位：媒质的介电常数，单位F/mF/m：媒质的磁导率，单位：媒质的磁导率，单位H/mH/m：媒质的电导率，单位：媒质的电导率，单位S/mS/m线性、各向同性线性、各向同性媒质的本构关系媒质的本构关系.2 电磁辐射理论基础n 边界条件边界条件媒质媒质1媒质媒质2边界边界静态情况下的两种半无限媒质之间的交界面静态情况下的两种半无限媒质之间的交界面S.2 电磁辐射理论基础n 边界条件边界条件.2 电磁辐射理论基础n 时谐场时谐场 在时变电磁场中，如果场源以一定的在时变电磁场中，如果场源以一定的角频率角频率随时间呈随时间呈时谐（正弦或余弦）时谐（正弦或余弦）变化，则所产生的变化，则所产生的电磁场也以同样的角频率随时间呈时谐变化。这电磁场也以同样的角频率随时间呈时谐变化。这种以一定角频率变化的电磁场，称为时谐电磁场种以一定角频率变化的电磁场，称为时谐电磁场或正弦电磁场。或正弦电磁场。.2 电磁辐射理论基础n 时谐场时谐场.3 辐射耦合n 电磁辐射电磁辐射 当一个地方的电流或电荷随时间变化时，就当一个地方的电流或电荷随时间变化时，就有一部分电磁能量进入周围空间，这种现象称为有一部分电磁能量进入周围空间，这种现象称为电磁辐射电磁辐射 产生电磁波的辐射源最简单的方式就是产生电磁波的辐射源最简单的方式就是电偶电偶 极子极子与与磁偶极子磁偶极子；实际辐射源都可看成由许多偶极子组成，所实际辐射源都可看成由许多偶极子组成，所产生的电磁波也就是这些偶极子辐射电磁波的合产生的电磁波也就是这些偶极子辐射电磁波的合成。成。.n电偶极子电偶极子一段长度比电磁波波长小得多的载流导线3 辐射耦合.n电偶极子电偶极子3 辐射耦合.n 磁偶极子磁偶极子一个半径一个半径a a远小于波长远小于波长的小环形载流导线可的小环形载流导线可看成是磁偶极子看成是磁偶极子3 辐射耦合.n 磁偶极子磁偶极子3 辐射耦合.3 辐射耦合n 近场与远场近场与远场 远近场的划分是根据两类基本源的场随远近场的划分是根据两类基本源的场随1/r1/r（r r为为场点至源点的距离）的变化而确定的，场点至源点的距离）的变化而确定的，为远、为远、近场的分界点，两类源在远近场的场特征及传播特性近场的分界点，两类源在远近场的场特征及传播特性均有所不同。均有所不同。.电偶极子场的波阻抗大于磁偶极子场的波阻 抗。前者是容性高阻抗场，电磁场分布易受周围低阻抗物体影响。后者是感性低阻抗场，不易受外界影响；电磁场能量在r的方向作往返振荡；电偶极子场电场强度按1/r 3的规律减小，磁场强度按1/r 2的规律减小。磁偶极子场的磁场强度按1/r 3的规律减小，电场强度按1/r 2的规律减小；n近区电磁场的特点近区电磁场的特点3 辐射耦合.远场区中电磁场只有两个互相垂直的场强分量，远场区中电磁场只有两个互相垂直的场强分量，在传播方向上没有场强分量，因此称为平面电在传播方向上没有场强分量，因此称为平面电磁波。磁波。电场分量电场分量 和磁场分量和磁场分量 在空间上相互垂直，在空间上相互垂直，在时间上同相位。在幅值上相比在时间上同相位。在幅值上相比 等于等于常数常数377 377 。在远场区中，电场与磁场的强度分布与距场源在远场区中，电场与磁场的强度分布与距场源的距离的距离r r成反比的减小。可见在辐射场中，场强成反比的减小。可见在辐射场中，场强变化不像感应场中对距离变化不像感应场中对距离r r那么敏感。那么敏感。n远区电磁场的特点远区电磁场的特点3 辐射耦合.n波阻抗与骚扰源的距离波阻抗与骚扰源的距离3 辐射耦合.3 辐射耦合n能量流能量流.3 辐射耦合 电偶极子的近场能量主要为电场分量，可忽略电偶极子的近场能量主要为电场分量，可忽略磁场分量；磁偶极子的近场能量主要为磁场分量，磁场分量；磁偶极子的近场能量主要为磁场分量，可忽略电场分量；两类源在远场时，电场、磁场分可忽略电场分量；两类源在远场时，电场、磁场分量均必须同时考虑。量均必须同时考虑。n能量密度能量密度.4 传导耦合的传输线理论 传导耦合是指通过导体传输的电磁干扰。当电传导耦合是指通过导体传输的电磁干扰。当电磁干扰源的波长远大于敏感设备的长度时，可以利磁干扰源的波长远大于敏感设备的长度时，可以利用电路理论建立传导模型（用电路理论建立传导模型（“低频低频”方法）；当电方法）；当电磁干扰源的波长远小于敏感设备的长度时，电磁波磁干扰源的波长远小于敏感设备的长度时，电磁波的传播效应增强，根据电路理论建立传导模型失效，的传播效应增强，根据电路理论建立传导模型失效，原则上必须采用电磁场理论进行分析（原则上必须采用电磁场理论进行分析（“高频高频”方方法）。法）。n再论传导耦合再论传导耦合.波在均匀无损线上的传播波在均匀无损线上的传播4 传导耦合的传输线理论n波过程波过程.n单位长度线路对地电容和自感为单位长度线路对地电容和自感为为线路绝缘介质的介电常数，为线路绝缘介质的介电常数，为导磁系数为导磁系数hp导体平均对地高度（导体平均对地高度（m）r 导体等值半径（导体等值半径（m）4 传导耦合的传输线理论.n行波建立电场的过程行波建立电场的过程 n行波建立磁场的过程行波建立磁场的过程 n行波的传播速度：行波的传播速度：上两式相乘上两式相乘 表示行波向正反两个方向传播表示行波向正反两个方向传播 n波阻抗：波阻抗：上两式相除上两式相除 对应正反向行波对应正反向行波 波阻抗是表征分布参数电路特点的最重要的参数波阻抗是表征分布参数电路特点的最重要的参数是是储能元件储能元件，表示导线周围介质获得电磁能的大小，表示导线周围介质获得电磁能的大小具有阻抗量纲，为常量，架空线路一般为具有阻抗量纲，为常量，架空线路一般为4704 传导耦合的传输线理论.n电压、电流行波在传播过程中同时是线路和时间的函电压、电流行波在传播过程中同时是线路和时间的函数数n以均匀无损线路为模型，建立偏微分方程以均匀无损线路为模型，建立偏微分方程电压沿电压沿x方向的变化是由于电流在方向的变化是由于电流在L0产生压降产生压降 电流沿电流沿x方向的变化是由于电压在方向的变化是由于电压在C0产生压降产生压降n联解，可得波动方程联解，可得波动方程 波波动动方方程程的的建建立立 4 传导耦合的传输线理论.4 传导耦合的传输线理论.u波阻抗波阻抗Z Z和集中参数电阻和集中参数电阻R R的比较：的比较：相同点：相同点：都是反映电压与电流之比，量纲相同都是反映电压与电流之比，量纲相同 都为都为不同点：不同点：R:uR:u为为R R两端的电压，两端的电压，i i为流过为流过R R的电流的电流Z:uZ:u为导线对地电压，为导线对地电压，i i为同方向导线电流为同方向导线电流耗能：耗能：R R将电能转化为热能、光能等，将电能转化为热能、光能等，Z Z不不耗能，耗能，将能量储存在周围介质里将能量储存在周围介质里R R与导线长度有关，与导线长度有关，Z Z只与绝缘参数有关，只与绝缘参数有关，与导线长度无关与导线长度无关 4 传导耦合的传输线理论.5 传导耦合n电容性耦合电容性耦合电容性耦合模型电容性耦合模型.5 传导耦合n电容性耦合电容性耦合.5 传导耦合n电容性耦合电容性耦合地面上两导线间电容性耦合模型地面上两导线间电容性耦合模型.5 传导耦合n电容性耦合电容性耦合.5 传导耦合n电容性耦合电容性耦合如果如果R R为低阻抗，且满足为低阻抗，且满足如果如果R R为高阻抗，且满足为高阻抗，且满足.5 传导耦合n电感性耦合电感性耦合.5 传导耦合n电感性耦合电感性耦合.5 传导耦合n电阻性耦合电阻性耦合电阻性耦合的一般形式电阻性耦合的一般形式.5 传导耦合n电阻性耦合电阻性耦合u直接传导耦合直接传导耦合u共阻抗耦合共阻抗耦合u电源内阻及公共线路阻抗形成的耦合电源内阻及公共线路阻抗形成的耦合.5 传导耦合u共阻抗耦合共阻抗耦合地电流流经公共地线阻抗的耦合地电流流经公共地线阻抗的耦合.5 传导耦合u电源内阻及公共线路阻抗形成的耦合电源内阻及公共线路阻抗形成的耦合电源内阻及公共线路阻抗形成的耦合电源内阻及公共线路阻抗形成的耦合.6 骚扰源对敏感设备的干扰模式骚扰源对敏感设备的干扰模式u 两种模式：两种模式：共模干扰共模干扰和和差模干扰差模干扰.小 结n电磁骚扰电磁骚扰耦合耦合途径途径n电磁辐射理论基础电磁辐射理论基础n辐射耦合辐射耦合n传导耦合的传输线理论传导耦合的传输线理论n传导传导耦合耦合n骚扰源对敏感设备的骚扰模式骚扰源对敏感设备的骚扰模式.THE ENDTHE END电磁兼容基础第2讲.