电磁干扰传播和耦合理论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电磁干扰的传播途径,一、电磁干扰传输的二种方式,1、传导方式 2、辐射方式,二、常见辐射耦合,1、天线对天线耦合,2、场对线的耦合,3、线对线感应耦合,电磁干扰传播和耦合理论,1,传导耦合的基本理论,三种基本的耦合性质:电阻性耦合、电感性耦合和电容性耦合,一、电阻性耦合,这是最常见最简单的传导耦合方式。例如,可控硅调速装置中较严重的高频干扰通过导线传输给电动机,各种按键开关操作时因触头抖动引起的瞬态干扰,印刷电路板受潮后引起线间绝缘强度降低易发生电干扰等,典型电路图：,电磁干扰传播和耦合理论,2,讨论：,(1)低频时，其中,l,为导线长度，,S,为导线截面积，,为电阻率。,(2)高频时，,二、电容性耦合,两个电路中的导体，当它们靠得比较近而且存在电位差时，,会产生电场耦合，其程度取决于两导体的分布电容,C,。,U,1,为干扰电压，,A,为干扰源电路,B,为接收电路,电磁干扰传播和耦合理论,3,电路,B,中耦合的干扰电压,U,2,其中,当耦合电容较小时，即,CR,2,1，有,U,2,j,CR,2,U,1,分析:干扰源频率越高，电容耦合越明显，同时接收电路的阻抗,R,2,越高,产生电容耦合越大。电容C越小,干扰耦合就越小。,应用:,(1)射频电路中，高频信号线都要加屏蔽；,(2)射频电路中引线长度尽量缩短。,电磁干扰传播和耦合理论,4,另一种情况：,分析:(1)若,R,为低阻抗，且,则,结论：若,U,1,和,f,不变，则减小,R,和,C,12,可以减小,U,N,，其中,C,12,减,小可采用导体合适的取向、屏蔽导体、增加导体间的,距离等。,电磁干扰传播和耦合理论,5,(2)若,R,为高阻抗，且,则,结论：,U,N,与,f,无关，且大于,R,为低阻抗情况的,U,N,。,电磁干扰传播和耦合理论,6,7,三、电感性耦合,当一个回路中流过变化电流时，在它周围的空间就会产生变,化的磁场。,根据电磁感应原理，有：,讨论：若,R,1,越小，则,I,1,越大，磁场越大，电感耦合越强。,电磁干扰传播和耦合理论,8,9,典型传导耦合的分析,工程上两种典型模式：公共地阻抗耦合、公共电源耦合,一、公共地阻抗耦合,1、公共地线包括 机壳接地线,机框搭接线,金属接地板,接地网络和接地母线等,2、公共地线的不等电位概念,地线电阻有毫欧的阻值。低频、高频时都有。,3、公共地阻抗耦合电路分析,电磁干扰传播和耦合理论,10,电磁干扰传播和耦合理论,等效电路：,由于,I,1,11,二、共电源耦合,若,I,1,发生一个突变，则出现一个干扰电流,I,，在,Rs,上产生一,个干扰电压，导致电源电压变化，传导到电路,2,中。,令,U,s,=0,，等效电路为,U,1s,为干扰电压，则,电磁干扰传播和耦合理论,R,s,U,s,12,三、地线阻抗计算和电源内阻测定,1、金属平板地线阻抗计算,电磁干扰传播和耦合理论,13,2,、线状地线的阻抗计算,高频时，电阻,电感,所以总阻抗：,3、电源内阻抗测定,计算较复杂，但可采用仪器测量。,(1)直流电源内阻抗,电磁干扰传播和耦合理论,14,(2)交流电源内阻抗,R,1,、R,2,为纯电阻,电磁干扰传播和耦合理论,15,电磁辐射的基本理论,一、电磁辐射的概念,由各种天线发送电磁波。,1、高频电流发射的电磁波,2,、电磁波的分类：,(1)近区感应场：能量在波源和感应场之间空间交换。,(2)远区辐射场,电磁干扰传播和耦合理论,16,二、辐射场强的分析,一般采用电偶极子和磁偶极子进行近似分析。,1、电偶极子,即长度为,l,(,l,)的载流导线。设其横截面积为,S。,电磁干扰传播和耦合理论,17,根据球坐标,而,所以,电磁干扰传播和耦合理论,18,2,、磁偶极子,即直径,d,远小于,(d)的,导电圆环。,利用,Flourier,级数展开,根据,电磁干扰传播和耦合理论,19,结论：,(1)电偶极子中，电场垂直于磁场，电场有,E,r,、E,，处于子午面,内，而磁场只有,H,，处于与赤道平面平行的平面内。,(2)磁偶极子中，电场垂直于磁场，磁场有,H,r,、H,，电场只有,E,。,电磁干扰传播和耦合理论,20,3,、近区场和远区场,(1)近区场感应场,当,kr1,时，即 时，距离,r1时，即 时，距离r,，称为远区。,电偶极子,电磁干扰传播和耦合理论,22,特性：,场矢量的方向。电场只有,E,，磁场只有,H,分量。电场与磁场,互相垂直，远区场是,TEM,波。,场的相位。,e,-jkr,，随,r,增大而相位滞后，等相位面是,r,为常数的,球面。远区场是球面波。,场的振幅。与,r,成反比，与,I,和,l,/,(电长度),成正比。,场的方向性。振幅与,sin,成正比，当,90,0,时，振幅最大，,当,0,0,时，振幅最小。,磁偶极子,特性与电偶极子类似。,电磁干扰传播和耦合理论,23,4、近区和远区的转换,场强中的 三项随场源距离,kr,的变化曲线。,当,kr=1,时，三项的贡献一样。,电磁干扰传播和耦合理论,24,工程上划分：,远场区,近场区,电磁兼容手册上划分：,远场区 近场区,例,3,、在距波源,1m,处观察，对于,f,=10MHz,的波源，,r=1m,处于近场；对于,f,=100MHZ,的波源，,r=1m,处于远场。,结论：在进行远场测量时，测量距离必须以干扰频谱中最低的频,率为依据来计算。,电磁干扰传播和耦合理论,25,5、高阻抗场和低阻抗场,(1)在电偶极子中，近场的波阻抗,由于kr1，因此,(2)对于磁偶极子，近场的波阻抗,由于kr1，因此,电磁干扰传播和耦合理论,26,随r变化的曲线：,电磁干扰传播和耦合理论,27,结论：在远区，电、磁偶极子的波阻抗均趋于媒质的波阻抗,Z,W,；,在近区，电偶极子的波阻抗,Z,EW,大于媒质的波阻抗,Z,W,，因,此称为高阻抗场；磁偶极子的波阻抗,Z,HW,小于媒质的波阻,抗,Z,W,，因此称为低阻抗场。,电偶极子的源具有低电流、高电压的特性，而磁偶极子的,源具有高电流、低电压的特性。,(3)远区场,自由空间的结果，称为平面电磁波。,电磁干扰传播和耦合理论,28,辐射耦合方式,辐射干扰的四种主要耦合途径：,天线耦合,导线感应耦合,闭合回路耦合,孔缝耦合,一、导体的天线效应,金属导体作为天线时，需分段计算其电场、磁场，然后再矢,量叠加。每一段为一个电偶极子或磁偶极子。,电磁干扰传播和耦合理论,29,二、辐射耦合方式,1、天线耦合,有意耦合，无意耦合(长的信号线、控制线等),2、场对导线的感应耦合,3、闭合回路的耦合,电磁干扰传播和耦合理论,30,根据电磁感应定律：,(1)近场：源为电流元时，以电场为主，是电场感应；,(2)近场：源为电流环时，以磁场为主，是磁场感应；,(3)远场：,令,则,讨论：感应电压与场强成正比，与闭合回路所围面积成正比，与,电磁场的频率成正比。因此在设计印刷电路板时，应尽量,减小闭合回路所围的面积。,电磁干扰传播和耦合理论,31,