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计算机通信网课件从表2-4-1可以看出，对于一般导体如直径为0.8mm的导线，当频率在100kHz以上时，趋肤效应就十分明显了。在有趋肤效应的情况下，因为高频电流只在截面上靠近表面的部分流动，所以导线的有效截面比实际截面小，可以写为：，导线的高频电阻RRF为 可以看出，导线的高频电阻RRF比直流电阻RDC大。表242中列出了一根直径为0.2mm，长度为l0cm的铜导线的高频电阻。表242 直径为0.2mm，长度为l0cm的铜导线的高频电阻 高频时，除了考虑高频电阻外，导线的电感将起主要作用。对于一根长度为l，直径为D的导线，当l/Dl时，导线的电感为：式中l和D的单位为m。RDC（m）RRF（m）106Hz107Hz108Hz109Hz5555137.5410.41370导线的总阻抗为：对于高频情况，LRRF，因此高频时导线的阻抗为：一般情况下，对于高频信号，LRRFRDC，因此导线的阻抗主要是电感的感抗。频率越高，感抗越大，这对于信号的传输是很不利的。因此要求负载阻抗应和传输线的特性阻抗匹配，这样信号沿传输线传播没有反射，直至终端为负载电阻所吸收。二、电阻性耦合(共阻抗耦合）、通过公用电源内阻的耦合如图241所示,放大器1中的干扰信号通过电源,地线构成回路，在电源内阻ZC上产生一电压降ZCii，与电源产生的干扰电压Vi(如交流声等)叠加，形成一干扰电压 ViZciiVi加在放大器2上。、通过公共接地回路的耦合如图242，BG1的输出电流在公共接地回路的等效电阻ZC上产生一电压降i1ZC，作为干扰电压加在BG2的输入端（将被放大）。由理论分析可以导出，接地平面上距离为l的两点之间的阻抗为：其中：RDC：接地平面上的直流表面电阻，RRF：接地平面上的射频表面电阻K：射频表面电阻与直流表面电阻的比值，大于1的常数（趋肤效应），：相对于铜的某金属的电导率(i/Cu),：相对于铜的某金属的磁导率(i/Cu)。接地平面上两点间的阻抗，当l8时，可以变得相当大。、通过公用地线的耦合如图243，几台设备通过一根公用导线接地时，接地线上的电流比较大，在接地线上将产生一电压降ZC（I1I2），各设备之间可能互相干扰。对于电阻性耦合，以上各种公共阻抗（例如电源内阻、公共接地回路的阻抗、公用地线的电阻）都很小，属于分布阻抗（分布电阻），在电路图上都被忽略，但是在研究干扰时，成为干扰信号的耦合途径。三、电容性型耦合：f较高时，干扰信号和可以通过导线间的分布电容从一个回路传到另一个回路，称为。例如：图244（a），接地板上两平行导线之间的电容耦合，C12是耦合电容，f越高，电容耦合越强。C1、C2分别是两导线对地的电容，等效电路如图244(b)、（c）、（d）所示。244（b）等效电路244（c）低频244（d）高频频率较高时，图244（c），干扰电压：耦合系数：一般情况下：用分贝表示：常见的传输线的耦合电容（表243，利用电轴法计算）。例题：两根无限长平行导体圆柱线，半径均为 a，轴线间的距离为 d（d2a）,如图所示,求单位长度的电容C0。解：利用电轴法求解。等效电轴 的位置如图中所 示（），导体圆柱体外任一点的电位：左边导体上的A点：r2b(ha)，r1b(ha)，左边导体的电位为：右边导体上的B点：r2b(ha)，r1b(ha)，右边导体的电位为：两导体间的电位差单位长度的电容：三、电感性耦合，干扰信号通过导线间的分布电感或线圈和变压器的漏磁，从一个回路传到另一个回路。例如：如图246，接地板上两平行导线之间 的电感耦合，等效电路如图247所示，M是互感系数，干扰电压：M是单位长度的互感系数，利用复数计算：设回路1匹配，i1V1RL1，设回路2也匹配（R2RL2），常见的导线及线圈间的互感：表244。表245 两根平行导线之间的互感M（H）l(cm)d（cm）0.512350.040.040.030.025100.100.090.070.065200.230.200.170.156300.370.300.280.258242辐射干扰的传播主要介绍近距离内辐射干扰的传播。（不介绍远距离的传播，例如：通过电离层和对流层的散射，山峰的绕射，这些在电波传播课程中介绍）一、辐射干扰的发射和接收、辐射干扰的发射（在223节中介绍了辐射干扰源）天线辐射：广播、电视、通信、雷达，用天线 辐射。等效天线辐射：导线、传输电缆中通过高频电流，就有天线辐射效应。设备的电磁泄漏，例如ISM设备机壳的缝隙、孔径。放电辐射:电晕放电、火花放电、弧光放电、辉光放电、静电放电。、辐射干扰的接收 天线接收等效天线接收：各种导线、电缆、机壳都有 天线效应，可以接受辐射干扰信号。接收能力与干扰信号的特性有关：水平放置的天线，可以接收水平极化波干扰信号，垂直放置的天线，可以接收垂直极化波干扰信号。二、近区场的耦合（近区场：236，范围：r2辐射源的近区是感应场，干扰信号的传播没有滞后效应（远区场*）,近区干扰场在被干扰设备的等效天线（导线、电缆、机壳）上产生感应电动势。三、远区辐射场的传播辐射源的远区是辐射场，干扰信号以电磁波的形式传播，传播的途径有：地面波传播、天波传播、视距传播、反射传播和绕射传播等。1、自由空间电磁波的传播和衰减（自由空间是指无损耗的空间，如真空）辐射功率密度S S和场强E E，设一天线，输入功率为PT，增益为GT，则在距天线r处最大辐射方向上的辐射功率密度：由远区 可以解出*：自由空间中的传播衰减设一接收天线的有效接收面积为Ae，增益为GR，则：接收天线的输出功率（由(2-4-16)、(2421)）定义自由空间中的传播衰减为：用dB可以表示为：可以看出，自由空间内的传播衰减与f和r有关，r或f增大1倍，衰减6dB*。损耗媒质中的传播衰减（例如空气中），由于空气对电磁波的吸收或散射，电磁波在传播过程中有损耗，设损耗为A，定义为：是负值其中：E是接收点的实际场强（测量），E0是该点 的自由空间场强（计算）。A与辐射频率、传播距离、地面参数、气候条件等因素有关。损耗媒质中的传播衰减为：2、辐射干扰的传播途径表246电磁波波段的划分波段名称频率范围（Hz）波长范围（m）主要传播方式长波100K300K30001000地面波传播中波300K3M1000100地面波、天波短波3M30M10010天波、地面波超短波30M300M101视距传播、天波微波300M300G10.001视距传播地面波传播：沿地表面传播地面波受地面参数(、干湿程度等)的影响很大，f越高，地面对电磁波的吸收越强，所以地面波主要传播较低频率的电磁波（一般30K30MHz），例如长波和中波。地面波主要是垂直极化波。天波传播天线发射的电磁波，在高空被电离层反射后到达地面的接收点，称为天波传播。长波、中波、短波都可以利用天波传播。天波传播受电离层的厚度和高度的影响，并受到太阳、地球磁场的影响，还与时间有关。视距传播在超短波和微波段，由于频率很高,电磁波沿地面传播的损耗很大，又不能被电离层反射,主要采用视距传播方式。视距传播是指在发射天线和接收天线能互相“看得见”的距离内，电波从发射天线直接传播到接收点，也称为直接波或空间波传播。在接收点，除收到直射波外，还可以接收到地面反射波，如图248所示。电视、调频广播、移动通信，微波接力通信都属于视距传播。透射传播干扰信号透过障碍物（如建筑物）的传播。例如：电磁波穿过墙壁的损耗与墙壁的结构(钢筋混凝土 结构、砖木结构）及干湿程度有关。测试表 明，高大建筑物（钢筋混凝土结构）单层墙壁对电 磁波的衰减约为 510 dB，单栋建筑物的衰减约为 1520dB。绕射（衍射）传播干扰信号绕过传播路径上的障碍物的传播方式（测量中，紧贴建筑物后信号很弱，远离一些，信号又增强）。波长越长绕射能力越强，因此长波、中波、短波绕射能力比较强，超短波（电视、调频广播）、微波绕射能力比较弱，机壳上缝隙的泄漏也是绕射传播。反射传播干扰信号可以通过地面、建筑物、大型广告牌、车辆的金属外壳的反射到达接收点。四、辐射场与被干扰设备的耦合1、辐射场通过天线的耦合干扰。2、辐射场对导线（或回路）的耦合干扰。很多电子设备用金属壳屏蔽，干扰场可以通 过引出的电源线或电缆耦合进入设备造成干 扰。设有两个设备A和B，通过两根平行导线 连接，如图249（a）所示，辐射场在导 线上可能产生两种感应电压：在导线与系统地构成的回路上产生感应电压 UC，如图249(b)所示，等效电路如图2 49(c)所示。设辐射场为若辐射场以电场为主(f较高时),在回路上产生的感应电压：h：导线距地面的高度，l：导线的长度。若辐射场以磁场为主(f较低时)，在回路上产生的感应电压：UC在两根导线中产生方向相同、大小和相位也相同的电流i1、i2，UC称为共模电压，这种场对回路的耦合称为共模耦合。两根导线和设备（输出、输入端）构成的回 路上产生的感应电压UD，如图 2-4-10(a)所 示，等效电路如图 2-4-10(b)，计算方法与 上面相同。若辐射场以电场为主：若辐射场以磁场为主：UD在两根导线中产生方向相反、大小相等的电流I1、i2，UD称为差模电压，这种场对回路的耦合称为差模耦合。单位电场和单位磁场在回路中产生的干扰电压与频率的关系如图2411、2412所示。可以看出，频率较高时，感应电压就比较大了。图2411 单位电场在回路中产生的干扰电压 与频率的关系图2412 单位磁场在回路中产生的干扰电压 与频率的关系、f每增加10倍，V1/E0（V1B0）增加20dB。、由(2-4-29)式、(2-4-31)(2-4-33)式：l（2n1），n1，2，出现 极大值()l2n，n1，2，出现极小值：、辐射场对机壳的耦合干扰辐射场可以通过设备机壳上的孔径，缝隙的 衍射（绕射）进入设备内产生干扰，波长越 长绕射能力越强。机壳上没有孔径，缝隙，辐射场也可以通过 在机壳上产生的感应电流耦合到机壳内，由 于趋肤效应，机壳的导体板越厚，耦合到机 壳内的干扰场越弱。243电磁干扰耦合模型综合241、242的内容，可绘出电磁干扰的耦合模型，如图2413所示。C：电容耦合，L：电感耦合，Z：共阻抗耦合，NC：近场耦合，FR：远场辐射。244电磁干扰的预测计算建设一些电磁辐射的设备，都要求进行电磁辐射环境预测，例如:电视发射塔电视广播信号的覆盖范围，周围的电磁环境。电磁干扰预测计算内容很多，包括：地面波干扰场强的计算，天波干扰场强的计算（中波、短波），视距传播干扰场强的计算，超短波干扰场强的计算和微波干扰场强的计算。只介绍一些基本的概念和一些常见的例子。一、一些基本参数：进行电磁干扰的预测计算，首先需要了解电磁干扰源，被干扰设备和干扰场的一些基本参数。1、电磁干扰源：干扰信号的频率或频谱、辐射功 率PT、发射天线的增益GT，辐射方向性（方向 图、方向图函数F（，）、天线高度2、被干扰设备：工作频率、距干扰源的距离r，接 收天线的增益GR，接收天线的高度3、干扰场：辐射功率密度S S（能流密度)，电场强 度E E，磁场强度H (H (或B)B)，远（近）区场特性，地面条件，环境条件(周围建筑物的分布)二、地面波场强（例1）长波和中波，通常采用地面波传播，在距离辐射源r处地面波场强（峰值）的计算公式为*：其中，PT：发射天线的输入功率（KW），G T：发射天线的增益，r：距离（km），A：衰减因子，F（，）：发射天线的方向图函数。推导：1、地面波衰减因子 对于垂直极化波对于水平极化波其中,d：干扰源和被干扰设备之间的距离km，：大地的相对介电常数，：大地的电导率，：干扰信号的波长m。表247一些常用的地质参数地质条件(S/m)海水480淡水510-380湿地110-210干地110-34农田110-215丘陵牧区510-313沿海沙地210-310城市居住区210-35城市工业区110-43山区110-352、方向图函数例如：对于单塔中波天线 其中：h是天线的高度，是仰角，如图 2 414所示，对于常用的中波单塔天线，对于常用的中波单塔天线，h h2 2（150KW150KW）h h4 4（10KW10KW）地面附近，地面附近，00，F F（）1 1。例题：一中波广播发射天线建在城市居民区，例题：一中波广播发射天线建在城市居民区，高度为高度为 154m154m，辐射功率为，辐射功率为100KW100KW，增益为，增益为1.5dB1.5dB，发射频率，发射频率 为为972KHz972KHz的垂直极化波。求距发射天线的垂直极化波。求距发射天线500m500m，高度，高度 为为1.6m1.6m处的电场强度。处的电场强度。解：发射频率为解：发射频率为972KHz972KHz，波长为，波长为308.6m308.6m；由表；由表2-4-7,2-4-7,对对 于城市居民区，于城市居民区，代入垂直极化波代入垂直极化波 公式可以求得：公式可以求得：再由（再由（2 24 43535）式）式 A0.99995A0.99995在距发射天线在距发射天线500m500m，高度为，高度为1.6m1.6m处，处，0.18330.1833由（由（2 24 43636）式可以求出：）式可以求出：F(h)取为取为1.2，再，再由（由（2 24 43434）式即可求出）式即可求出三、视距传播信号的场强（例三、视距传播信号的场强（例2 2）视距传播仍如图视距传播仍如图 2 24 48 8所示，所示，接收点的场强：其中：是直射波的场强，rr2r1，是波程差，2，R和分别是反射点处反射系数的模和 相位。对于水平极化波，对于垂直极化波，是反射点处的仰角，不同地质r和与频率的关系曲线，海水和地面上反射系数（包括R和）曲线如图2415（a）、（b）所示。2415（a）2-4-15（b）图中的数 字是频率0.13GHz1、对于理想导体地面（例如钢板）不论取何值 RH1，RV12、对于铺有金属网的地面，b是金属网孔的最大尺寸。四、ISM设备的电磁泄漏场强（例3）ISM设备一般是通过机壳、机壳上的缝隙、孔洞、或连接电缆产生电磁泄漏。辐射场强受泄漏的功率、部位、设备的屏蔽效果等因素的影响，严格的理论计算比较困难，可以通过测量距设备30m处的辐射场强，再根据干扰场的传播衰减特性，预测计算30m以外的辐射场强。其中：Er是距干扰源r处的场强（r30m），E30是距干扰源30m处的场强，n是平均衰减指数，取值范围如表248：f(MHz)市区郊区304003.52.840010003.5此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢