电磁干扰传播和耦合理论课件.ppt

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1、v电磁干扰的传播途径电磁干扰的传播途径 一、电磁干扰传输的二种方式一、电磁干扰传输的二种方式 1 1、传导方式、传导方式 2 2、辐射方式、辐射方式 二、常见辐射耦合二、常见辐射耦合 1 1、天线对天线耦合、天线对天线耦合 2 2、场对线的耦合、场对线的耦合 3 3、线对线感应耦合、线对线感应耦合电磁干扰传播和耦合理论电磁干扰传播和耦合理论1v传导耦合的基本理论传导耦合的基本理论 三种基本的耦合性质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电阻性耦合、电感性耦合和电容性耦合 一、电阻性耦合一、电阻性耦合 这是最常见最简单的传导耦合方式。例如这是最常见最简单的传导耦合方式。例如 可控

2、硅调速装置中较严重的高频干扰通过导线传输给电动机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：典型电路图：电磁干扰传播和耦合理论电磁干扰传播和耦合理论2 讨论：讨论：(1)(1)低频时，低频时，其中，其中l为导线长度，为导线长度，S为导线截面积，为导线截面积，为电阻率。为电阻率。(2)(2)高频时，高频时，二、电容性耦合二、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，两

3、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会产生电场耦合，其程度取决于两导体的分布电容C。U1为干扰电压，为干扰电压，A为干扰源电路为干扰源电路 B为接收电路为接收电路电磁干扰传播和耦合理论电磁干扰传播和耦合理论3 电路电路B中耦合的干扰电压中耦合的干扰电压U2 其中其中 当耦合电容较小时，即当耦合电容较小时，即CR21，有，有 U2j CR2 U1 分析分析:干扰源频率越高，电容耦合越明显，同时接收电路的阻抗干扰源频率越高，电容耦合越明显，同时接收电路的阻抗 R2越高越高,产生电容耦合越大。电容产生电容耦合越大。电容C越小越小,干扰耦合就越

4、小。干扰耦合就越小。应用应用:(1)射频电路中，高频信号线都要加屏蔽；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。射频电路中引线长度尽量缩短。电磁干扰传播和耦合理论电磁干扰传播和耦合理论4另一种情况：另一种情况：分析分析:(1):(1)若若R为低阻抗，且为低阻抗，且 则则 结论：若结论：若U1和和f不变，则减小不变，则减小R和和C12可以减小可以减小UN，其中，其中C12减减 小可采用导体合适的取向、屏蔽导体、增加导体间的小可采用导体合适的取向、屏蔽导体、增加导体间的 距离等。距离等。电磁干扰传播和耦合理论电磁干扰传播和耦合理论5(2)(2)若若R为高阻抗，且为高阻抗，

5、且 则则 结论：结论：UN与与f无关，且大于无关，且大于R为低阻抗情况的为低阻抗情况的UN。电磁干扰传播和耦合理论电磁干扰传播和耦合理论67三、电感性耦合三、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。化的磁场。根据电磁感应原理，有：根据电磁感应原理，有：讨论：若讨论：若R1越小，则越小，则I1越大，磁场越大，电感耦合越强。越大，磁场越大，电感耦合越强。电磁干扰传播和耦合理论电磁干扰传播和耦合理论89v典型传导耦合的分析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、公共电源耦合工程上两种典型模式：公共地

6、阻抗耦合、公共电源耦合 一、公共地阻抗耦合一、公共地阻抗耦合 1、公共地线包括、公共地线包括 机壳接地线机壳接地线 机框搭接线机框搭接线 金属接地板金属接地板 接地网络和接地母线等接地网络和接地母线等 2、公共地线的不等电位概念、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。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、公共地阻抗耦合电路分析电磁干扰传播和耦合理论电磁干扰传播和耦合理论10电磁干扰传播和耦合理论电磁干扰传播和耦合理论 等效电路：等效电路：由于由于I111二、共电源耦合二、共电源耦合 若若I1发生一个突变，则出现一个干扰电流发生一个突变，则

7、出现一个干扰电流I，在，在Rs上产生一上产生一个干扰电压，导致电源电压变化，传导到电路个干扰电压，导致电源电压变化，传导到电路2中。中。令令Us=0，等效电路为，等效电路为 U1s为干扰电压，则为干扰电压，则电磁干扰传播和耦合理论电磁干扰传播和耦合理论RsUs12三、地线阻抗计算和电源内阻测定三、地线阻抗计算和电源内阻测定 1 1、金属平板地线阻抗计算、金属平板地线阻抗计算电磁干扰传播和耦合理论电磁干扰传播和耦合理论132、线状地线的阻抗计算、线状地线的阻抗计算 高频时，电阻高频时，电阻 电感电感 所以总阻抗：所以总阻抗：3 3、电源内阻抗测定、电源内阻抗测定 计算较复杂，但可采用仪器测量。计

8、算较复杂，但可采用仪器测量。(1)(1)直流电源内阻抗直流电源内阻抗电磁干扰传播和耦合理论电磁干扰传播和耦合理论14(2)(2)交流电源内阻抗交流电源内阻抗 R1、R2为纯电阻为纯电阻电磁干扰传播和耦合理论电磁干扰传播和耦合理论15v电磁辐射的基本理论电磁辐射的基本理论 一、电磁辐射的概念一、电磁辐射的概念 由各种天线发送电磁波。由各种天线发送电磁波。1、高频电流发射的电磁波、高频电流发射的电磁波 2、电磁波的分类：、电磁波的分类：(1)(1)近区感应场：能量在波源和感应场之间空间交换。近区感应场：能量在波源和感应场之间空间交换。(2)(2)远区辐射场远区辐射场电磁干扰传播和耦合理论电磁干扰传

9、播和耦合理论16二、辐射场强的分析二、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。一般采用电偶极子和磁偶极子进行近似分析。1 1、电偶极子、电偶极子 即长度为即长度为l(l)的载流导线。设其横截面积为的载流导线。设其横截面积为S。电磁干扰传播和耦合理论电磁干扰传播和耦合理论17根据球坐标根据球坐标而而所以所以电磁干扰传播和耦合理论电磁干扰传播和耦合理论18 2、磁偶极子、磁偶极子 即直径即直径d远小于远小于(d)的的导电圆环。导电圆环。利用利用Flourier级数展开级数展开 根据根据 电磁干扰传播和耦合理论电磁干扰传播和耦合理论19 结论：结论：(1)(1)电偶极子中，电场垂直于

10、磁场，电场有电偶极子中，电场垂直于磁场，电场有Er、E，处于子午面，处于子午面 内，而磁场只有内，而磁场只有H，处于与赤道平面平行的平面内。，处于与赤道平面平行的平面内。(2)(2)磁偶极子中，电场垂直于磁场，磁场有磁偶极子中，电场垂直于磁场，磁场有Hr、H，电场只有，电场只有 E。电磁干扰传播和耦合理论电磁干扰传播和耦合理论20 3、近区场和远区场、近区场和远区场(1)(1)近区场感应场近区场感应场 当当kr1时，即时，即 时，距离时，距离r1kr1时，即时，即 时，距离时，距离rr，称为远区。，称为远区。电偶极子电偶极子 电磁干扰传播和耦合理论电磁干扰传播和耦合理论22 特性：特性：场矢量

11、的方向。电场只有场矢量的方向。电场只有E，磁场只有，磁场只有H分量。电场与磁场分量。电场与磁场 互相垂直，远区场是互相垂直，远区场是TEM波。波。场的相位。场的相位。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为常数的为常数的 球面。远区场是球面波。球面。远区场是球面波。场的振幅。与场的振幅。与r成反比，与成反比，与I和和l/(电长度电长度)成正比。成正比。场的方向性。振幅与场的方向性。振幅与sin成正比，当成正比，当900时，振幅最大，时，振幅最大，当当00时，振幅最小。时，振幅最小。磁偶极子磁偶极子 特性与电偶极子类似。特性与电偶极子类似。电磁干扰传播和耦合理

12、论电磁干扰传播和耦合理论234 4、近区和远区的转换、近区和远区的转换 场强中的场强中的 三项随场源距离三项随场源距离kr的变化曲线。的变化曲线。当当kr=1时，时，三项的贡献一样。三项的贡献一样。电磁干扰传播和耦合理论电磁干扰传播和耦合理论24工程上划分：工程上划分：远场区远场区 近场区近场区 电磁兼容手册上划分：电磁兼容手册上划分：远场区远场区 近场区近场区 例例3、在距波源、在距波源1m处观察，对于处观察，对于f=10MHz的波源，的波源，r=1m处于近场；对于处于近场；对于f=100MHZ的波源，的波源，r=1m处于远场。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

13、频结论：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。率为依据来计算。电磁干扰传播和耦合理论电磁干扰传播和耦合理论255、高阻抗场和低阻抗场、高阻抗场和低阻抗场 (1)在电偶极子中，近场的波阻抗在电偶极子中，近场的波阻抗 由于由于kr1，因此，因此 (2)对于磁偶极子，近场的波阻抗对于磁偶极子，近场的波阻抗 由于由于kr1，因此，因此 电磁干扰传播和耦合理论电磁干扰传播和耦合理论26 随随r r变化的曲线：变化的曲线：电磁干扰传播和耦合理论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结论：在远区，电、磁偶极子的波阻抗均趋于媒质的波阻抗ZW

14、；在近区，电偶极子的波阻抗在近区，电偶极子的波阻抗ZEW大于媒质的波阻抗大于媒质的波阻抗ZW，因，因 此称为高阻抗场；磁偶极子的波阻抗此称为高阻抗场；磁偶极子的波阻抗ZHW小于媒质的波阻小于媒质的波阻 抗抗ZW，因此称为低阻抗场。，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。源具有高电流、低电压的特性。(3)(3)远区场远区场 自由空间的结果，称为平面电磁波。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电磁干扰传播和耦合理论28v辐射耦合方式辐射耦合方式 辐射干扰的四种主要耦合途径

15、：辐射干扰的四种主要耦合途径：天线耦合天线耦合 导线感应耦合导线感应耦合 闭合回路耦合闭合回路耦合 孔缝耦合孔缝耦合一、导体的天线效应一、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。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电磁干扰传播和耦合理论29二、辐射耦合方式二、辐射耦合方式 1 1、天线耦合、天线耦合 有意耦合，无意耦合有意耦合，无意耦合(长的信号线、控制线等长的信号线、控制线等)2 2、场对导线的感应耦合、场对导线的感应耦合 3 3、闭合回路的耦合、

16、闭合回路的耦合电磁干扰传播和耦合理论电磁干扰传播和耦合理论30 根据电磁感应定律：根据电磁感应定律：(1)(1)近场：源为电流元时，以电场为主，是电场感应；近场：源为电流元时，以电场为主，是电场感应；(2)(2)近场：源为电流环时，以磁场为主，是磁场感应；近场：源为电流环时，以磁场为主，是磁场感应；(3)(3)远场：远场：令令 则则讨论：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。减小闭合回路所围的面积。电磁干扰传播和耦合理论电磁干扰传播和耦合理论31