第三章電磁干擾的耦合與傳播 電磁兼容

第三章電磁干擾的耦合與傳播主要內(nèi)容

3.1電磁干擾的傳播途徑

3.2傳導干擾傳輸線路的性質

3.3傳導耦合分析3.4輻射耦合分析大氣干擾無線電廣播無線通信電視雷達點火系統(tǒng)導航輸電線電氣化鐵路工業(yè)、醫(yī)療設備開關系統(tǒng)家用電器辦公設備非功能性功能性人為干擾源雷電干擾宇宙干擾熱噪聲自然干擾源電磁干擾源電磁干擾源的分類b、輻射耦合a、傳導耦合3.1電磁干擾的傳播途徑電磁干擾的傳播途徑

b、輻射耦合a、傳導耦合a2、電容性耦合a3、電感性耦合a1、電阻性耦合b1、近場感應耦合b2、遠場輻射耦合b12、磁感應b11、電感應3.1電磁干擾的傳播途徑

通過導體傳輸?shù)碾姶鸥蓴_，主要通過傳輸線路的電流和電壓起作用，傳導干擾頻譜可延伸到1GHz以上。在不同的頻率下，傳輸線路呈現(xiàn)不同的特性，應采用不同的電路模型和分析方法。根據(jù)工作波長與線長的關系劃分為：

低頻傳輸線路模型高頻傳輸線路模型

傳導耦合

傳輸線路的等效電路模型3.2傳導干擾傳輸線路的性質低頻電路的等效模型——集總參數(shù)電路模型低頻電路條件模擬電路：數(shù)字電路：

，——傳輸速度

——脈沖寬度

US—信號源電壓ZS—信號源內(nèi)阻Rl—導線阻抗ZL—負載阻抗Cl—導線寄生電容低頻傳輸線路模型——

集總參數(shù)電路模型Rl/2ZSRl/2Rl/2ClZLUS~Rl/2信號源傳輸線路負載3.2傳導干擾傳輸線路的性質：低頻域傳輸線路R0—分布電阻L0—分布電感G0—分布電導C0—分布電容分布參數(shù)：高頻電路（l～）的等效模型——分布參數(shù)電路模型3.2傳導干擾傳輸線路的性質：分布參數(shù)電路模型G0dxxC0dxudxL0dxR0dxi高頻電路（l～）的等效模型——分布參數(shù)電路模型3.2傳導干擾傳輸線路的性質：分布參數(shù)電路模型令得到傳播常數(shù)—特性阻抗—高頻電路（l～）的等效模型——分布參數(shù)電路模型3.2傳導干擾傳輸線路的性質：分布參數(shù)電路模型輸入阻抗—穩(wěn)態(tài)情況：同軸線Rr平行雙線傳輸線rd地面上的單導線rh幾種典型傳輸線的特性阻抗

平行雙導線

同軸線

地平面上方的導線3.2傳導干擾傳輸線路的性質：幾種常用傳輸線Multiconductortransmission-lineequations3.2傳導干擾傳輸線路的性質：多導體傳輸線

R:

per-unit-lengthresistancematrixL:per-unit-lengthinductancematrixG:

per-unit-lengthconductancematrixC:per-unit-lengthcapacitancematrix。C.Paul,“AnalysisofmulticonductorTransmissionlines,”O(jiān)ctober2007,Wiley-IEEEPress線間電壓和對地電壓3.2傳導干擾傳輸線路的性質：線間電壓和對地電壓

共模信號：一對導線上流過的電流幅度相差甚小，而相位相同

差模信號：一對導線上流過的電流幅度相等，而相位相反共模干擾和差模干擾3.2傳導干擾傳輸線路的性質：共模干擾和差模干擾

共模干擾

差模干擾

電阻性耦合干擾產(chǎn)生至少存在兩個相互耦合的電流回路，其電流全部或部分地在公共阻抗中流過。

3.3傳導耦合分析：電阻性耦合電阻性耦合I1+I2

公共電源電路1USRSZlZl電路2公共線路阻抗I1I2

公共電源內(nèi)阻及線路阻抗耦合I1+I2

電路1U1Zg公共地線阻抗I1I2

公共地線路阻抗耦合電路2U2A設備1共用接地阻抗產(chǎn)生的電磁干擾機殼Ig~UiRX機殼設備2BCDEFGHIJ連接電纜Ui

共用接地阻抗上的地電流形成一共模噪聲電壓Ui

，使回路ABCDEFGHA和回路ABCIJFGHA上流動著噪聲電流，此噪聲電流會在放大器或邏輯電路輸入端產(chǎn)生一電位差，而差電位差即為電磁干擾的來源。電阻性干擾實例3.3傳導耦合分析：電阻性耦合U01Z11ZkI1I2

~Z22U02~U01——回路1的電源U02——回路2的電源Z11——回路1的阻抗Z22——回路2的阻抗Zk——回路1與2的公共耦合阻抗電阻性干擾的等效電路3.3傳導耦合分析：電阻性耦合目標：考察U02通過公共阻抗Zk在回路1中的阻抗Z11上產(chǎn)生的干擾U01Z11ZkI1I2

~Z22U02~3.3傳導耦合分析：電阻性耦合網(wǎng)孔分析法計算步驟：在電路圖上標明網(wǎng)孔電流及其參考方向。若全部網(wǎng)孔電流均選為順時針(或逆時針)方向，則網(wǎng)孔方程的全部互電阻項均取負號；繞行方向由“-”極到“+”極的電壓源取正號；反之取負號；用觀察電路圖的方法列出各網(wǎng)孔方程；求解網(wǎng)孔方程，得到各網(wǎng)孔電流；假設支路電流的參考方向。根據(jù)支路電流與網(wǎng)孔電流的線性組合關系來求得各支路電流；用VCR方程求得各支路電壓。計算U02在回路1中的阻抗Z11上產(chǎn)生的干擾電壓和電流方法一：網(wǎng)孔分析法U01Z11ZkI1I2

~Z22U02~3.3傳導耦合分析：電阻性耦合網(wǎng)孔方程為：計算U02在回路1中的阻抗Z11上產(chǎn)生的干擾電壓和電流方法一：網(wǎng)孔分析法U01Z11ZkI1I2

~Z22U02~3.3傳導耦合分析：電阻性耦合通過Zk

的電流為：U02在耦合阻抗Zk產(chǎn)生的干擾電流為計算U02在公共阻抗Zk上產(chǎn)生的干擾電壓和電流方法一：網(wǎng)孔分析法干擾電壓為USkZ11ZkZ22U02~3.3傳導耦合分析：電阻性耦合方法二：線性疊加法U02在耦合阻抗Zk產(chǎn)生的干擾電壓降流經(jīng)Zk的干擾電流計算U02在公共阻抗Zk上產(chǎn)生的干擾電壓和電流USkU01Z11ZkI1I2

~Z22U02~通過Z11

的電流是有效電流和部分干擾電流的總和3.3傳導耦合分析：電阻性耦合U02對回路1中阻抗Z11產(chǎn)生干擾電流計算U02在回路1中的阻抗Z11上產(chǎn)生的干擾電壓和電流方法一：由性質區(qū)別Z11ZkUSkI2

Z223.3傳導耦合分析：電阻性耦合公共阻抗Zk上的干擾電壓USk在回路1中阻抗Z11上產(chǎn)生的干擾電流：計算U02在回路1中的阻抗Z11上產(chǎn)生的干擾電壓和電流方法二：由干擾確定公共阻抗Zk上的電壓USk的作為干擾源：U01Z11ZkI1I2

~Z22U02~討論：兩個回路一點接觸，彼此不再互相干擾。流經(jīng)回路1中Z11的干擾電流U01Z11I1I2

~Z22U02~（直接耦合）(1)(2)3.3傳導耦合分析：電阻性耦合a、讓兩個電流回路或系統(tǒng)彼此無關。信號相互獨立，避免電路的連接。b、限制耦合阻抗，越低越好。導線的電阻和電感越低越好。c、電路去耦。各個不同回路之間僅在惟一的一點作電連接，達到電流回路間電路去耦的目的。

強弱電隔離繼電器變壓器光電耦合d、電氣隔離。實現(xiàn)一點接觸3241

電阻性耦合干擾的抑制方法3.3傳導耦合分析：電阻性耦合電容性耦合干擾電壓：C12U1RC1GC2G~UN電容性耦合等效電路~R22C2GC1GC12U1UN電容性耦合模型3.3傳導耦合分析：電容性耦合低阻情況高阻情況電容性耦合公式的簡化3.3傳導耦合分析：電容性耦合電容性耦合的頻率特性3.3傳導耦合分析：電容性耦合【解】【例】已知：U1＝10V、f＝10MHz、導線半徑r＝1mm、線間距

d＝20mm、導線離地高度h＝10mm、線長l＝1m。(1)R＝

50Ω；(2)R＝1MΩ。分別求導線2上的干擾電壓。耦合系數(shù)：,則：（1）－90dB；（2）－9.5dB。3.3傳導耦合分析：電容性耦合

干擾源系統(tǒng)的電氣參數(shù)應使電壓變化幅度和變化率盡可能地??；

被干擾系統(tǒng)應盡可能地設計成低阻及高信噪比系統(tǒng)；

系統(tǒng)的結構應盡可能緊湊，且彼此空間上相互隔離。

兩個系統(tǒng)的耦合部分的布置應使耦合電容盡量?。?/p>

例如：增大間距、減少導線長度、避免平行走線等。

采用平衡措施消除電容性干擾；

對干擾源和被干擾對象進行電氣屏蔽。電容性耦合的抑制針對干擾源和被干擾對象針對減小耦合電容3.3傳導耦合分析：電容性耦合C1S：導體1與屏蔽體之間的電容C12：導體1與導體2（未屏蔽部分）之間的電容C2G：導體2（未屏蔽部分）的對地電容C2S：導體2與屏蔽體之間的電容CSG：屏蔽體之間的對地電容屏蔽對電容性耦合的影響3.3傳導耦合分析：電容性耦合結論：屏蔽體必須接地。故若屏蔽體接地，則則比較

導體2完全屏蔽簡化3.3傳導耦合分析：電容性耦合(未加屏蔽)導體2部分屏蔽，且導體2與地之間的電阻為無限大，屏蔽體接地3.3傳導耦合分析：電容性耦合誰對？接地考慮屏蔽體已接地，即CSG=0，則結論：C12導取決于導線2延伸到屏蔽層外的長度，所以導體2上的干擾電壓取決于外露部分的長度，越短越好！則導體2部分屏蔽，且導體2與地之間的電阻為無限大，屏蔽體接地3.3傳導耦合分析：電容性耦合接地考慮屏蔽體已接地，即CSG=0，則假設：則3.3傳導耦合分析：電容性耦合導體2部分屏蔽，且導體2與地之間的電阻為有限值，屏蔽體接地則：接地電感性干擾：由兩電路間的磁場相互作用所引起與的。3.3傳導耦合分析：電感性耦合當電流I在閉合電路中流動時，該電流就會產(chǎn)生與此電流成正比的磁通量Φ。I與Φ的比例常數(shù)稱為電感Φ=LI當一個電路中的電流在另一個電路中產(chǎn)生磁通時，這兩個電路之間就存在互感M12，其定義為3.3傳導耦合分析：電感性耦合電感性耦合的干擾電壓3.3傳導耦合分析：電感性耦合

干擾源系統(tǒng)的電氣參數(shù)應使電流變化幅度和變化率盡可能的??；

被干擾系統(tǒng)應盡可能的設計成低阻及高信噪比系統(tǒng)；

系統(tǒng)的結構應盡可能緊湊，且彼此空間上相互隔離。

兩個系統(tǒng)的耦合部分的布置應使互感盡量小；

例如：增大間距、減少導線長度、避免平行走線等。

采用平衡措施消除電感性干擾；

對干擾源和被干擾對象進行磁屏蔽。電感性耦合的抑制針對干擾源和被干擾對象針對減小耦合電感3.3傳導耦合分析：電感性耦合1）絞合2）避免平行布線3）增大間距d>>h~~dh~~~實際電路的串擾耦合12Z21Z22Z11U1L2UN2~L1I1M12UN1C123.3傳導耦合分析：電感性耦合3.4輻射耦合分析：電基本振子的輻射思路：先求出電基本振子的矢量磁位A，再將其代入確定磁感應強度B，最后把磁感應強度B代入麥克斯韋第一方程求出電場強度E。3.4輻射耦合分析：電基本振子的輻射，因此確定矢勢A確定磁場強度H3.4輻射耦合分析：電基本振子的輻射確定電場強度E3.4輻射耦合分析：電基本振子的輻射總結起來：3.4輻射耦合分析：磁基本振子的輻射3.4輻射耦合分析：磁基本振子的輻射矢勢A的計算：3.4輻射耦合分析：磁基本振子的輻射矢勢A的計算：3.4輻射耦合分析：磁基本振子的輻射3.4輻射耦合分析：磁基本振子的輻射3.4輻射耦合分析：磁基本振子的輻射3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠區(qū)場遠區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠區(qū)場電基本振子的遠區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠區(qū)場電基本振子的遠區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠區(qū)場電基本振子的遠區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠區(qū)場電基本振子的遠區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠區(qū)場電基本振子的遠區(qū)場波阻抗電基本振子的遠區(qū)場波阻抗：3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠區(qū)場磁基本振子的遠區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠區(qū)場近區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠區(qū)場電基本振子的近區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠區(qū)場電基本振子的近區(qū)場3.4輻射耦合分析：近區(qū)場和遠區(qū)