電磁兼容電磁干擾耦合與傳輸理論

電磁環(huán)境

電磁干擾的耦合途經(jīng)

電氣工程系江濱浩博士研究生學(xué)位課－電磁兼容（2）目前一頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

主要內(nèi)容電磁干擾現(xiàn)象電磁干擾三要素時(shí)域與頻域電磁干擾源敏感體及其特性電磁干擾的耦合途經(jīng)電磁輻射的基本理論傳導(dǎo)耦合的基本理論電磁騷擾的抑制策略目前二頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

電磁干擾現(xiàn)象數(shù)字脈沖電路開關(guān)電源數(shù)字視頻設(shè)備220AC電磁噪聲（騷擾）：任何可能引起設(shè)備或系統(tǒng)性能下降的電磁現(xiàn)象——強(qiáng)調(diào)任何可能的電磁危害現(xiàn)象原因。電磁干擾：電磁噪聲（騷擾）所引起的設(shè)備、傳輸通路或系統(tǒng)性能的下降電磁危害現(xiàn)象——強(qiáng)調(diào)產(chǎn)生的結(jié)果。雷電等目前三頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)電磁干擾三要素三個(gè)要素：干擾源、耦合路徑和敏感源干擾兼容臨界目前四頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)目前五頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

常見干擾源無線通信電磁干擾源：5個(gè)，各源的性質(zhì)不同

耦合方法：5＋2或4+1＋（1＋1）雷電等自然干擾源脈沖電路

人為干擾感性負(fù)載通斷直流電機(jī)、變頻調(diào)速器（敏感源）目前六頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)電磁騷擾源的分類非功能性干擾源其他分類：根據(jù)電磁干擾的耦合途徑、性質(zhì)、方式、頻譜寬度、頻率范圍等進(jìn)行分類，如：電場干擾、磁場干擾和電磁場干擾；寬帶干擾和窄帶干擾，傳導(dǎo)干擾，輻射干擾等等。目前七頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

電磁騷擾（源）的性質(zhì)頻譜寬度—按照電磁騷擾能量的頻率分布特性，可以確定其頻譜寬度。連續(xù)波交流聲騷擾的頻譜寬度最窄，單價(jià)脈沖函數(shù)的頻譜諾寬度最寬。

波形幅度或電平出現(xiàn)率輻射騷擾的極化特性輻射騷擾的方向特性天線的有效面積—表征敏感設(shè)備接收騷擾場強(qiáng)能力的參數(shù)，等于傳送到匹配負(fù)載的平均功率密度與入射到天線上的電磁波平均功率密度之比。天線有效面積越大，敏感設(shè)備接收電磁騷擾的能力就越強(qiáng)。電磁兼容處理問題的原則是留有一定量的裕度目前八頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)電磁信息發(fā)射干擾其它電子設(shè)備被別有用心的人接收，獲取信息功能性發(fā)射干擾特例目前九頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

產(chǎn)生電磁干擾的條件

突然變化的電壓或電流，即dV/dt或dI/dt

很大頻譜寬度大，輻射強(qiáng)/傳導(dǎo)抑制（濾波等）困難。實(shí)際問題中，遇到電壓、電流的突然變化，需要考慮潛在的電磁干擾問題

輻射天線或傳導(dǎo)導(dǎo)體（載體）目前十頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

頻譜分析EMC分析更多是在頻域中進(jìn)行，且不考慮相位因素

所有的電場兼容標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)發(fā)射的限制范圍都是在譜域中規(guī)定的電磁兼容技術(shù)措施與頻率關(guān)系密切，例如濾波器的截止頻率電磁兼容分析側(cè)重于干擾在特定頻率上的能量分布，時(shí)間和相位等關(guān)注很少目前十一頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

頻域分析

時(shí)域波形頻譜分量付立葉級(jí)數(shù)(周期)付立葉變換(非周期)示波器觀察頻譜分析儀觀察目前十二頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)一個(gè)正弦波在5次諧波和7次諧波的影響下怎樣發(fā)生畸變。（相對(duì)于基波的24%和9%）。

7thharmonic5thharmonicfundamentalharmonicsdistortedwavefundamental基波和諧波引起的失真波形

目前十三頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)目前十四頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)譜密度頻率很低時(shí)頻率較低時(shí)高頻時(shí)簡化：不考慮相位，目前十五頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

脈沖信號(hào)的頻譜d諧波幅度（電壓）trV1/tr頻率（對(duì)數(shù)）兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)

一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)目前十六頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)信號(hào)的頻譜

脈沖波形有較寬的頻率帶寬頻率幅度在低頻段較高，在低頻段較低，下降的速度與脈沖邊沿與陡度有關(guān)，越陡，下降越慢電磁兼容的角度，希望頻譜帶要窄，因?yàn)?，高頻時(shí)串?dāng)_和輻射強(qiáng)，目前十七頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)目前十八頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)自然環(huán)境因素一般電磁環(huán)境構(gòu)成因素人為環(huán)境因素①雷電電磁輻射源。②靜電電磁輻射源。③太陽系和星際電磁輻射源。④地球和大氣層電磁場等。①各種電磁發(fā)射系統(tǒng)：電視、廣播發(fā)射臺(tái)，無線電臺(tái)、站，導(dǎo)航系統(tǒng)，通信系統(tǒng)，差轉(zhuǎn)臺(tái)，干擾臺(tái)，微波接力站等。②工頻電磁輻射系統(tǒng)：高電壓送、變電系統(tǒng)，大電流工頻設(shè)備，輕軌和干線電氣化鐵道等。③工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療、商業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的有電磁輻射的各種設(shè)備或系統(tǒng)。④以電火花點(diǎn)燃內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的交通工具和機(jī)器設(shè)備。⑤各種家用電器、現(xiàn)代化辦公設(shè)備、電動(dòng)工具等。⑥用于軍事目的的強(qiáng)電磁脈沖源：核電磁脈沖及非核電磁脈沖源如電磁脈沖武器、高功率微波彈和各種電子對(duì)抗輻射源等目前十九頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

地表面自然磁場的分布目前二十頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

地表面的自然電場地球表面如果沒有電磁場，也會(huì)影響各種生物的成長，既所謂的“電磁饑餓”。

地球和導(dǎo)體（電離層）組成球形電容器模型

其間有漂移的自由電荷（離子），離子（密度）隨著高度而變化（增加），

電場力線垂直于地球表面，并且使地表面帶負(fù)電

目前二十一頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

雷電放電

雷電放電的三個(gè)階段：先導(dǎo)階段，主放電階段，余解放電階段目前二十二頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)雷電日——在一年中，能聽到一聲（或以上）雷聲的總天數(shù)目前二十三頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)雷電流的特性雷電放電速度很快，雷電流的幅值很大，陡度很高，且其電流的大小與土壤電阻率、雷擊點(diǎn)的散流電阻有關(guān)。直雷電的危害直擊雷—雷直接擊在建筑物和設(shè)備上而發(fā)生的機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)。感應(yīng)雷——雷電流產(chǎn)生的電磁效應(yīng)和靜電效應(yīng)。高電位的引入——雷電流沿電氣線路和管道引入建筑物的內(nèi)部。目前二十四頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

非功能性干擾目前二十五頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)目前二十六頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)功能性干擾源目前二十七頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)寄生額率目前二十八頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

電磁騷擾的耦合途徑傳導(dǎo)耦合：在騷擾源與敏感設(shè)備之間存在有完整的電路連接，電磁騷擾通過連接電路從騷擾源傳輸電磁騷擾至敏感設(shè)備。輻射耦合：電磁騷擾通過其周圍的媒介以電磁波的形式向外傳播，騷擾電磁能且按電磁場的規(guī)律向周圍空間發(fā)射。傳導(dǎo)耦合(+)輻射耦合例如

傳輸線的輻射/輻射源的傳輸線響應(yīng)目前二十九頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)目前三十頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)目前三十一頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)目前三十二頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)目前三十三頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)目前三十四頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)目前三十五頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)目前三十六頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)目前三十七頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

電磁騷擾的耦合途徑分類電磁干擾耦合模型

C：電容耦合

L：電感耦合

Z：共阻抗耦合

NC：近場耦合

FR：遠(yuǎn)場輻射目前三十八頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)電磁輻射的基本理論

環(huán)天線元偶極天線元縫隙天線

電磁輻射電磁散射（二次源，敏感體）基本天線結(jié)構(gòu)

（等效為磁荷源）目前三十九頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)輻射系統(tǒng)的三個(gè)區(qū)域?qū)﹄娏鬏椛湎到y(tǒng)，有三個(gè)空間尺度考慮小區(qū)域內(nèi)輻射：按波長和距離，分成三個(gè)區(qū)域：，近區(qū)，，各點(diǎn)相位一致，電磁場結(jié)構(gòu)與靜電、靜磁場相同（似穩(wěn)場），感應(yīng)區(qū)，過渡區(qū)，遠(yuǎn)區(qū)，輻射區(qū)源到場點(diǎn)距離r電流系統(tǒng)尺度l空間電磁波波長

總電磁場＝源所激發(fā)的電磁場＋

電磁場相互激發(fā)的電磁場

靜態(tài)電磁場特點(diǎn)場量與r2

成反比

電磁波特點(diǎn)場量只能與r

成反比目前四十頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

電偶極子－電流元

電偶極子電磁場表達(dá)式電偶極電磁場表達(dá)式目前四十一頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)近區(qū)場/似穩(wěn)場近場區(qū)（無推遲效應(yīng)）場表達(dá)式坡印亭平均值電磁場相位差

與電偶極子的靜電場和恒定電流元的磁場的表達(dá)式相同。盡管電偶極源上的電流是時(shí)變的，時(shí)變電磁場之間相互激發(fā)的波動(dòng)效應(yīng)比起電荷和電流直接激發(fā)的靜態(tài)場要小得多。電場與磁場始終保持90度相位差，其Poynting平均值恒為零，電場能在另半周期等值地轉(zhuǎn)換為磁場能沒有能量向外部輸運(yùn)。目前四十二頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

電偶極輻射(遠(yuǎn)區(qū)）場

同相位，輻射場，TME波

波阻抗方向性－非均勻球面波輻射電場線圖目前四十三頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)磁偶極源場表達(dá)式磁偶極電流因?yàn)殡娏鏖]合，可用閉合電流的線圈線積分計(jì)算磁偶極源

場表達(dá)式目前四十四頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)磁偶極輻射（遠(yuǎn)區(qū)）場磁場線分布圖

同相位，輻射場，TME波

波阻抗方向性－非均勻球面波電偶極子磁偶極子對(duì)偶關(guān)系目前四十五頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)磁偶極源的近區(qū)場

“穩(wěn)態(tài)場”的結(jié)構(gòu)，

無能量輻射，無推遲效應(yīng)電場隨頻率增加而增加減小

目前四十六頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)波阻抗

一般定義遠(yuǎn)場近場同傳播方向上，相互垂直電場和磁場之比電偶極源磁偶極源目前四十七頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

遠(yuǎn)區(qū)場和近區(qū)場的波阻抗波阻抗電場為主E1/r3

H1/r2磁場為主H1/r3E1/r2遠(yuǎn)區(qū)E1/rH1/r（電偶極源）

（磁偶極源）到觀察點(diǎn)的距離D目前四十八頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

小型實(shí)際電路的輻射近區(qū)遠(yuǎn)區(qū)導(dǎo)出：由電偶極子電場的遠(yuǎn)區(qū)表達(dá)式近似推導(dǎo)出由電偶極子電場的近區(qū)表達(dá)式近似推導(dǎo)出由磁偶極子電場的近區(qū)表達(dá)式近似推導(dǎo)出目前四十九頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

輻射場隨頻率的變化曲線

l增加（回路面積大）時(shí)，場強(qiáng)增大阻抗?。娏鞔螅?，場強(qiáng)增大在遠(yuǎn)區(qū)，隨頻率增加，場強(qiáng)增大目前五十頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

偶極天線的演變和寄生天線輻射同偶極V單極天線+-V輻射高于單極-+-----+++++++傳輸線輻射很小--V機(jī)箱接地線PCBVG主板電纜子板筆記本PCB電纜沒接地散熱片

無意電壓（＝感應(yīng)電流＋阻抗）所致目前五十一頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)目前五十二頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

導(dǎo)體的天線效應(yīng)

疊加(求和/積分)可得到導(dǎo)線的輻射電磁場分布環(huán)（回）電路情況下，需設(shè)回電流（的相位）相同。目前五十三頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

接收天線對(duì)發(fā)射天線的功率響應(yīng)－接收（發(fā)射）天線的功率－接收（發(fā)射）天線在發(fā)射（接收）天線上的增益－兩天線間距離，－發(fā)射天線所對(duì)應(yīng)的波長目前五十四頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

差模電流和共模電流

同相位（方向），幅值相差很小共模電流的來源有三種（后述）

共模電流不是電路的工作電流外界因素在電纜上產(chǎn)生的共模電流本身并不會(huì)對(duì)電路生產(chǎn)竄擾影響。外界產(chǎn)生內(nèi)部產(chǎn)生相位（方向）相反，幅值相同差模電流是電路的工作電流

差模電流的來源有三種

外界因素在電纜上產(chǎn)生的差模電流對(duì)電路生產(chǎn)串?dāng)_影響。

輻射效應(yīng)？目前五十五頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

場對(duì)線的共模和差模的耦合推導(dǎo)：積分回路的面積（有效面積）增大，共模/差模的電壓增大外電磁波場在傳輸線（電纜）上同時(shí)產(chǎn)生共模和差模電壓共模積分回路的部分支路可以是由寄生電容組成

短線/似穩(wěn)場的假設(shè),長線/高頻情況如何？目前五十六頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

場對(duì)高頻傳輸線的耦合當(dāng)傳輸線長度降時(shí)，沿線的電流/電壓是變化的.必須采用分布參數(shù)電路或電磁場理論。當(dāng)電磁波照射到高頻傳軸線時(shí)，將引起沿線分布的許多無窮小的電壓源分析方法：1）取一小段dz，集中參數(shù)法求解電流與激勵(lì)電壓的關(guān)系2）激勵(lì)電壓即為外場，積分可得到線上電流與外電場的積分關(guān)系

典型結(jié)果見后目前五十七頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)平行端線電場在終端上的電流

高頻時(shí)，較明顯，更重要的是，高頻的感應(yīng)電流也是‘高頻’的因此，要采用高頻的抑制方法。高頻的電流具有輻射效應(yīng)。目前五十八頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)平行傳輸線電場在終端上的電流差別更明顯目前五十九頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)電容性耦合

(近電場相互作用)

頻率越高,耦合越明顯

在敏感電路(導(dǎo)體2)與地之間并聯(lián)了一個(gè)騷擾電流源(并聯(lián)一個(gè)電壓源).

目前六十頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

近地導(dǎo)線間的電容性耦合間距增大，耦合干擾變小，高度增大，耦合干擾偏小，但不明顯目前六十一頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)利用金屑板接地抑制干擾接地金屬屏蔽體接地金屑板切斷干擾途徑。如不接地則可能產(chǎn)生更嚴(yán)重的干擾。無論是靜電場或交變電場，屏蔽的必要條件是金屬體接地。目前六十二頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

電感性耦合(近磁場耦合)目前六十三頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

電容性與電感性耦合之間的差異

對(duì)于電容性合，在敏感電路(導(dǎo)體2)與地之間并聯(lián)了一個(gè)騷擾電流源(并聯(lián)一個(gè)電壓源).

對(duì)于電感性耦合，產(chǎn)生一個(gè)與敏感電路(導(dǎo)體2串聯(lián)的騷擾電壓(感應(yīng)電壓)

如何鑒別電容性和電感性耦合干擾？目前六十四頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)電容耦合與電感耦合的綜合考慮

電感耦合干擾電壓是串聯(lián)于受害電路上．面電容耦合干擾電壓是并聯(lián)于受害電路上.在靠近干擾源的近端和遠(yuǎn)端電容耦合的電流方向相同，而電感耦臺(tái)的電流方向相反。作業(yè)!目前六十五頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

電路性耦合電路1中的騷擾通過阻抗耦合到電路2中，形成干擾目前六十六頁\總數(shù)七十七頁\編于二十點(diǎn)

頻域分析

時(shí)域波形頻譜分量付立葉級(jí)數(shù)(周期)付立葉變換(非周期)示波器觀察頻譜分析儀觀察目前六十七頁\總數(shù)七十