計算機通信網(wǎng)

計算機通信網(wǎng)課件第一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五2－4－1傳導干擾的傳播

電導性耦合、電阻性耦合，電容性耦合，電感性耦合

一、電導性耦合

1、電導性耦合

電導性耦合是最常見的傳輸耦合方式，干擾通過連接兩元器件或設備（系統(tǒng)）之間的導線、電纜從干擾源直接傳輸至接收器。在低頻情況下，導線表現(xiàn)為單純電阻，在高頻情況下，還應該考慮導線的電感及雜散電容。

⑴圓截面導線的電阻和阻抗

一根均勻截面的導線的直流電阻為

式中導線長度l的單位為m，導線橫截面積S的單位為m2，導線電阻率ρ的單位為Ω·m。

第二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五

在高頻時，由于趨膚效應，電流向表面集中，趨膚深度δ可以表示為：

式中μ為導體的磁導率μ＝μ0μr，f為頻率，單位是Hz，σ為電導率，單位是S/m。表2－4－1中列出幾種常用導線材料的趨膚深度。

表2－4－1幾種常用材料的趨膚深度（mm）與頻率的關系

102Hz103Hz104Hz105Hz106Hz107Hz108Hz109HzCu6.72.10.670.210.0670.0210.00670.0021Al8.82.750.880.2750.0880.0280.00880.0028Fe1.10.350.110.0350.0110.00350.00110.0004第三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五

從表2-4-1可以看出，對于一般導體如直徑為0.8mm的導線，當頻率在100kHz以上時，趨膚效應就十分明顯了。在有趨膚效應的情況下，因為高頻電流只在截面上靠近表面的部分流動，所以導線的有效截面比實際截面小，可以寫為：，導線的高頻電阻RRF為

可以看出，導線的高頻電阻RRF比直流電阻RDC大。表2－4－2中列出了一根直徑為0.2mm，長度為l0cm的銅導線的高頻電阻。

第四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五表2－4－2直徑為0.2mm，長度為l0cm的銅導線的高頻電阻

高頻時，除了考慮高頻電阻外，導線的電感將起主要作用。對于一根長度為l，直徑為D的導線，當l/D＞＞l時，導線的電感為：

式中l(wèi)和D的單位為m。

RDC（mΩ）RRF（mΩ）＜106Hz107Hz108Hz109Hz55≈55137.5410.41370第五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五

導線的總阻抗為：

對于高頻情況，│ωL│＞＞RRF，因此高頻時導線的阻抗為：

第六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五一般情況下，對于高頻信號，│ωL│＞＞RRF＞＞RDC，因此導線的阻抗主要是電感的感抗。頻率越高，感抗越大，這對于信號的傳輸是很不利的。因此要求負載阻抗應和傳輸線的特性阻抗匹配，這樣信號沿傳輸線傳播沒有反射，直至終端為負載電阻所吸收。

第七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五二、電阻性耦合(共阻抗耦合）

１、通過公用電源內(nèi)阻的耦合

如圖2－4－1所示,放大器

1中的干擾信號通過電源,地線

構成回路，在電源內(nèi)阻ZC上產(chǎn)

生一電壓降ZCii，與電源產(chǎn)生

的干擾電壓Vi’(如交流聲等)疊

加，形成一干擾電壓Vi＝Zcii

＋Vi’

加在放大器2上。第八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五２、通過公共接地回路的耦合

如圖2－4－2，BG1的輸出電流在公共接地回路的等效電阻ZC上產(chǎn)生一電壓降i1ZC，作為干擾電壓加在BG2的輸入端（將被放大……）。

第九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五

由理論分析可以導出，接地平面上距離為l的兩點之間的阻抗為：

第十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五其中：RDC：接地平面上的直流表面電阻，

RRF：接地平面上的射頻表面電阻

K：射頻表面電阻與直流表面電阻的比值，

大于1的常數(shù)（趨膚效應），

σ：相對于銅的某金屬的電導率(σi/σCu),

μ：相對于銅的某金屬的磁導率(μi/μCu)。

接地平面上兩點間的阻抗，當l＞λ／8時，可以變得相當大。第十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五３、通過公用地線的耦合

如圖2－4－3，幾臺設備通過一根公用導線接地時，接地線上的電流比較大，在接地線上將產(chǎn)生一電壓降ZC（I1＋I2），各設備之間可能互相干擾。

第十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五

對于電阻性耦合，以上各種公共阻抗（例如電源內(nèi)阻、公共接地回路的阻抗、公用地線的電阻……）都很小，屬于分布阻抗（分布電阻…），在電路圖上都被忽略，但是在研究干擾時，成為干擾信號的耦合途徑。

三、電容性型耦合：

f較高時，干擾信號和可以通過導線間的分布電容從一個回路傳到另一個回路，稱為……。

第十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五例如：圖2－4－4（a），接地板上兩平行導線之間的電容耦合，C12是耦合電容，f越高，電容耦合越強。C1、C2分別是兩導線對地的電容，等效電路如圖2－4－4(b)、（c）、（d）所示。

第十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五2－4－4（b）等效電路

2－4－4（c）低頻

2－4－4（d）高頻第十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五頻率較高時，圖2－4－4（c），干擾電壓：

耦合系數(shù)：

一般情況下：

第十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五用分貝表示：

常見的傳輸線的耦合電容（表2－4－3，利用電軸法計算）。

例題：兩根無

限長平行導體圓柱

線，半徑均為a，

軸線間的距離為d

（d＞2a）,如圖所

示,求單位長度的

電容C0。

第十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五解：利用電軸法求解。等效電軸的位置如圖中所

示（），導體圓柱體外任一點的電位：

左邊導體上的A點：r2＝b－(h－a)，r1＝b＋(h－a)，左邊導體的電位為：

右邊導體上的B點：r2＝b＋(h－a)，r1＝b－(h－a)，右邊導體的電位為：

第十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五兩導體間的電位差

單位長度的電容：

第十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五三、電感性耦合，干擾信號通過導線間的分布電

感或線圈和變壓器的漏磁，從一個回路傳到

另一個回路。

第二十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五例如：如圖2－4－6，接地板上兩平行導線之間

的電感耦合，

第二十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五等效電路如圖2－4－7所示，

M是互感系數(shù)，干擾電壓：

M是單位長度的互感系數(shù)，利用復數(shù)計算：

第二十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五設回路1匹配，i1＝V1／RL1，

設回路2也匹配（R2＝RL2），

常見的導線及線圈間的互感：表2－4－4。

第二十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五表2－4－5兩根平行導線之間的互感M（μH）

l(cm)d（cm）0.512350.040.040.030.025100.100.090.070.065200.230.200.170.156300.370.300.280.258第二十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五2－4－2輻射干擾的傳播

主要介紹近距離內(nèi)輻射干擾的傳播。（不介紹遠距離的傳播，例如：通過電離層和對流層的散射，山峰的繞射……，這些在電波傳播課程中介紹）

一、輻射干擾的發(fā)射和接收

１、輻射干擾的發(fā)射（在2－2－3節(jié)中介紹了輻射干擾

源）

①天線輻射：廣播、電視、通信、雷達……，用天線

輻射。

②等效天線輻射：導線、傳輸電纜中通過高頻電流，

就有天線輻射效應。

③設備的電磁泄漏，例如ISM設備機殼的縫隙、孔徑。

第二十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五④放電輻射:電暈放電、火花放電、弧光放電、

輝光放電、靜電放電。

２、輻射干擾的接收

①天線接收

②

等效天線接收：各種導線、電纜、機殼都有

天線效應，可以接受輻射干擾信號。

③

接收能力與干擾信號的特性有關：

水平放置的天線，可以接收水平極化波干擾

信號，

垂直放置的天線，可以接收垂直極化波干擾

信號。第二十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五二、近區(qū)場的耦合（近區(qū)場：2－3－6，范圍：r

＜＜λ／2π

輻射源的近區(qū)是感應場，干擾信號的傳播沒有滯后效應（遠區(qū)場*……）,近區(qū)干擾場在被干擾設備的等效天線（導線、電纜、機殼）上產(chǎn)生感應電動勢。

三、遠區(qū)輻射場的傳播

輻射源的遠區(qū)是輻射場，干擾信號以電磁波的形式傳播，傳播的途徑有：地面波傳播、天波傳播、視距傳播、反射傳播和繞射傳播等。

第二十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五1、

自由空間電磁波的傳播和衰減（自由空間是

指無損耗的空間，如真空）

①

輻射功率密度S和場強E，

設一天線，輸入功率為PT，增益為GT，則在距天線r處最大輻射方向上的輻射功率密度：

第二十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五

由遠區(qū)

可以解出*：

②

自由空間中的傳播衰減

設一接收天線的有效接收面積為Ae，增益為GR，則：

第二十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五接收天線的輸出功率（由(2-4-16)、(2－4－21)）

定義自由空間中的傳播衰減為：

用dB可以表示為：

可以看出，自由空間內(nèi)的傳播衰減與f和r有關，r或f增大1倍，衰減6dB*。

第三十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五③損耗媒質(zhì)中的傳播衰減（例如空氣中），

由于空氣對電磁波的吸收或散射，電磁波在傳播過程中有損耗，設損耗為A，定義為：

是負值

其中：E是接收點的實際場強（測量），E0是該點

的自由空間場強（計算）。

A與輻射頻率、傳播距離、地面參數(shù)、氣候條件等因素有關。

∴損耗媒質(zhì)中的傳播衰減為：

第三十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五2、輻射干擾的傳播途徑

表2－4－6電磁波波段的劃分波段名稱頻率范圍（Hz）波長范圍（m）主要傳播方式長波100K～300K3000～1000地面波傳播中波300K～3M1000～100地面波、天波短波3M～30M100～10天波、地面波超短波30M～300M10～1視距傳播、天波微波300M～300G1～0.001視距傳播第三十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五①

地面波傳播：沿地表面?zhèn)鞑?/p>

地面波受地面參數(shù)(ε、σ、干濕程度等)的影響很大，f越高，地面對電磁波的吸收越強，所以地面波主要傳播較低頻率的電磁波（一般30K～30MHz），例如長波和中波。地面波主要是垂直極化波。

②

天波傳播

天線發(fā)射的電磁波，在高空被電離層反射后到達地面的接收點，稱為天波傳播。長波、中波、短波都可以利用天波傳播。天波傳播受電離層的厚度和高度的影響，并受到太陽、地球磁場的影響，還與時間有關＊。

第三十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五③

視距傳播

在超短波和微波段，由于頻率很高,電磁波沿地面?zhèn)鞑サ膿p耗很大，又不能被電離層反射,主要采用視距傳播方式。

視距傳播是指在發(fā)射天線和接收天線能互相“看得見”的距離內(nèi)，電波從發(fā)射天線直接傳播到接收點，也稱為直接波或空間波傳播。在接收點，除收到直射波外，還可以接收到地面反射波，如圖2－4－8所示。電視、調(diào)頻廣播、移動通信，微波接力通信都屬于視距傳播。

第三十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五④

透射傳播

干擾信號透過障礙物（如建筑物）的傳播。

例如：電磁波穿過墻壁的損耗與墻壁的結構(鋼筋混凝土

結構、磚木結構……）及干濕程度有關。測試表

明，高大建筑物（鋼筋混凝土結構）單層墻壁對電

磁波的衰減約為5～10dB，單棟建筑物的衰減約為

15～20dB。

⑤

繞射（衍射）傳播

干擾信號繞過傳播路徑上的障礙物的傳播方式（測量中，緊貼建筑物后信號很弱，遠離一些，信號又增強

……）。波長越長繞射能力越強，因此長波、中波、短波繞射能力比較強，超短波（電視、調(diào)頻廣播）、微波繞射能力比較弱，機殼上縫隙的泄漏也是繞射傳播。第三十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五

⑥

反射傳播

干擾信號可以通過地面、建筑物、大型廣告牌、車輛的金屬外殼的反射到達接收點。

四、輻射場與被干擾設備的耦合

1、輻射場通過天線的耦合干擾。

2、輻射場對導線（或回路）的耦合干擾。

很多電子設備用金屬殼屏蔽，干擾場可以通

過引出的電源線或電纜耦合進入設備造成干

擾。設有兩個設備A和B，通過兩根平行導線

連接，如圖2－4－9（a）所示，輻射場在導

線上可能產(chǎn)生兩種感應電壓：

第三十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第三十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五①

在導線與系統(tǒng)地構成的回路上產(chǎn)生感應電壓

UC，如圖2－4－9(b)所示，等效電路如圖2－

4－9(c)所示。第三十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五設輻射場為

若輻射場以電場為主(f較

高時),在回路上產(chǎn)生的感

應電壓：

第三十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五

h：導線距地面的高度，l：導線的長度。

若輻射場以磁場為主(f較低時)，在回路上產(chǎn)生的感應電壓：

第四十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五

UC在兩根導線中產(chǎn)生方向相同、大小和相位也相同的電流i1、i2，UC稱為共模電壓，這種場對回路的耦合稱為共模耦合。

②兩根導線和設備（輸出、輸入端）構成的回

路上產(chǎn)生的感應電壓UD，如圖2-4-10(a)所

示，等效電路如圖2-4-10(b)，計算方法與

上面相同。

第四十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五第四十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五若輻射場以電場為主：

若輻射場以磁場為主：

UD在兩根導線中產(chǎn)生方向相反、大小相等的電流I’1、i’2，UD稱為差模電壓，這種場對回路的耦合稱為差模耦合。

單位電場和單位磁場在回路中產(chǎn)生的干擾電壓與頻率的關系如圖2－4－11、2－4－12所示?？梢钥闯?，頻率較高時，感應電壓就比較大了。

第四十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五圖2－4－11單位電場在回路中產(chǎn)生的干擾電壓

與頻率的關系第四十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五圖2－4－12單位磁場在回路中產(chǎn)生的干擾電壓

與頻率的關系第四十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五①、f每增加10倍，V1/E0（V1／B0）增加20dB。

②、由(2-4-29)式、(2-4-31)～(2-4-33)式：

βl＝（2n－1）π，n＝1，2，……，出現(xiàn)

極大值()

βl＝2nπ，n＝1，2，……，出現(xiàn)極小值：

第四十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五３、輻射場對機殼的耦合干擾

①

輻射場可以通過設備機殼上的孔徑，縫隙的

衍射（繞射）進入設備內(nèi)產(chǎn)生干擾，波長越

長繞射能力越強。

②

機殼上沒有孔徑，縫隙，輻射場也可以通過

在機殼上產(chǎn)生的感應電流耦合到機殼內(nèi)，由

于趨膚效應，機殼的導體板越厚，耦合到機

殼內(nèi)的干擾場越弱。

2－4－3電磁干擾耦合模型

綜合2－4－1、2－4－2的內(nèi)容，可繪出電磁干擾的耦合模型，如圖2－4－13所示。

第四十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五C：電容耦合，

L：電感耦合，

Z：共阻抗耦合，

NC：近場耦合，

FR：遠場輻射。

第四十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五2－4－4電磁干擾的預測計算

建設一些電磁輻射的設備，都要求進行電磁輻射環(huán)境預測，

例如:電視發(fā)射塔①電視廣播信號的覆蓋范圍，

②周圍的電磁環(huán)境。

電磁干擾預測計算內(nèi)容很多，包括：地面波干擾場強的計算，天波干擾場強的計算（中波、短波），視距傳播干擾場強的計算，超短波干擾場強的計算和微波干擾場強的計算。只介紹一些基本的概念和一些常見的例子。

第四十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五一、一些基本參數(shù)：進行電磁干擾的預測計算，

首先需要了解電磁干擾源，被干擾設備和干擾場的一些基本參數(shù)。

1、電磁干擾源：干擾信號的頻率或頻譜、輻射功

率PT、發(fā)射天線的增益GT，輻射方向性（方向

圖、方向圖函數(shù)F（θ，φ））、天線高度……

2、被干擾設備：工作頻率、距干擾源的距離r，接

收天線的增益GR，接收天線的高度……

3、干擾場：輻射功率密度S（能流密度)，電場強

度E，磁場強度H(或B)，遠（近）區(qū)場特性，

地面條件，環(huán)境條件(周圍建筑物的分布)……

第五十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五二、地面波場強（例1）

長波和中波，通常采用地面波傳播，在距離輻射源r處地面波場強（峰值）的計算公式為*：

其中，PT：發(fā)射天線的輸入功率（KW），

GT：發(fā)射天線的增益，

r：距離（km），

A：衰減因子，

F（Δ，φ）：發(fā)射天線的方向圖函數(shù)。

第五十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五推導：

第五十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五1、地面波衰減因子

對于垂直極化波

對于水平極化波

其中,d：干擾源和被干擾設備之間的距離km，

ε’：大地的相對介電常數(shù)，

σ：大地的電導率，

λ：干擾信號的波長m。

第五十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五表2－4－7一些常用的地質(zhì)參數(shù)

地質(zhì)條件σ(S/m)ε’海水480淡水5×10-380濕地1×10-210干地1×10-34農(nóng)田1×10-215丘陵牧區(qū)5×10-313沿海沙地2×10-310城市居住區(qū)2×10-35城市工業(yè)區(qū)1×10-43山區(qū)1×10-35第五十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五2、方向圖函數(shù)

例如：對于單塔中波天線

其中：h是天線的高度，

Δ是仰角，如圖

2－4－14所示，

第五十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五對于常用的中波單塔天線，h＝λ／2（150KW）

h＝λ／4（10KW）

地面附近，Δ≈0，F(xiàn)（Δ）≈1。

例題：一中波廣播發(fā)射天線建在城市居民區(qū)，高度為

154m，輻射功率為100KW，增益為1.5dB，發(fā)射頻率

為972KHz的垂直極化波。求距發(fā)射天線500m，高度

為1.6m處的電場強度。

解：發(fā)射頻率為972KHz，波長為308.6m；由表2-4-7,對

于城市居民區(qū)，代入垂直極化波

公式可以求得：

第五十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期五再由（2