干扰信号的传播

1、24 干扰信号的传播 干扰信号，由干扰源发生，经过一定的传播途径到达接收机，造成干扰。 电导性耦合公共电源内阻耦合电阻性耦合 公共地阻抗耦合传导耦合公用地线耦合干扰信号电容性耦合电感性耦合导线对导线辐射耦合 天线对天线场对导线241 传导干扰的传播 电导性耦合、电阻性耦合，电容性耦合，电感性耦合一、电导性耦合1、 电导性耦合 电导性耦合是最常见的传输耦合方式，干扰通过连接两元器件或设备（系统）之间的导线、电缆从干扰源直接传输至接收器。在低频情况下，导线表现为单纯电阻，在高频情况下，还应该考虑导线的电感及杂散电容。 圆截面导线的电阻和阻抗 一根均匀截面的导线的直流电阻为 式中导线长度l的单位为m

2、，导线横截面积S的单位为m2，导线电阻率的单位为m。 241DClRS 在高频时，由于趋肤效应，电流向表面集中，趋肤深度可以表示为： 式中为导体的磁导率0r，f为频率，单位是Hz，为电导率，单位是S/m。表241中列出几种常用导线材料的趋肤深度。 表241 几种常用材料的趋肤深度（ mm ）与频率的关系 102Hz103Hz104Hz105Hz106Hz107Hz108Hz109HzCu6.72.10.670.210.0670.0210.00670.0021Al8.82.750.880.2750.0880.0280.00880.0028Fe1.10.350.110.0350.0110.0035

3、0.00110.00041 242f 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。 effSD 2434RFDCeffllDRRSD 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

4、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）106Hz107Hz108Hz109Hz5555137.5410.4137040.2 ln 244lLlHD 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。 22 245 246RFRFZRj LZRL 导线的总阻抗为：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

5、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：12/ 248 12/ 12/ /10 /20 2 /8,3 /8RFDCDCDCDCZRtglKRtglKRllKRlKRl 当 时,当 时,当时.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

6、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

7、，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（d），干扰电压：耦合系数：一般情况下： 122112212212221 2491()LLj C ZVCCVj C Zj C RjCCR 21221()LRjCC12122122122211, , 1LVVZZZZZj Cj CR(2-4-9)分子分母同除jw(C12+C2):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

8、）。 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 。 122 (/) 2410LCCj C Rm 1()20lg 2411VCC dBdBV 两导体间的电位差单位长度的电容： 1010()()lnln2()()() ln (4)()lRABAlbhabhaUbhabhabhabha100 (5)()ln()lBACbhaUbha00 , , (6)2lnhahbCha时上式表示导线距离半径P38 表2-12三、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

9、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： 12 24 12didVMldtdtV2=jwMi1l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。 22212222LLLLVj MlRVRiRRRR11111 2 24 142 ()20lg 24 15LLj MlVVRVj MlCCVRVdBCC dBdBV耦合系数也可用表示表245 两根平行导线之间的互感M（H） l(cm)d（cm）0.512350.040.040.030.025100.100.090.070.06520

10、0.230.200.170.156300.370.300.280.258242 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

11、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：范围：r 2 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。 自由空间内的传播衰减与频率f和距离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

12、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： 0()20lg 2424EA dBE420lg()()() 2425TRrLGdBGdBA dB自由空间内的传播衰减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

13、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

14、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

15、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。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或V1B0(单位电场或磁场引起的干扰电压,图中的纵坐标）增加20dB。、 V1/E

16、0或V1B0 出现极大值时的频率: 出现极小值时： maxmax150150(21) , 1, fnMHznfMHzllminmin300300 , 1, fnMHznfMHzll、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。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。 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。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