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文档简介

第三章电磁干扰的耦合与传播主要内容

3.1电磁干扰的传播途径

3.2传导干扰传输线路的性质

3.3传导耦合分析3.4辐射耦合分析大气干扰无线电广播无线通信电视雷达点火系统导航输电线电气化铁路工业、医疗设备开关系统家用电器办公设备非功能性功能性人为干扰源雷电干扰宇宙干扰热噪声自然干扰源电磁干扰源电磁干扰源的分类b、辐射耦合a、传导耦合3.1电磁干扰的传播途径电磁干扰的传播途径

b、辐射耦合a、传导耦合a2、电容性耦合a3、电感性耦合a1、电阻性耦合b1、近场感应耦合b2、远场辐射耦合b12、磁感应b11、电感应3.1电磁干扰的传播途径

通过导体传输的电磁干扰,主要通过传输线路的电流和电压起作用,传导干扰频谱可延伸到1GHz以上。在不同的频率下,传输线路呈现不同的特性,应采用不同的电路模型和分析方法。根据工作波长与线长的关系划分为:

低频传输线路模型高频传输线路模型

传导耦合

传输线路的等效电路模型3.2传导干扰传输线路的性质低频电路的等效模型——集总参数电路模型低频电路条件模拟电路:数字电路:

,——传输速度

——脉冲宽度

US—信号源电压ZS—信号源内阻Rl—导线阻抗ZL—负载阻抗Cl—导线寄生电容低频传输线路模型——

集总参数电路模型Rl/2ZSRl/2Rl/2ClZLUS~Rl/2信号源传输线路负载3.2传导干扰传输线路的性质:低频域传输线路R0—分布电阻L0—分布电感G0—分布电导C0—分布电容分布参数:高频电路(l~)的等效模型——分布参数电路模型3.2传导干扰传输线路的性质:分布参数电路模型G0dxxC0dxudxL0dxR0dxi高频电路(l~)的等效模型——分布参数电路模型3.2传导干扰传输线路的性质:分布参数电路模型令得到传播常数—特性阻抗—高频电路(l~)的等效模型——分布参数电路模型3.2传导干扰传输线路的性质:分布参数电路模型输入阻抗—稳态情况:同轴线Rr平行双线传输线rd地面上的单导线rh几种典型传输线的特性阻抗

平行双导线

同轴线

地平面上方的导线3.2传导干扰传输线路的性质:几种常用传输线Multiconductortransmission-lineequations3.2传导干扰传输线路的性质:多导体传输线

R:

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

per-unit-lengthconductancematrixC:per-unit-lengthcapacitancematrix。C.Paul,“AnalysisofmulticonductorTransmissionlines,”October2007,Wiley-IEEEPress线间电压和对地电压3.2传导干扰传输线路的性质:线间电压和对地电压

共模信号:一对导线上流过的电流幅度相差甚小,而相位相同

差模信号:一对导线上流过的电流幅度相等,而相位相反共模干扰和差模干扰3.2传导干扰传输线路的性质:共模干扰和差模干扰

共模干扰

差模干扰

电阻性耦合干扰产生至少存在两个相互耦合的电流回路,其电流全部或部分地在公共阻抗中流过。

3.3传导耦合分析:电阻性耦合电阻性耦合I1+I2

公共电源电路1USRSZlZl电路2公共线路阻抗I1I2

公共电源内阻及线路阻抗耦合I1+I2

电路1U1Zg公共地线阻抗I1I2

公共地线路阻抗耦合电路2U2A设备1共用接地阻抗产生的电磁干扰机壳Ig~UiRX机壳设备2BCDEFGHIJ连接电缆Ui

共用接地阻抗上的地电流形成一共模噪声电压Ui

,使回路ABCDEFGHA和回路ABCIJFGHA上流动着噪声电流,此噪声电流会在放大器或逻辑电路输入端产生一电位差,而差电位差即为电磁干扰的来源。电阻性干扰实例3.3传导耦合分析:电阻性耦合U01Z11ZkI1I2

~Z22U02~U01——回路1的电源U02——回路2的电源Z11——回路1的阻抗Z22——回路2的阻抗Zk——回路1与2的公共耦合阻抗电阻性干扰的等效电路3.3传导耦合分析:电阻性耦合目标:考察U02通过公共阻抗Zk在回路1中的阻抗Z11上产生的干扰U01Z11ZkI1I2

~Z22U02~3.3传导耦合分析:电阻性耦合网孔分析法计算步骤:在电路图上标明网孔电流及其参考方向。若全部网孔电流均选为顺时针(或逆时针)方向,则网孔方程的全部互电阻项均取负号;绕行方向由“-”极到“+”极的电压源取正号;反之取负号;用观察电路图的方法列出各网孔方程;求解网孔方程,得到各网孔电流;假设支路电流的参考方向。根据支路电流与网孔电流的线性组合关系来求得各支路电流;用VCR方程求得各支路电压。计算U02在回路1中的阻抗Z11上产生的干扰电压和电流方法一:网孔分析法U01Z11ZkI1I2

~Z22U02~3.3传导耦合分析:电阻性耦合网孔方程为:计算U02在回路1中的阻抗Z11上产生的干扰电压和电流方法一:网孔分析法U01Z11ZkI1I2

~Z22U02~3.3传导耦合分析:电阻性耦合通过Zk

的电流为:U02在耦合阻抗Zk产生的干扰电流为计算U02在公共阻抗Zk上产生的干扰电压和电流方法一:网孔分析法干扰电压为USkZ11ZkZ22U02~3.3传导耦合分析:电阻性耦合方法二:线性叠加法U02在耦合阻抗Zk产生的干扰电压降流经Zk的干扰电流计算U02在公共阻抗Zk上产生的干扰电压和电流USkU01Z11ZkI1I2

~Z22U02~通过Z11

的电流是有效电流和部分干扰电流的总和3.3传导耦合分析:电阻性耦合U02对回路1中阻抗Z11产生干扰电流计算U02在回路1中的阻抗Z11上产生的干扰电压和电流方法一:由性质区别Z11ZkUSkI2

Z223.3传导耦合分析:电阻性耦合公共阻抗Zk上的干扰电压USk在回路1中阻抗Z11上产生的干扰电流:计算U02在回路1中的阻抗Z11上产生的干扰电压和电流方法二:由干扰确定公共阻抗Zk上的电压USk的作为干扰源:U01Z11ZkI1I2

~Z22U02~讨论:两个回路一点接触,彼此不再互相干扰。流经回路1中Z11的干扰电流U01Z11I1I2

~Z22U02~(直接耦合)(1)(2)3.3传导耦合分析:电阻性耦合a、让两个电流回路或系统彼此无关。信号相互独立,避免电路的连接。b、限制耦合阻抗,越低越好。导线的电阻和电感越低越好。c、电路去耦。各个不同回路之间仅在惟一的一点作电连接,达到电流回路间电路去耦的目的。

强弱电隔离继电器变压器光电耦合d、电气隔离。实现一点接触3241

电阻性耦合干扰的抑制方法3.3传导耦合分析:电阻性耦合电容性耦合干扰电压:C12U1RC1GC2G~UN电容性耦合等效电路~R22C2GC1GC12U1UN电容性耦合模型3.3传导耦合分析:电容性耦合低阻情况高阻情况电容性耦合公式的简化3.3传导耦合分析:电容性耦合电容性耦合的频率特性3.3传导耦合分析:电容性耦合【解】【例】已知:U1=10V、f=10MHz、导线半径r=1mm、线间距

d=20mm、导线离地高度h=10mm、线长l=1m。(1)R=

50Ω;(2)R=1MΩ。分别求导线2上的干扰电压。耦合系数:,则:(1)-90dB;(2)-9.5dB。3.3传导耦合分析:电容性耦合

干扰源系统的电气参数应使电压变化幅度和变化率尽可能地小;

被干扰系统应尽可能地设计成低阻及高信噪比系统;

系统的结构应尽可能紧凑,且彼此空间上相互隔离。

两个系统的耦合部分的布置应使耦合电容尽量小;

例如:增大间距、减少导线长度、避免平行走线等。

采用平衡措施消除电容性干扰;

对干扰源和被干扰对象进行电气屏蔽。电容性耦合的抑制针对干扰源和被干扰对象针对减小耦合电容3.3传导耦合分析:电容性耦合C1S:导体1与屏蔽体之间的电容C12:导体1与导体2(未屏蔽部分)之间的电容C2G:导体2(未屏蔽部分)的对地电容C2S:导体2与屏蔽体之间的电容CSG:屏蔽体之间的对地电容屏蔽对电容性耦合的影响3.3传导耦合分析:电容性耦合结论:屏蔽体必须接地。故若屏蔽体接地,则则比较

导体2完全屏蔽简化3.3传导耦合分析:电容性耦合(未加屏蔽)导体2部分屏蔽,且导体2与地之间的电阻为无限大,屏蔽体接地3.3传导耦合分析:电容性耦合谁对?接地考虑屏蔽体已接地,即CSG=0,则结论:C12导取决于导线2延伸到屏蔽层外的长度,所以导体2上的干扰电压取决于外露部分的长度,越短越好!则导体2部分屏蔽,且导体2与地之间的电阻为无限大,屏蔽体接地3.3传导耦合分析:电容性耦合接地考虑屏蔽体已接地,即CSG=0,则假设:则3.3传导耦合分析:电容性耦合导体2部分屏蔽,且导体2与地之间的电阻为有限值,屏蔽体接地则:接地电感性干扰:由两电路间的磁场相互作用所引起与的。3.3传导耦合分析:电感性耦合当电流I在闭合电路中流动时,该电流就会产生与此电流成正比的磁通量Φ。I与Φ的比例常数称为电感Φ=LI当一个电路中的电流在另一个电路中产生磁通时,这两个电路之间就存在互感M12,其定义为3.3传导耦合分析:电感性耦合电感性耦合的干扰电压3.3传导耦合分析:电感性耦合

干扰源系统的电气参数应使电流变化幅度和变化率尽可能的小;

被干扰系统应尽可能的设计成低阻及高信噪比系统;

系统的结构应尽可能紧凑,且彼此空间上相互隔离。

两个系统的耦合部分的布置应使互感尽量小;

例如:增大间距、减少导线长度、避免平行走线等。

采用平衡措施消除电感性干扰;

对干扰源和被干扰对象进行磁屏蔽。电感性耦合的抑制针对干扰源和被干扰对象针对减小耦合电感3.3传导耦合分析:电感性耦合1)绞合2)避免平行布线3)增大间距d>>h~~dh~~~实际电路的串扰耦合12Z21Z22Z11U1L2UN2~L1I1M12UN1C123.3传导耦合分析:电感性耦合3.4辐射耦合分析:电基本振子的辐射思路:先求出电基本振子的矢量磁位A,再将其代入确定磁感应强度B,最后把磁感应强度B代入麦克斯韦第一方程求出电场强度E。3.4辐射耦合分析:电基本振子的辐射,因此确定矢势A确定磁场强度H3.4辐射耦合分析:电基本振子的辐射确定电场强度E3.4辐射耦合分析:电基本振子的辐射总结起来:3.4辐射耦合分析:磁基本振子的辐射3.4辐射耦合分析:磁基本振子的辐射矢势A的计算:3.4辐射耦合分析:磁基本振子的辐射矢势A的计算:3.4辐射耦合分析:磁基本振子的辐射3.4辐射耦合分析:磁基本振子的辐射3.4辐射耦合分析:磁基本振子的辐射3.4辐射耦合分析:近区场和远区场3.4辐射耦合分析:近区场和远区场远区场3.4辐射耦合分析:近区场和远区场电基本振子的远区场3.4辐射耦合分析:近区场和远区场电基本振子的远区场3.4辐射耦合分析:近区场和远区场电基本振子的远区场3.4辐射耦合分析:近区场和远区场电基本振子的远区场3.4辐射耦合分析:近区场和远区场电基本振子的远区场波阻抗电基本振子的远区场波阻抗:3.4辐射耦合分析:近区场和远区场磁基本振子的远区场3.4辐射耦合分析:近区场和远区场近区场3.4辐射耦合分析:近区场和远区场电基本振子的近区场3.4辐射耦合分析:近区场和远区场电基本振子的近区场3.4辐射耦合分析:近区场和远区

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