第3章 电磁干扰的耦合与传播

第3章电磁干扰三要素第3章电磁干扰的耦合与传播一、电磁干扰的传播途径传导耦合（通过导体）敏感设备干扰源辐射耦合（空间电磁波）电磁干扰的基本传播途径是传导耦合和辐射耦合一、电磁干扰的传播途径配电干线干扰源敏感设备电源设备直接辐射干扰传导干扰电路辐射二、传导干扰传输线路的性质1、低频域传输线路传输线路的几何尺寸长度数字电路中，例：电力线、电话线路、直流线路其中(近似为光速的60%)二、传导干扰传输线路的性质2、低频域的集中参数电路RL60VR总例：电话线二、传导干扰传输线路的性质3、高频时的分布参数电路当线路的几何长度大致与波长可以比拟时，应看作分布参数随f升高，集中参数----分布参数二、传导干扰传输线路的性质3、高频时的分布参数电路例：电话线传ADSL信号二、传导干扰传输线路的性质3、高频时的分布参数电路例：数字电路中用等长线或电缆作延时二、传导干扰传输线路的性质4、线间电压和对地电压把线路电压分为两个分量，也把干扰分为两个分量共模电流：一对导线上流过的电流幅度相差甚小，相位相同。共模电流产生共模干扰。共模干扰和差模干扰（异模）差模电流：一对导线上流过的电流幅度相等，相位相反。差模电流产生差模干扰。二、传导干扰传输线路的性质4、线间电压和对地电压

传输线多为平行往复双线的成对形式。

双线构成线间回路；双线与地构成对地回路。二、传导干扰传输线路的性质4、线间电压和对地电压例题：共模干扰和差模干扰的计算8mA2mA共模干扰电流：(8+2)/2=5mA差模干扰电流：(8-2)/2=3mA553-3二、传导干扰传输线路的性质4、线间电压和对地电压干扰发生时：对地电压由UL=U1变为UL=U1+Uc（Uc是共模干扰电压，差模干扰不影响对地电压）线间电压由UM=U2变为UM=U2+Ud（Ud是差模干扰电压，共模干扰不影响线间电压）二、传导干扰传输线路的性质4、线间电压和对地电压例：手摸高压线，但脚离地例：相电压：220V雷击产生浪涌，+150V（共模干扰电压）线电压：380V三相的相电压同时抬高150V，线电压不变三、传导耦合分析1、电阻性耦合

电阻性耦合干扰的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。例：公共电源耦合电路R1R2R0U0电源每个电路的电流通过该公共阻抗产生的电压降都将会对另一个电路施加影响。三、传导耦合分析1、电阻性耦合

电阻性耦合干扰的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。例：共发射极放大电路R1R2R3VCCI1I2三、传导耦合分析1、电阻性耦合如何抑制电阻性耦合干扰？

避免电路连接（例：采用双电源）R1R2R0U0电源R3U1电源2三、传导耦合分析1、电阻性耦合如何抑制电阻性耦合干扰？

避免电路连接

限制耦合阻抗（例：减小接地电阻）（例：音频功放50Hz）R1R2R3VCCI1I2I2=(U+R3I1)/(Rbe+R3)I2=U/Rbe其中U是输入电压，R是发射极电阻三、传导耦合分析1、电阻性耦合如何抑制电阻性耦合干扰？

避免电路连接

限制耦合阻抗

电路去耦（例：多级放大器去耦合）R4R5R6VCCI1R1R2R3I2C1C2C3三、传导耦合分析1、电阻性耦合如何抑制电阻性耦合干扰？

避免电路连接

限制耦合阻抗

电路去耦R4R5R6VCCI1R1R2R3I2

电位隔离（例：光电耦合）VCC1例：电气—机械继电器三、传导耦合分析2、电容性耦合

电容性耦合又称为电场耦合，在干扰源与干扰对象之间存在着耦合的分布电容，干扰量是电场，即有变化的电压du/dt双线、平行走线都形成分布电容例：用导线（几厘米）可以制作0.5~20PF的电容三、传导耦合分析2、电容性耦合平行双导线间的电容性耦合RC12U1C1GC2GUNRC12U1C1GC2GUN等效电路三、传导耦合分析2、电容性耦合平行双导线间的电容性耦合RC12U1C1GC2GUN导线1对导线2产生的干扰电压为：大多数情况：简化为：三、传导耦合分析2、电容性耦合平行双导线间的电容性耦合RC12U1C1GC2GUN大多数情况：简化为：

该公式清楚的描述了两导体之间的电容性耦合产生的干扰电压，直接正比于干扰源频率，导线间的分布电容，导线2与地之间的电阻，以及干扰源的电压。三、传导耦合分析2、电容性耦合平行双导线间的电容性耦合RC12U1C2GUN若导线2对地电阻R很大则简化为：三、传导耦合分析2、电容性耦合几种常用传输线的单位长度电容计算公式P39表3-1平行双导线半径不相等的平行双导线平行地面的直导线同轴线三、传导耦合分析例题：两平行导线之间的电容耦合如图所示。图中两导线间的杂散电容各导线对地的杂散电容，导线1上有频率、的电压。试分别计算：（1）；（2）；时的干扰电压。

解：（3）工程应用中：每米长度带来的电容量三、传导耦合分析2、电容性耦合电容性耦合干扰抑制（减小电容性耦合的措施）

两个系统的耦合部分的布置应使耦合电容尽量减小。（如避免平行走线，拉开线间距离）；三、传导耦合分析2、电容性耦合电容性耦合干扰抑制（减小电容性耦合的措施）

两个系统的耦合部分的布置应使耦合电容尽量减小。

采用平衡措施来消除电容性干扰。（对称电路）C2C1C=C1-C2三、传导耦合分析2、电容性耦合电容性耦合干扰抑制（减小电容性耦合的措施）

两个系统的耦合部分的布置应使耦合电容尽量减小

可对干扰源和干扰对象进行电气屏蔽（在屏蔽与接地讲）

采用平衡措施来消除电容性干扰

减小信号变化的频率三、传导耦合分析3、电感性耦合

电感性耦合也称为磁耦合，是由两电路之间的磁场相互作用引起的。干扰源和干扰对象以电流回路形式存在，且磁通相交连。(3-27)（3-27）式可以看出，要减小电感性耦合干扰电压，必须减小干扰场的磁感应强度B、敏感电路所包围的面积S以及值。其中，B是磁感应强度，S是闭合回路所包围的面积，θ矢量B与S之间的夹角。三、传导耦合分析3、电感性耦合

电感性耦合也称为磁耦合，是由两电路之间的磁场相互作用引起的。干扰源和干扰对象以电流回路形式存在，且磁通相交连。例：音频耳机三、传导耦合分析3、电感性耦合可以减小电感性耦合的措施：（1）导线绞合例：计算机网络线每两根绞合在一起，分开后很差。三、传导耦合分析3、电感性耦合可以减小电感性耦合的措施：（1）导线绞合（2）减小导线环所围面积，增大两个回路的距离，减小互感。注意：前面所研究的线间耦合是低频情况下的耦合，即l<<λ时，当频率很高时，不能用集总参数来处理分布参数阻抗。区别电容性耦合和电感性耦合也就失去意义。例：发射机电缆不规范处理四、辐射耦合分析1、电基本振子的辐射辐射干扰源多数以电偶极子形式出现（1）电磁场分布四、辐射耦合分析1、电基本振子的辐射（2）场区划分（近区场、中区场、远区场）近区场(r<<λ/2π)四、辐射耦合分析1、电基本振子的辐射（2）场区划分（近区场、中区场、远区场）远区场(r>>λ/2π)本征阻抗：自由空间中：四、辐射耦合分析2、磁基本振子的辐射直径远小于波长的载流圆环所产生的场，与短磁偶极子（磁流元）的场等效。另一种天线其辐射特性与磁偶极子的辐射特性十分相似。（无穷大金属平面上的窄隙）四、辐射耦合分析3、辐射耦合方式（1）天线与天线间的辐射耦合（2）电磁场对导线的感应耦合（3）电磁场对电路的耦合（4）电磁场对孔缝的耦合四、辐射耦合分析4、减小辐射耦合干扰的措施辐射屏蔽敏感设备干扰源辐射耦合（空间电磁波）四、辐射耦合分析4、减小辐射耦合干扰的措施辐射屏蔽极化隔离四、辐射耦合分析4、减小辐射耦合干扰的措施辐射屏蔽极化隔离四、辐射耦合分析4、减小辐射耦合干扰的措施辐射屏蔽距离隔离（近场1/r2，1/r3成正比，远场1/r成正比）例：天线电缆干扰电源极化隔离四、辐射耦合分析4、减小辐射耦合干扰的措施辐射屏蔽距离隔离（近场1/r2，1/r3成正比，远场1/r成正比）极化隔离四、辐射耦合分析4、减小辐射耦合干扰的措施辐射屏蔽距离隔离极化隔离方向性隔离（例：差转台、寻呼、手机基站的收发天线布局）四、辐射耦合分析4、减小辐射耦合干扰的措施辐射屏蔽距离隔离极化隔离方向性隔离（例：差转台、寻呼、手机基站的收发天线布局）四、辐射耦合分析4、减小辐射耦合干扰的措施辐射屏蔽距离隔离极化隔离方向性隔离应用吸收涂层法（例：背腔天线）四、辐射耦合分析4、减小辐射耦合干扰的措施辐射屏蔽距离隔离极化隔离方向性隔离应用吸收涂层法（例：电路板加吸波材料）习题1、（习题3.4）设导线1与导线2间的杂散电容为50pF，各导线对地的杂散电容为150pF；导线1上有100kHz、10V的交流信号电压，如果R=∞，1000Ω，50Ω，试分别计算此时导线2上的差模干扰电压。2、两平行走线的导线，导线1上干扰电流为22mA，导线2上的干扰电流为-8mA，试求各导线上的共模和差模干扰电流。习题评讲1、（习题3.4）设导线1与导线2间的杂散电容为5