电磁兼容原理与技术（第4版）课件 第3、4章 电磁干扰的耦合与传播、接地与搭接技术

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。习题评讲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。22mA-8mA共模干扰电流：[(22+(-8)]/2=7mA差模干扰电流：[22-(-8)]/2=15mA7715-15抑制电磁干扰的三大技术接地屏蔽滤波第4章既相互独立，也相互联系！第4章接地与搭接技术一、接地的概念接地的定义：接地就是指在系统的某个选定点与某个基准面之间建立低阻的导电通路。接地包含两种含义：接大地（以地球的电位为基准，以大地为零电位），为电路或系统与“地”之间建立低阻抗通路。由防雷接地引申而来。系统基准地（一般选金属底座、机壳等）是为电路或系统提供一个零电位参考点。一、接地的概念系统基准地（一般选金属底座、机壳等）是为电路或系统提供一个零电位参考点。例：示波器接地线断一、接地的概念系统基准地（一般选金属底座、机壳等）是为电路或系统提供一个零电位参考点。例：FPGA控制相控阵天线至天线数字移相器A1A2A3A4A5A6FPGA开发板电源-5V5V0V缺少基准地！一、接地的概念接大地（以地球的电位为基准，以大地为零电位），为电路或系统与“地”之间建立低阻抗通路。由防雷接地引申而来。一、接地的概念接大地。一、接地的概念接大地（以地球的电位为基准，以大地为零电位），为电路或系统与“地”之间建立低阻抗通路。由防雷接地引申而来。接大地的几点考虑①抑制外界场干扰，提高系统稳定性②使系统屏蔽接地，取得良好的屏蔽效果③泄放静电感应电荷④防雷击或漏电，为操作人员提供安全保障安全接地二、安全接地安全接地就是为了电路、设备及人员的安全。为了安全的接地，也称为保护接地；例：机壳带电；漏电保护开关30mA断电。双线触电单线触电二、安全接地安全接地就是为了电路、设备及人员的安全。例：机壳带电；漏电保护开关30mA断电。二、安全接地安全接地就是为了电路、设备及人员的安全。电源插座安全：例：私自接地零线，利用交流电与大地的电压差。二、安全接地安全接地就是为了电路、设备及人员的安全。U1Z1Z2U2机箱

人体接触漏电的机箱，相当于连了一个电阻到地，接地相当于再并联一个电阻。三、信号接地1、单点接地——适用于低频的接地方式

信号接地的方式分为单点接地、多点接地、混合接地和悬浮接地（简称浮地）电路1电路2电路3电路1电路2电路3GABCGABC（1）串联单点接地（2）并联单点接地三、信号接地1、单点接地电路1电路2电路3GABC（1）串联单点接地R1R2R3I1I2I3多级电路的接地点应选在靠近低电平级电路的输入端。UA=R1(I1+I2+I3)UB=R1(I1+I2+I3)+R2(I2+I3)UC=R1(I1+I2+I3)+R2(I2+I3)+R3I3例：三级放大电路三、信号接地1、单点接地（1）串联单点接地例：实验室接地

串联单点接地简单，省工省料，但易引起公共地阻抗干扰。静电接地机壳带电安全仪器感应电压差三、信号接地1、单点接地电路1电路2电路3GABC（2）并联单点接地R3R2R1I3I2I1UA=R1I1UB=R2I2UC=R3I3从性能上讲:并联单点接地接地是低频电路最佳的接地方法。缺点:费材料三、信号接地1、单点接地模拟电路1（3）串联单点与并联单点混合接地模拟电路1模拟电路2模拟电路3数字电路1数字电路2机械电路1机械电路2三、信号接地2、多点接地当地线的长度接近四分之一波长时，地线变成了辐射天线。在高频下应该使用多点接地，例：高频电路板的孔金属化接地毫欧表检测沉铜工艺质量放大器自激现象三、信号接地2、多点接地电路1电路2电路3ABCR1R2R3I1I2I3L1L2L3R和L因为距离短而变得可以忽略经验法则：P50第2行三、信号接地3、浮地电路1电路2电路3电源线系统地线大地目的：减小地电流引起的干扰用于低频小型电子设备。浮地对地电阻大，对地分布电容小，由外部共模干扰引起的流过电路的干扰电流很小。三、信号接地4、混合接地高频盒低频电路公共地按各部分不同的性质接地，最后接到公共地三、信号接地5、转换接地电路1电路2适用于低频和高频，采用一点与两点转换接地方式低频一点接地高频两点接地例：超宽带电路例：搭载两类信号的线路四、地线回路的干扰及抑制技术1、地线回路中的电磁干扰①理想地线应该是一个零电位、零阻抗的物理实体。但实际地线有电阻或电抗分量存在，会产生电压降。②地线与其它线（信号线、电源线）形成回路，当时变电磁场耦合到回路中时，在回路中产生感应电动势，形成干扰。为了说明地回路干扰的大小，定义地回路耦合系数为：UG地回路中的共模干扰电压四、地线回路的干扰及抑制技术2、两点接地时的噪声电压RLRC1RSUSRC2UGRGRLRC1RSUSRC2UGRGUNP54例题四、地线回路的干扰及抑制技术3、抑制地回路耦合电磁干扰的技术（1）在信号电路中使用隔离变压器

隔离变压器是通过阻隔地回路的形式来抑制地回路干扰。例：彩电维修、实验室用1：1隔离变压器等

必须指出，采用隔离变压器不能传输直流信号，也不适用于传输低频信号；对地线中较低频率的干扰具有较好的抑制能力。四、地线回路的干扰及抑制技术3、抑制地回路耦合电磁干扰的技术（2）在信号电路中使用纵向扼流圈（也称为中和变压器）

当传输信号中有直流分量或很低的频率分量时，不能使用隔离变压器。

纵向扼流圈用双线并绕而成。信号的电流是相反的，（异模）产生磁场相互抵消，呈现低阻抗；共模干扰的电流是相同的，产生的磁场叠加，呈现高阻抗。四、地线回路的干扰及抑制技术3、抑制地回路耦合电磁干扰的技术（2）在信号电路中使用纵向扼流圈（也称为中和变压器）四、地线回路的干扰及抑制技术3、抑制地回路耦合电磁干扰的技术（3）在信号传输线上使用磁环

无论采用同轴电缆，还是平行双线，若套上铁氧体磁环，就能有效地抑制地线回路干扰。四、地线回路的干扰及抑制技术3、抑制地回路耦合电磁干扰的技术（4）在数据线路中使用光电耦合器和光纤电路1电路2

具有无感应和高度隔离的优点，能从本质上消除电磁干扰。四、地线回路的干扰及抑制技术3、抑制地回路耦合电磁干扰的技术（5）使用差分放大器KU0U1U2U0=K(U1-U2)U0=K[(U1+Ug)-(U2+Ug)]=K(U1-U2)Ug五、电缆屏蔽体的接地1、低频电缆屏蔽体接地点的选择（1）信号源不接地，放大器接地UG2UG1ABC1SC12C2SCD12US五、电缆屏蔽体的接地1、低频电缆屏蔽体接地点的选择（1）信号源不接地，放大器接地UG2UG1ABC1SC12C2SCD12A最差的接地方式

屏蔽体的噪声电流全部引入放大器输入端。US五、电缆屏蔽体的接地1、低频电缆屏蔽体接地点的选择（1）信号源不接地，放大器接地UG2UG1ABC1SC12C2SCD12B等效电路不是最佳的接地方式。USUNUG1C1SC12C2S1B2UG2五、电缆屏蔽体的接地1、低频电缆屏蔽体接地点的选择（1）信号源不接地，放大器接地UG2UG1ABC1SC12C2SCD12C等效电路最佳的接地方式？USUG1C12C2S1C2UG2C1SUN五、电缆屏蔽体的接地1、低频电缆屏蔽体接地点的选择（1）信号源不接地，放大器接地UG2UG1ABC1SC12C2SCD12D等效电路不是最佳的接地方式？US所以，C是最佳的接地方式!UG1C12C2S1D2UG2C1SUN五、电缆屏蔽体的接地1、低频电缆屏蔽体接地点的选择（2）放大器不接地，信号源接地UG2UG1ABC1SC12C2SCD12US五、电缆屏蔽体的接地1、低频电缆屏蔽体接地点的选择（2）放大器不接地，信号源接地UG2UG1ABC1SC12C2SCD12USA为最佳的接地方式！五、电缆屏蔽体的接地2、高频电缆屏蔽体的接地杂散电容每隔0.1λ接地一次

由于杂散电容的影响，难以实现单点接地。

杂散电容形成接地环路，采用多点接地可以解决杂散电容问题。六、屏蔽盒的接地1、单层屏蔽盒的接地123ZinU3C3SC1SC2SUNZinU3C1SC3SC2S1S32一般2、S之间电压：六、屏蔽盒的接地1、单层屏蔽盒的接地123ZinU3C3SC1SC2SUNZinU3C1SC3SC2S1S32不能消除输出端对输入端的反馈六、屏蔽盒的接地1、单层屏蔽盒的接地123ZinU3C3SC1SC2SUNZinU3C1SC3SC2S1S32也不能消除反馈六、屏蔽盒的接地1、单层屏蔽盒的接地123ZinU3C3SC1SC2SUNZinU3C1SC3SC2S1S32反馈完全消除共同端与屏蔽体连接的接地方式，是最佳接地方式。六、屏蔽盒的接地2、双层屏蔽盒的接地使高频地电流环路最短错误接法正确接法七、搭接1、搭接的目的和分类目的：在于为电流的流动提供一个均匀的结构面和低阻抗通路，以免形成电位差。

是指两个金属物体之间通过机械、化学或物理方法实现结构连接，以建立一条稳定的低阻抗电气通路的工艺过程。直接搭接：无中间过度导体间接搭接：中间过度导体（多数采用）七、搭接2、搭