第3章电磁干扰途径.

第三章:电磁干扰的耦合与传播第三章电磁干扰的耦合与传播3.1电磁干扰的传播途径3.2传导干扰传输线路的性质3.3.2电容性耦合3.3.3电感性耦合3.4辐射耦合分析3.3传导耦合分析3.3.1电阻性耦合习题：3.3、3.4、3.5、3.7第三章:电磁干扰的耦合与传播b、辐射耦合a、传导耦合3.1电磁干扰的传播途径第三章:电磁干扰的耦合与传播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、电感应电磁干扰的传播途径第三章:电磁干扰的耦合与传播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。根据工作频率与线长的关系划分为：l•低频传输线路模型•高频传输线路模型3.2传导干扰传输线路的性质•传导耦合•传输线路的等效电路模型第三章:电磁干扰的耦合与传播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：l数字电路：，——传输速度——脉冲宽度lvtvt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Rl/2ZSRl/2Rl/2ClZLUS~Rl/2信号源传输线路负载低频传输线路模型——集总参数电路模型第三章:电磁干扰的耦合与传播R0—分布电阻L0—分布电感G0—分布电导C0—分布电容分布参数：特性参数：传播常数—特性阻抗—0000()()RjLGjCj0000cRjLZGjCG0dxxC0dxudxL0dxR0dxi高频电路（l～）的等效模型——分布参数电路模型第三章:电磁干扰的耦合与传播120ln276logcddZrr60ln138logcRRZrr2260ln138logchhZrr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•地平面上方的导线第三章:电磁干扰的耦合与传播3.3.1电阻性干扰•电阻性干扰：两个回路经公共阻抗而形成的干扰。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2U2电阻性干扰模型第三章:电磁干扰的耦合与传播U01Z11ZkI1I2~Z22U02~U02在耦合阻抗Zk产生的干扰电压降1111110202221111112211/()/()()kkkSkkkkkZZZZZZUUUZZZZZZZZZZ流经Z11的干扰电流U01——回路1的电源U02——回路2的电源Z11——回路1的阻抗Z21——回路2的阻抗Zk——回路1与2的公共耦合阻抗3.3.1电阻性耦合10211112211()SkkSkkUZIUZZZZZZ第三章:电磁干扰的耦合与传播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Zk的干扰电流U01Z11I1I2~Z21U02~（直接耦合）kZ(1)0kZ(2)0SkI11021121,SkZUUZZ0211121SUIZZ0221,SkUIZ10SI0,SkU1102112211()SkSkkkkUZIUZZZZZZ第三章:电磁干扰的耦合与传播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•电阻性干扰的抑制方法第三章:电磁干扰的耦合与传播3.3.2电容性耦合电容性耦合的干扰电压1211221()NGjCRUUjRCC干扰电压：CU1R22C1GC2G~UN电容性耦合等效电路~R22C2GC1GCU1UN电容性耦合模型第三章:电磁干扰的耦合与传播低阻（或低频）1221/[()]GCRC121NUjCRU1221/[()]GRCC121122()NGCUUCC高阻（或高频）耦合电压公式的简化1211221()NGjCRUUjRCC第三章:电磁干扰的耦合与传播NU112RUCUN121122()NGCUUCC1221()GRCC电容性耦合的频率特性第三章:电磁干扰的耦合与传播~R22C2GC1GCU1UN电容性耦合模型【例3-1】导线直径d＝2mm、线间距D＝20mm、导线离地高度h＝10mm、线长l＝1m。若在导线1上加干扰电压U1＝10V、频率f＝10MHz，求导线2上接负载R＝50Ω时所受到的干扰电压。第三章:电磁干扰的耦合与传播~R22C2GC1GCU1UN电容性耦合模型012π9.28pF/mln()Cdr022π18.56pF/mln(2)GChr72π2π10f12271221()12π10(9.2818.56)105.7210ΩCGXCC121500.292VCNRXUjRCUj61211221010V3CNGCCRXUUC若负载R＝1MΩ书38页【解】第三章:电磁干扰的耦合与传播•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第三章:电磁干扰的耦合与传播平衡措施24142313::CCCC平衡条件：1342实例：U1Z1Z2~屏蔽措施C132C23C24C14Z2143原理：Z1~第三章:电磁干扰的耦合与传播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2SRC2GUNCSGC2SUSC1GC12U1~C1S1U1RC2GUN~CSGC2SC12C1S12USC1GS屏蔽对电容性耦合的影响第三章:电磁干扰的耦合与传播结论：屏蔽体必须接地。111SNSSSGCUUUCC故若屏蔽体接地，则0NSUU1220,0,GNSCCUU则——屏蔽体为等位体。U1US~C1GC1S1CSGS121212UCCUGNC比较U1RUN~CSGC1S1USC1GC2S2S导体2完全屏蔽第三章:电磁干扰的耦合与传播考虑屏蔽体已接地，R为无穷大则1211222NGSCUUCCC结论：导体2上的干扰电压取决于外露部分的长度，越短越好！1220,0GCC则U1RUN~C2SC121C1G2C2GU1RC2GUN~C2SC12C1S12USC1GS导体2部分屏蔽第三章:电磁干扰的耦合与传播考虑屏蔽体已接地，且R为有限值，则12112221()NGSjCRUUjRCCC结论：导体2上的干扰电压取决于外露部分的长度，越短越好！1220,0GCC则导体2部分屏蔽第三章:电磁干扰的耦合与传播3.3.3电感性耦合•电感性耦合的干扰电压•抑制电感性耦合的措施•电容性耦合与电感性耦合的判定•屏蔽对电感性耦合的影响电感性干扰：低电压、大电流干扰源产生的磁耦合干扰。12Z21Z22Z11U1L2UN2~L1I1M12UN1第三章:电磁干扰的耦合与传播11111212221222112()0()UIZjLIjMIZZjLIjM11111121211121222()()UIZjLjMUIZjLZZjL忽略I2对I1的影响，则12Z21Z22Z11U1L2UN2~L1I1M12UN1I1L1~U1UN2Z21Z22L2M12Z1112I2UN11221111112122212221211121222()()()()NNjMZUUZjLZZjLjMZUUZjLZZjL电感性耦合的干扰电压第三章:电磁干扰的耦合与传播【例】两根导线，长度l1=l2=1m，半径r=0.5mm，相距d=30mm，距接地金属平面高度h1=h2=10mm。干扰源负载Z11=100，受干扰回路负载Z21=Z22=100，设干扰频率f=1MHz，干扰源电压U1=10V，求负载受到的干扰电压为多少？【解】70122ln7.410H2lhLLr22701222ln0.410H4lhdMd21221112111212221.1210V()()NNjMZUUUZjLZZjL62210f第三章:电磁干扰的耦合与传播•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第三章:电磁干扰的耦合与传播1）绞合2）避免平行布线3）增大间距dh~~dh~~~第三章:电磁干扰的耦合与传播双绞线对磁场干扰的抑制第三章:电磁干扰的耦合与传播•电容性耦合：•电感性耦合：I1L1~U1UN2Z21Z22L2M12Z1112I2UN1～Z21Z22UNZ21Z22INU1RC1GC2GUNC1221～•电容性耦合：减小一端的阻抗，则另一端干扰电压减小；•电感性耦合：减小一端的阻抗，则另一端的干扰电压增加。受干扰导体与地之间的并联干扰电流源受干扰导体与地之间的串联干扰电压源电容性耦合与电感性耦合的判定第三章:电磁干扰的耦合与传播实际电路的串扰耦合12Z21Z22Z11U1L2UN2~L1I1M12UN1CZ21Z22UN1CUN2CZ21Z22UN1LUN2LUN1＝UN1C＋UN1LUN2＝UN2C－UN2L第三章:电磁干扰的耦合与传播3.4辐射耦合分析•基本辐射干扰•辐射对电路的干扰•辐射干扰的抑制措施电磁辐射：电磁能量脱离场源在空间传播，且不再返回场源的现象辐射干扰：以电磁波形式传播的干扰天线辐射原理振子或辐射器~第三章:电磁干扰的耦合与传播基本辐射源a、电偶极子——电流元b、磁偶极子——小电流回路3.4.1基本辐射干扰1、电偶极子(Il)辐射22322322160cos[]e()()130sin[]e()()1sin[]e4()jkrrjkrjkrjEIlkθkrkrjjEIlkkrkrkrIlkjHkrkroxyzIlErEH第三章:电磁干扰的耦合与传播•场的电尺寸及场区划分a、近场区：kr1b、中场区:kr～1c、远场区（辐射区）kr1（1）近区场（感应场）感应场的特点：•电场～1/r3,磁场～1/r2；•电场～1/f,磁场与f无关；•电场与磁场存在π/2的相位差；•能量相互转换、振荡，不会向外传输。感应场又称为似稳场。22322322160cos[]e()()130sin[]e()()1sin[]e4()jkrrjkrjkrjEIlkθkrkrjjEIlkkrkrkrIlkjHkrkr33260cos30sinsin4rIlEjθkrIlEjkrIlHr第三章:电磁干扰的耦合与传播（2）远区场（辐射场）30sinsin4jkrjkrkIlEjerkIlHjer2232232216