電磁干擾源及耦合分析演示文稿

電磁干擾源及耦合分析演示文稿目前一頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點優(yōu)選電磁干擾源及耦合分析ppt目前二頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點2.1電磁干擾源及其特性分析大氣干擾無線電廣播無線通信電視雷達(dá)點火系統(tǒng)導(dǎo)航輸電線電氣化鐵路工業(yè)、醫(yī)療設(shè)備開關(guān)系統(tǒng)家用電器辦公設(shè)備非功能性功能性人為干擾源雷電干擾宇宙干擾熱噪聲自然干擾源電磁干擾源電磁干擾源的分類目前三頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點常見干擾源的頻譜范圍源頻譜源頻譜

雷電放電

幾赫茲～幾百兆赫茲電視

30MHz～3GHz移動通信30MHz～3GHz

微波爐300MHz～3GHz電動機10KHz～400KHz熒光燈0.1MHz～3MHz海上導(dǎo)航10KHz～10GHz廣播150KHz～100MHz電暈放電0.1MHz～10MHz無線電定位1GHz～100GHz直流電源開關(guān)電路100KHz～30MHz空間導(dǎo)航衛(wèi)星1GHz～300GHz電源開關(guān)設(shè)備100KHz～300MHz工、科、醫(yī)用高頻設(shè)備30MHz～300MHz目前四頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點

頻譜寬度

幅度

波形

出現(xiàn)率

方向性

極化特性電磁干擾源的特性分析

目前五頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點電磁干擾能量的頻率分布特性頻譜寬度

窄帶干擾:是指主要能量頻譜落在測量接收機的通帶之內(nèi)。頻譜沒有覆蓋2個以上的10倍頻程,帶寬一般只有幾十赫茲，最寬只有幾十萬赫茲。

寬帶干擾:是指能量頻譜相當(dāng)寬，頻譜覆蓋2個以上的10倍頻程,帶寬為幾十兆赫茲至幾百兆赫茲，甚至更寬。根據(jù)干擾的頻譜寬度，可分為：如調(diào)幅（AM）、調(diào)頻（FM）、基本電源輸出及諧波等。一般由上升時間和下降時間很短的窄脈沖形成目前六頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點脈沖頻譜包絡(luò)脈沖幅度脈沖周期脈沖寬度時間頻率雷達(dá)脈沖及頻譜（a）時域表示（b）頻域表示載波頻率目前七頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點各頻段內(nèi)的干擾功率（或場強）隨時間的分布

確定分布：如基波、諧波

隨機分布：如沖擊噪聲、熱噪聲幅度或電平目前八頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點決定電磁干擾頻譜寬度的一個重要因素波形目前九頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點電磁干擾隨時間出現(xiàn)的規(guī)律

周期性：在指定時間內(nèi)按一定的周期重復(fù)出現(xiàn)非周期性：出現(xiàn)時間是確定的、可預(yù)測的，但不具有周期性隨機性：表現(xiàn)特性沒有規(guī)律，不能預(yù)測

出現(xiàn)率目前十頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點取決于天線的極化方式。水平極化、垂直極化、圓極化等取決于天線的方向圖。

主瓣寬度、副瓣電平、前后比、增益等1.0半功率點主瓣軸0.50.5頻率頻率副瓣典型的功率方向圖方向性極化特性目前十一頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點b、輻射耦合a、傳導(dǎo)耦合2.2電磁干擾的傳播及其特性分析

電磁干擾的傳播途徑

目前十二頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點b、輻射耦合a、傳導(dǎo)耦合a2、電容性耦合a3、電感性耦合a1、電阻性耦合b1、近場感應(yīng)耦合b2、遠(yuǎn)場輻射耦合b12、磁感應(yīng)b11、電感應(yīng)電磁干擾的傳播途徑

目前十三頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點

通過導(dǎo)體傳輸?shù)碾姶鸥蓴_，主要通過傳輸線路的電流和電壓起作用，傳導(dǎo)干擾頻譜可延伸到1GHz以上。在不同的頻率下，傳輸線路呈現(xiàn)不同的特性，應(yīng)采用不同的電路模型和分析方法。根據(jù)工作頻率與線長的關(guān)系劃分為：

低頻傳輸線路模型高頻傳輸線路模型傳導(dǎo)耦合的傳輸線路性質(zhì)

傳導(dǎo)耦合

傳輸線路的等效電路模型目前十四頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點低頻電路的等效模型——集總參數(shù)電路模型低頻電路條件模擬電路：數(shù)字電路：

，——傳輸速度

——

脈沖寬度

US—信號源電壓ZS—信號源內(nèi)阻Rl—導(dǎo)線阻抗ZL—負(fù)載阻抗Cl—導(dǎo)線寄生電容Rl/2ZSRl/2Rl/2ClZLUS~Rl/2信號源傳輸線路負(fù)載低頻傳輸線路模型——

集總參數(shù)電路模型目前十五頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點R0—分布電阻L0—分布電感G0—分布電導(dǎo)C0—分布電容分布參數(shù)：特性參數(shù)：傳播常數(shù)—特性阻抗—G0dxxC0dxudxL0dxR0dxi高頻電路（l～）的等效模型——分布參數(shù)電路模型目前十六頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點

同軸線

平行線分布電容C分布電感L

分布電導(dǎo)G分布電阻R傳輸線形式分布參數(shù)同軸線：D－外導(dǎo)體直徑，d－內(nèi)導(dǎo)體直徑平行線：D－兩導(dǎo)體間距，d－導(dǎo)體直徑兩種典型傳輸線的分布參數(shù)目前十七頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點同軸線Rr平行雙線傳輸線rd地面上的單導(dǎo)線rh幾種典型傳輸線的特性阻抗

平行雙導(dǎo)線

同軸線

地平面上方的導(dǎo)線目前十八頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點

共模干擾（common-modeinterference）兩導(dǎo)線上的干擾電流振幅相差很小，且相位相同。

差模干擾（differential-modeinterference）兩導(dǎo)線上的干擾電流振幅相等，但相位相反。#2I1UcI2~#1I1I2=I1Ud~共模干擾與差模干擾目前十九頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點#2U1U1U2~~#1~UC：由地回路引起的共模干擾電壓Ud：由線間回路受干擾引起的差模干擾電壓U1：原對地電壓U2：原信號電壓

對地電壓：UL=U1

+Uc

線間電壓：UM

=U2+Ud

對地電壓與線間電壓共模干擾與差模干擾

通常線路上兩種干擾分量同時存在。干擾在線路上經(jīng)過長距離傳輸后，差模分量衰減要比共模分量大，且共模分量傳輸時會向周圍空間輻射，差模分量不會輻射。因此，大部分電源干擾均由共模分量引起。目前二十頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點2.3電阻性干擾

電阻性干擾：兩個回路經(jīng)公共阻抗而形成的干擾。I1+I2

公共電源電路1USRSZlZl電路2公共線路阻抗I1I2

公共電源內(nèi)阻及線路阻抗耦合I1+I2

電路1U1Zg公共地線阻抗I1I2

公共地線路阻抗耦合電路2U2電阻性干擾模型目前二十一頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點A設(shè)備1共用接地阻抗產(chǎn)生的電磁干擾機殼Ig~UiRX機殼設(shè)備2BCDEFGHIJ連接電纜Ui

共用接地阻抗上的地電流形成一共模噪聲電壓Ui

，使回路ABCDEFGHA和回路ABCIJFGHA上流動者噪聲電流，此噪聲電流會在放大器或邏輯電路輸入端產(chǎn)生一電位差，而差電位差即為電磁干擾的來源。電阻性干擾實例目前二十二頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點U01Z11ZkI1I2

~Z21U02~U02在耦合阻抗Zk產(chǎn)生的干擾電壓降流經(jīng)Zk的干擾電流U01——回路1的電源U02——回路2的電源Z11——回路1的阻抗Z21——回路2的阻抗Zk——回路1與2的公共耦合阻抗電阻性干擾的等效電路目前二十三頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點U01Z11ZkI1I2

~Z21U02~討論：兩個回路一點接觸，彼此不再互相干擾。流經(jīng)回路1中Z11的干擾電流U01Z11I1I2

~Z21U02~（直接耦合）(1)(2)目前二十四頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點電路性干擾的計算實例：

50Hz、115V交流電源的中性地線與負(fù)載地線都接于1mm厚鋼板上，試計算其接地阻抗上的電流及共模干擾電壓。負(fù)載的消耗功率為1kW，電源的第10次諧波約為基頻的2％。解：負(fù)載阻抗1mm鋼板的接地面阻抗Zc:在50Hz時，約為108μΩ，

在500Hz時，約為300μΩ忽略導(dǎo)線阻抗和電源內(nèi)阻，且接地阻抗上的電流50Hz時10次諧波，500Hz時目前二十五頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點

電阻

感抗：內(nèi)自感：——導(dǎo)線長度——導(dǎo)線半徑——電導(dǎo)率——磁導(dǎo)率——趨膚深度外自感：電阻性干擾的抑制

導(dǎo)線的阻抗特性

阻抗：目前二十六頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點a、讓兩個電流回路或系統(tǒng)彼此無關(guān)。信號相互獨立，避免電路的連接。b、限制耦合阻抗，越低越好。導(dǎo)線的電阻和電感越低越好。c、電路去耦。各個不同回路之間僅在惟一的一點作電連接，達(dá)到電流回路間電路去耦的目的。

強弱電隔離繼電器變壓器光電耦合d、電氣隔離。實現(xiàn)一點接觸3241

電阻性干擾的抑制方法目前二十七頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點2.4電容性耦合電容性耦合的干擾電壓干擾電壓：C12U1R22C1GC2G~UN電容性耦合等效電路~R22C2GC1GC12U1UN電容性耦合模型目前二十八頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點低阻（或低頻）高阻（或高頻）耦合電壓公式的簡化目前二十九頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點電容性耦合的頻率特性目前三十頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點【解】【例】已知：U1＝10V、f＝10MHz、導(dǎo)線半徑r＝1mm、線間距d＝20mm、導(dǎo)線離地高度h＝10mm、線長l＝1m。(1)R＝50Ω；(2)R＝1MΩ。分別求導(dǎo)線2上的干擾電壓。耦合系數(shù)：,則：（1）－90dB；（2）－9.5dB。目前三十一頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點

干擾源系統(tǒng)的電氣參數(shù)應(yīng)使電壓變化幅度和變化率盡可能地??；

被干擾系統(tǒng)應(yīng)盡可能地設(shè)計成低阻及高信噪比系統(tǒng)；

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能緊湊，且彼此空間上相互隔離。

兩個系統(tǒng)的耦合部分的布置應(yīng)使耦合電容盡量小；

例如：增大間距、減少導(dǎo)線長度、避免平行走線等。

采用平衡措施消除電容性干擾；

對干擾源和被干擾對象進(jìn)行電氣屏蔽。電容性耦合的抑制針對干擾源和被干擾對象針對減小耦合電容目前三十二頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點平衡措施平衡條件：1342實例：U1Z1Z2~屏蔽措施C132C23C24C14Z2143原理：Z1~目前三十三頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點C1S：導(dǎo)體1與屏蔽體之間的電容C12：導(dǎo)體1與導(dǎo)體2（未屏蔽部分）之間的電容C2G：導(dǎo)體2（未屏蔽部分）的對地電容C2S：導(dǎo)體2與屏蔽體之間的電容CSG：屏蔽體之間的對地電容2SRC2GUNCSGC2SUSC1GC12U1~C1S1U1RC2GUN~CSGC2SC12C1S12USC1GS屏蔽對電容性耦合的影響目前三十四頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點結(jié)論：屏蔽體必須接地。故若屏蔽體接地，則則——屏蔽體為等位體。U1US~C1GC1S1CSGS比較U1RUN~CSGC1S1USC1GC2S2S

導(dǎo)體2完全屏蔽目前三十五頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點考慮屏蔽體已接地，即CSG=0，則結(jié)論：導(dǎo)體2上的干擾電壓取決于外露部分的長度，越短越好！則U1RUN~C2SC121C1G2C2GU1RC2GUN~C2SC12C1S12USC1GS

導(dǎo)體2部分屏蔽目前三十六頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點2.5電感性耦合低電壓、大電流干擾源產(chǎn)生的磁耦合干擾12Z21Z22Z11U1L2UN2~L1I1M12UN1電感性耦合：當(dāng)導(dǎo)線上的電流發(fā)生變化時，周圍的磁場將發(fā)生變化。此時，若有另外的導(dǎo)線在這個變化的磁場中，則導(dǎo)線上會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。于是一根導(dǎo)線上的信號就耦合進(jìn)了另一根導(dǎo)線。這就是電感性耦合，又稱磁耦合。目前三十七頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點忽略I2對I1的影響，則12Z21Z22Z11U1L2UN2~L1I1M12UN1I1L1~U1UN2Z21Z22L2M12Z1112I2UN1電感性耦合的干擾電壓目前三十八頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點【例】兩根導(dǎo)線，長度l1=l2=1m，半徑r=0.5mm，相距d=30mm，距接地金屬平面高度h1=h2=10mm。干擾源負(fù)載Z11=100，受干擾回路負(fù)載

Z21=Z22=100，設(shè)干擾頻率f=1MHz，干擾源電壓U1=10V，求負(fù)載受到的干擾電壓為多少？【解】耦合系數(shù)：目前三十九頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點

干擾源系統(tǒng)的電氣參數(shù)應(yīng)使電流變化幅度和變化率盡可能的?。?/p>

被干擾系統(tǒng)應(yīng)盡可能的設(shè)計成低阻及高信噪比系統(tǒng)；

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能緊湊，且彼此空間上相互隔離。

兩個系統(tǒng)的耦合部分的布置應(yīng)使互感盡量??；例如：增大間距、減少導(dǎo)線長度、避免平行走線等。

采用平衡措施消除電感性干擾；

對干擾源和被干擾對象進(jìn)行磁屏蔽。電感性耦合的抑制針對干擾源和被干擾對象針對減小耦合電感目前四十頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點1）絞合2）避免平行布線3）增大間距d>>h~~dh~~~目前四十一頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點2I1SZ11U1~L1M12Z21Z22UNM1SL21LS

屏蔽體不接地：對磁耦合沒有影響;

屏蔽體一端接地：對磁耦合也沒有影響;

屏蔽體兩端接地：形成回路，對磁耦合有影響;L1~U1I1UNZ21Z22L2M12UkLSM1SUSIS2IS屏蔽對電感性耦合的影響目前四十二頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點屏蔽體的電感屏蔽體與內(nèi)導(dǎo)體之間的互感設(shè)，則，故

屏蔽體上的感應(yīng)電流IS~USUNSZ21RSLSM2SZ22S2當(dāng)當(dāng)IS在導(dǎo)體2上的感應(yīng)電壓屏蔽體的截止頻率S2屏蔽體與導(dǎo)體2之間的磁耦合目前四十三頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點結(jié)論：低頻時，屏蔽與非屏蔽相同，屏蔽無用；

高頻時，（5倍頻以上時）干擾基本保持常數(shù)。當(dāng)當(dāng)——與無屏蔽時相同

導(dǎo)體2上的耦合電壓目前四十四頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點采用屏蔽體單端接地的方法，可以解決前面出現(xiàn)的問題此時無論在任何頻率上，總有，且方向相反，IS產(chǎn)生的磁場抵消了I1產(chǎn)生的磁場，屏蔽體外磁場為零，從而抑制了電感耦合。U1~I1IS目前四十五頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點屏蔽體截止頻率測量值電纜阻抗（Ω）截止頻率（KHz）5倍截止頻率（KHz）同軸電纜RG－6A750.63.0RG－213500.73.5RG－214500.73.5RG－62A931.57.5RG－59C751.68.0RG－58C502.010.0屏蔽的絞線754E1250.84.024Ga－2.211.022Ga－7.035.0目前四十六頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點雙絞線對磁場干擾的抑制目前四十七頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點

電容性耦合：

電感性耦合：I1L1~U1UN2Z21Z22L2M12Z1112I2UN1～Z21Z22UNZ21Z22INU1RC1GC2GUNC1221～

電容性耦合：減小一端的阻抗，則另一端干擾電壓減??；

電感性耦合：

減小一端的阻抗，則另一端的干擾電壓增加。

受干擾導(dǎo)體與地之間的并聯(lián)干擾電流源

受干擾導(dǎo)體與地之間的串聯(lián)干擾電壓源電容性耦合與電感性耦合的判定目前四十八頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點實際電路的串?dāng)_耦合12Z21Z22Z11U1L2UN2~L1I1M12UN1CZ21Z22UN1CUN2CZ21Z22UN1LUN2LUN1＝UN1C＋UN1LUN2＝UN2C－UN2L目前四十九頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點2.6輻射干擾

電磁輻射：電磁能量脫離場源在空間傳播，且不再返回場源的現(xiàn)象

輻射干擾：以電磁波形式傳播的干擾天線輻射原理振子或輻射器~

除了干擾源的有意輻射之外，還有無意輻射，如有短單極天線作用或起小環(huán)天線作用的線路和電纜，都可能向外輻射電磁能量輻射耦合的基本途徑：天線－天線，天線－電纜天線－機殼，電纜－機殼機殼－機殼，電纜－電纜目前五十頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點實際輻射耦合途徑：

通過天線、電纜導(dǎo)線、機殼感應(yīng)進(jìn)入接收器

通過電纜導(dǎo)線感應(yīng)、沿導(dǎo)線傳導(dǎo)進(jìn)入接收器

通過接收機的天線感應(yīng)進(jìn)入接收器

通過接收器的連接回路感應(yīng)形成騷擾進(jìn)入接收器

通過金屬機殼上的孔縫、非金屬機殼耦合進(jìn)入接收電路主要輻射耦合途徑：天線耦合、導(dǎo)線感應(yīng)耦合、閉合回路耦合和孔縫耦合目前五十一頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點基本輻射源a、電偶極子——電流元b、磁偶極子——小電流回路

基本輻射干擾

目前五十二頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點1、電偶極子(Il)輻射oxyzIlErEH

場的電尺寸及場區(qū)劃分a、近場區(qū)：kr<<1b、中場區(qū):kr～1c、遠(yuǎn)場區(qū)（輻射區(qū)）kr>>1目前五十三頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點（1）近區(qū)場（感應(yīng)場）感應(yīng)場的特點：

電場～1/r3,磁場～1/r2；電場～1/f,磁場與f無關(guān)；電場與磁場存在π/2的相位差；能量相互轉(zhuǎn)換、振蕩，不會向外傳輸。感應(yīng)場又稱為似穩(wěn)場。目前五十四頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點（2）遠(yuǎn)區(qū)場（輻射場）輻射場的特點：

電場～1/r,磁場～1/r；電場～f,磁場～f；電場與磁場同相位；有電磁能量向外輻射。目前五十五頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點距電偶極子不同距離的場強(I=1A,l=1cm)頻率(MHz)場強距離1cm10cm1m10m1E(dBμV/m)26320314384H(dBμA/m(dBμV/m)24318312376H(dBμA/m)137975924目前五十六頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點2、磁偶極子(IS)輻射（1）近區(qū)場（感應(yīng)場）感應(yīng)場的特點：

電場～1/r2,磁場～1/r3；電場～f,磁場與f無關(guān)；電場與磁場存在π/2的相位差；能量相互轉(zhuǎn)換、振蕩，不會向外傳輸。感應(yīng)場又稱為似穩(wěn)場。oxyzISHrHE目前五十七頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點（2）遠(yuǎn)區(qū)場（輻射場）輻射場的特點：

電場～1/r,磁場～1/r；電場～f2,磁場～f2；電場與磁場同相位；有電磁能量向外輻射。目前五十八頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點3.波阻抗波阻抗：電場的橫向分量與磁場的橫向分量的比值，即（1）電偶極子特點：；遠(yuǎn)區(qū)：近區(qū)：目前五十九頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點（2）磁偶極子近區(qū)：結(jié)論：電偶極子的近區(qū)場為高阻抗場；

磁偶極子的近區(qū)場為低阻抗場；

特點：，

遠(yuǎn)區(qū)：目前六十頁\總數(shù)六十八頁\編于二十點注意：在感應(yīng)場中，感應(yīng)情況不僅取決于場源性質(zhì)及耦合方式，還取決于被感應(yīng)導(dǎo)體的狀況、所在位置及周圍環(huán)境條件，甚至感應(yīng)體的存在還會擾亂原來的電磁場分布。在感應(yīng)場中測量電磁干擾數(shù)據(jù)對距離十分敏感，應(yīng)注明測量距離和測量天線規(guī)格。大部分設(shè)備內(nèi)的布局屬于近場范圍，有意識地利用空間距離衰減可降低對屏蔽設(shè)計要求的。理