一、传导干扰噪声耦合方式
在近区的感应场区,也就是在r﹤λ/(2π)的范围内,电磁干扰主要是通过传导耦合的途径发生作用的。传导耦合主要有3种类型:电容耦合(或称静电耦合)、互感耦合(或称为电磁感应耦合)、公共阻抗耦合(或称为阻性耦合)。
1、电容耦合
当两导体之间存在分布电容时,两根导线之间就会发生电容耦合。最常见、最基本的电容耦合的例子是两根互相靠近的平行导线,如下图所示:
导体1为干扰导体,在导体1上接有干扰源电压为u1,导体2为被干扰设备,导体2两端分别接有负载z21和z22。这种情形很普遍,例如导体1为高压输电线,而导体2为通信线;或者导体1为印制电路板上的时钟线,而导体2为印制电路板上的数据线。在这种情况下,由于导体1对地平面有分布电容,单位长度的分布电容为c1g;导体2对地平面也有分布电容,单位长度的分布电容为c2g;同时导体1和导体2之间也有分布电容,单位长度的分布电容为c12,c12称为耦合电容。显然分布电容c12把两根导体连在一个电路中,可以等效为如下电路:
2、互感耦合
互感耦合发生在两个回路之间,如下图所示:
当干扰回路1中有交变电流流过时,就会产生交变磁场。交变磁场通过回路2并在回路2中产生感应电动势,这个感应电动势是串联在回路2中的,这种情形与电容耦合的情况不同。等效电路如图所示:
在电容耦合的情形中,电磁干扰是以被影响导体和地之间存在噪声电流的方式起作用的。而在互感耦合中,电磁干扰是以噪声电动势或电压串联在被影响导体上起作用的,如下图所示:
电容耦合等效电路
电感耦合等效电路
3、公共阻抗耦合
许多电气设备和电气元件都需要接地,但是地平面中充满着各种频率的杂散电流。有的设备或器件经接地向地中注入高频电流,因而在大地中形成电场分布,这样一来,在r1点和r2点同时接地的系统中就产生了感应电位差,在印制电路板上也有类似情况的发生。除了这种由于地中杂散干扰电流引起的电磁干扰的情形外,还可能因为接地导线在高频电流的情况下表现出很大的电感值,使本来可以忽略的阻抗表现出很大的数值,并且跨接在导线上的元件之间。电路由于流过公共阻抗的噪声或干扰电流而互相影响,产生了电磁干扰。
以上是最基本的电磁干扰耦合途径,在实际问题中还有许多各式各样的电磁干扰途径,对实际问题的分析也没有一成不变的模板,唯一的原则是具体问题具体分析。
二、电磁辐射耦合
1、静电场、感应电磁场和辐射电磁场
设在一根足够短的直线导线上流过电流i,则在导线的周围产生了磁力线,而在沿着导线方向产生了磁力线。也就是说,在这根导线的附近存在着电场与磁场。当电流i变化时,相应的在导线附近空间的电场与磁场也随之发生变化。该电场与磁场变化在空间的传播即形成所谓的电磁波。其传播速度为光速c,波长为λ。
2、波阻抗
空间中某点的波阻抗,定义为该点的电磁强度与磁场强度之比,用zw表示,即:
zw=e/h
(1)远场波阻抗
对于短直导线及偶极子源,可得:
zw远=︱eθ︳/︱hф︳=120πω=337ω
对于环形天线,可得:
zw远=︱eф︳/︱hθ︳=120πω=337ω
而自由空间的特征阻抗z0等于自由空间的磁导率μ0和介电常数ε0的比值开平方,等于377ω。
因此,不论是短直导线源还是环状天线源,它们在远场的波阻抗均为377ω,与自由空间的特征阻抗z0相等,与源的性质无关。
(2)近场波阻抗
对于短直导线及偶极子源,可得:
zw近=120πλ/2πr=z0λ/2πr﹥﹥z0
对于环形天线,可得:
zw近=120π2πr /λ =z02πr /λ﹤﹤z0
近场和远场波阻抗随距离的变化如图所示:
短直导线源的近场主要是电场,环形天线源的近场主要是磁场。综上所述,短直导线源的近场为高阻抗电场,而环形天线源的近场为低阻抗磁场,它们的波阻抗与传输介质无关,只与源的性质有关。
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