电磁骚扰传播途径.doc

电磁骚扰传播途径许多电子硬件包含着具有天线能力的元件，例如电缆、印制电路板的印制线、内部连接导线和机械结构。这些元件可以电场、磁场或电磁场方式传输能量并耦合到线路中。在实际应用中，可以通过屏蔽、电缆布局以及距离控制得到改善。地线面或屏蔽面既可以因反射而增大干扰信号，也可以因吸收而衰减干扰信号。电缆之间的耦合既可以是电容性的，也可以是电感性的，这取决于其走向、长度和相互距离。- D; l% X& f: J| o g5 y! U, e . m所以，产品如何布置电缆、设计电路板上印制线、内部连接导线，或者增加一些什么辅助措施、如何屏蔽、如何接地、如何控制距离将是改造产品，使之符合EMC认证需要考虑的问题。7 f6 U2 r! v b0 V$ k+ 1 PH; d8 P6 T2 x9 c% S) - r - O) k m, ( y, N: M4 C G7 e) P1 o! 8 s# e% ) R R# P* n公共阻抗耦合. WU# A7 & X. X8 i; A3 M3 Y% E0 X公共阻抗耦合是由于骚扰源与敏感部位共用一个线路阻抗而产生的。3 A2 E/ e$ S, y; KA8 i# y: 1 c! d2 i. j c: N2 公共阻抗包括：（1）骚扰源和敏感部位共用的导体；* s% O0 S5 h8 V# |$ _) B w8 ) N. E0 o2 c6 k$ M( k（2）由两个电流回路之间的互感耦合；1 I, m% V. m, 6 + g2 e, U$ + k（3）由于两个电压节点之间的电容耦合产生的。& y2 h2 w6 % G9 v) N2 wv7 I+ a# t) n) N% *X理论上，每个节点和每个回路通过空间都能耦合到另一节点和回路。实际上的耦合程度随距离增大急剧下降。2 G. x# h |4 P7 u) c& p n& g5 7 J7 f! I$ h+ I(1) 导体连接3 t# v2 J$ 7 A1 Z3 9 ) B! a1 m4 c* 7 S% t) G& q% xz! a! m5 I2 X0 h1 U+ u( b& O: g当骚扰源与敏感部位共用一个地时，则由于骚扰源的输出电流流过公共地阻抗，在敏感部位的输人端产生电压。公共阻抗仅仅是由一段导线或印制板走线产生的。因为导线的阻抗呈感性，因此输出中的高频或高didt分量将更容易耦合。当输出和输入在同一系统时，公共阻抗构成乱真反馈通路，这可能导致振荡。4 R% v2 h3 Z: z1 0 B* i B/ Q# M r% O% _, y8 l X% Z2 T6 2 j+ _9 S- c- ?/ W0 n$ d8 K7 X+ ?3 k: S(2) 磁场感应; n+ |1 ?( a- x( ) S# H4 x0 c8 t. K2 G* O. h. m;U导体中流动的交流电流会产生磁场，这个磁场将与临近的导体耦合，在其上感应出电压。敏感导体中感应电压由下式计算：VM dILdt! U# , f/ D# v5 c5 p T- M. d式中：M是互感，单位享利。M取决于骚扰源和敏感电路电路的环路面积、方向、距离，以及有两者之间有无磁屏蔽。磁场耦合的等效电路相当于电压源串接在敏感部位的电路中。值得注意是两个电路之间有无直接连接对耦合没有影响，无论两个电路对地是隔离还是连接的，感应电压都是相同的。E1 r- v4 p E$ ?) P7 C 1 p- s+ P; s h; m+ t 9 d1 V! i# I 8 w3 w8 o(3) 电场感应- B1 C, T# S0 M+ + S4 m, s8 N1 Y% v y9E导体上的交流电压产生电场，这个电场与临近的导体耦合，并在其上感应出电压。在敏感导体上感应的电压由下式计算：V = CC Zin dVL/dt 6 M1 b7 w! L8 C J3 ) C, n4 k/ n2 9 - D/ t% O7 g* i2 W式中CC是耦合电容, Zin是敏感电路的对地阻抗。8 x/ ?8 S! ?% n6 _ Y. Z: d$ p* d% G) ,s这里假设耦合电容阻抗大大高于电路阻抗。噪声似乎是从电流源注入的，其值为CCdVLdt。$ ) G% p+ S1 5 l4 J1 h; q. l: R6 b/HCC的值与导体之间距离、有效面积以及有无电屏蔽材料有关。典型例子是两个平行绝缘导线，间隔0.1英寸时，其耦合电容大约为每米50pF；未屏蔽的中等功率电源变压器的初次级间电容大约为1001000pF。# I9 O d! 0 r5 n) K4 9 k$ l! Z# B9 f ed. s$ p# B9 M! V _4 o7 I+ K 在上述情况中，两个电路都必须连接参考地，这样耦合路径才能完整。但是如果有一个电路未接地，并不意味着没有耦合通路。未接地的电路与地之间存在杂散电容，这个电容与直接耦合电容串联。另外，即使没有任何地线，骚扰源至敏感部位的低电压端之间也存在寄生电容。噪声电流还是能够加到敏感部位，但其值由CC和杂散电容的串联值决定。) A/ U( z1 M; x1 h6 V7 v$ t0 N! H: z8 O(4) 负载电阻的影响# b# m4 P8 B) y5 y4 W* I t$ 1 K R; _8 c( O 需要注意的是，磁场和电场耦合的等效电路之间的差异决定了电路负载电阻的变化引起的结果是不同的。电场耦合随RL增加而增大，而磁场耦合随RL增加而减小。这个性质可以用于诊断：比如你在观察耦合电压时，改变RL，你能够推断哪一种耦合模式起主导作用。同样道理，磁场耦合对低阻抗电路的影响更大，而电场耦合对高阻抗电路影响更大。7 H# i x& G$ U - $ p1 x( G( d( v0 S% b(5) 空间间隔3 v6 a- H7 7 % q S I, G9 D4 3 Q Q0 A( O& 互电容和互感都受骚扰源和敏感导体之间的物理距离的影响。8 b# j2 K, d?. g7 Q6 f电源耦合5 t4 _/ C8 R: s, i$ x# 8 h( H4 . B8 N& ( b# c1 ! B所有骚扰能够从骚扰源经电源配电网络进入敏感部位，因两者是连接在一起的。因此对高频不利。尽管从线路上可以容易地预测阻抗，但是在高频时很难精确估算。在电磁兼容试验中，电源的射频阻抗可用50网络并联50H电感近似表示（LISN）。! O* ia$ J1 O!Q 对于较长的距离，在10MHz以下，电源电缆是损耗很低的，特性阻抗约为150200的传输线。然而在任何一个局部配电系统中，因负载连线、电缆接头和配电元件起的骚扰是影响射频传输特性的主要因素。所有这些因素将增加损耗。$ J8 G; h6 G1v辐射耦合. s- b: W ) C S, Y; o# B; g7 u: 1 Y2 g& y- z6 S/ Z(1) 电磁场的产生: q3 u9 e* . a& G) 9 v8 h) W8 Z 电场（E场）产生于两个具有不同电位的导体之间。电场的单位为V/m，电场强度正比于导体之间的电压，反比于两导体间的距离。- N. qd2 C2 Q! T8 z, d$ M0 w1 q3 i/ Y& E 磁场（H场）产生于载流导体的周围，磁场的单位为A/m，磁场正比于电流，反比于离开导体的距离。8 T% a# Y0 a9 o2 4 i f! Y) v a7 Y% ! a m( q0 i当交变电压通过网络导体产生交变电流时，产生电磁（EM）波，E场和H场互为正交，同时传播。传播速度由媒介决定；在自由空间等于光速 3108m/s。在靠近辐射源时，电磁场的几何分布和强度由干扰源特性决定，仅在远处是正交的电磁场。1 F$ B9 h: O* a! ! 2 w, e& j$ Z U7 2 l/ ! T, o: N9 F! K4 9 H电场强度与磁场强度之比称为波阻抗对于任何已知电磁波，波阻抗是一个十分关键的参数，因为它决定了耦合效率，也决定了导体的屏蔽效能。对于远场，d/2，电磁波称为平面波，平面波的阻抗是恒定的，等于自由空间的阻抗：Z0120377 a! U# 0 k# ( 0 y& Y; e. j2 e/ f0 t( y在近场，d/2，波阻抗由辐射源特性决定。小电流、高压电辐射体（例如棒）主要产生高阻抗的电场，而大电流、低电压辐射体（例如环）主要产生低阻抗磁场。如果辐射体阻抗正好约377，那么实际在近场就能产生平面波，这取决于辐射体形状。2 L0 D% c3 r. s/ m9 q* Q. k1 a. , ; S2 x% k9 Q$ e3 _4 f/2附近的区域，或近似六分之一波长的区域，是处于近场和远场之间的传输区域。平面波总是假设是在远场，当分别考虑电场或磁场波时，则假设是在近场。; p T! a4 Y# / x2 h e9 6 k5 y$ # u3 V8 J l, J+ (2) 耦合方式+ r9 ?( J2 G+ z4 n! _7 e# i6 _! R% Y( N+ T3 E差模、共模和天线模辐射场耦合是电磁兼容的基本概念，在骚扰的发射和入侵耦合方面都起作用。 p6 ; v( 1 N/ R$ b; G4 D% o) S4 t) L7 ?1 E差模% 5 % |- hS2 k1 pO) B5 O; X2 v: o 考察一根电缆连接起来的两台设备，如图13所示。电缆中两根靠近的导线传输差模（去和回）信号电流。辐射场可以耦合到这个系统，并在两根电线之间感应出差模骚扰；同样，差模电流自身产生辐射场。地参考面（可以是设备外部，也可以是设备的支撑结构）在耦合中不起作用。3 r; C* E j8 D5 / S2 ) f$ A7 Hr* d( ! T共模9 T6 u$ F+ R# xd2 U8 B7 r# F+ d7 6 z l5 W 电缆上还会传输共模电流，即电流在每根导线上都以同一方向流动。这些电流通常与信号电流无关。共模电流可以由外部电磁场耦合到由电缆、地参考面和设备与地连接的各种阻抗形成的回路引起。共模电流可以引起内部差模电流，设备对差模电流是敏感的。另外，共模电流也可以由地平面和电缆之间的内部噪声电压引起，这是共模辐射发射的主要原因。需要注意的是，与导线和设备外壳有关的寄生电容和电感是共模耦合回路的主要部分，在很大程度上决定着共模电流的辐度和频谱分布。这些寄生电抗是偶然产生的，而不是设计的，因此控制或预测这些参数比控制或预测那些决定差模耦合的参数，例如电缆的间隔和滤波参数更困难。8 G. i- O: h( r& c* rOaR$