2 干扰信号的特性 电磁兼容.ppt

2 3骚扰信号的特性 2 3 1频谱 定义 任何骚扰信号都可以利用傅里叶级数 对于周期性骚扰信号 或傅里叶积分 对于非周期骚扰信号 分解成不同频率简谐信号的迭加 这些简谐信号的幅值随频率变化的函数 Cn或F 称为骚扰信号的频谱 例1 单一频率信号的频谱是一段直线 如下图所示 例2 下图是电子楼顶测试场地背景电磁噪声的频谱 上面是水平极化波的频谱 下面是垂直极化波的频谱 可以看出背景电磁噪声中各种信号的频率及其幅度的大小 周期性骚扰信号的频谱 大多数功能性骚扰源产生的都是周期性骚扰信号 设f t 是一周期性骚扰信号 可以用傅里叶级数展开为 其中 0是基波 n 0是各次谐波 n 0频率分量的幅度 例如 求一周期性方波信号的频谱 如图所示 T是方波的周期 把 2 3 3 式代入 2 3 2 式 欧拉公式 可以画出周期性方波信号f t 的频谱曲线 设 利用 2 3 4 式可以算出基波和各次谐波的幅度 如下表 所以周期性方波信号f t 可以展开为 利用表中的数据可以画出周期性方波信号的频谱 如图所示 完整的周期性方波信号的频谱如图 3 5所示 可以看出周期性骚扰信号频谱的特点 离散性 周期信号的频谱由不连续的谱线组成 谱线间隔为 0 每条谱线代表一个正弦分量 谐波性 周期信号频谱的每一条谱线 只能出现在基频的整数倍的频率上 收敛性 各次谐波的幅值随频率的增加而减小 频谱是收敛的 除了基波和各次谐波信号以外 干扰源 如发射机 还可能产生一些寄生信号 频率低于或高于基波频率 但不是基波频率的整数倍 称为非谐波骚扰 非谐波骚扰信号的电平一般低于谐波骚扰信号 在一些情况下也可能成为严重的干扰 非周期性干扰信号的频谱 大多数非功能性干扰源 设f t 是一非周期性干扰信号 可利用傅里叶积分展开为 其中F 是非周期性干扰信号f t 的频谱函数 例题 一尖脉冲 求频谱函数 F 解 把f t 代入 2 3 7 式 F 1 非周期性信号的频谱 一个周期性信号 当T 时就称为非周期性信号 例如 图2 3 6 一个周期性方波信号 T 就成为一个孤立的矩形脉冲信号 T 谱线间隔减小 谱线变密 T 时 谱线间隔 0 谱线成为连续的 非周期性骚扰信号的频谱是连续的 也是收敛的 一些常见的脉冲信号的频谱如表2 1所示 P21 下面介绍脉冲信号的两个重要的参数 脉冲宽度 矩形脉冲 图2 3 7 矩形脉冲的脉冲宽度就是 任意脉冲 幅度下降为峰值的1 e 0 368 时的宽度 图2 3 8 例 高斯脉冲 求频谱宽度 频谱宽度 幅度下降为峰值的1 e时的频谱宽度 频谱宽度为 如图 脉冲骚扰和平滑骚扰 平滑骚扰 骚扰信号在接收机输入端产生的电压 峰值与平均值之比不超过 倍时 称为平滑骚扰 如机内热噪声和连续波骚扰 或脉冲持续时间与重复周期能相比拟时的脉冲骚扰也属于平滑骚扰 前一个脉冲还未消失 后一个又出现 脉冲骚扰 骚扰信号在接收机输入端产生的电压 峰值与平均值之比超过 倍时 称为脉冲骚扰 或脉冲持续时间远小于重复周期 后一个骚扰脉冲到来之前 前一个骚扰脉冲已完全消失 间隔时间较大 带宽和波形 窄带骚扰和宽带骚扰 窄带 和 宽带 是相对于接收机的带宽的 接收机的带宽 接收机的总选择性曲线上 低于中点某一规定电平的宽度 用Bn表示 n是所规定电平的分贝数 例如 B6 6dB带宽 B3 3dB带宽 例题 在图中 设纵轴是电压U 求6dB带宽和3dB带宽电平下降的倍数 解 用dB表示电压的定义为 设U下降n倍 U n 则 可以算出 U 6dB n 2 U 3dB n 1 4 窄带骚扰 骚扰信号的频谱宽度小于接收的带宽 一般为几十Hz 几百KHz 例如 连续波 调幅波 低调频系数的调频波等 广播 电视 通讯发射设备 高频焊接等有确定频率的设备 宽带骚扰 骚扰信号的频谱宽度大于接收机的带宽 一般为几十 几百MHz 例如 脉冲干扰 雷达发射机 放电辐射 骚扰信号的波形 正弦波 连续波 矩形波 锯齿波 尖脉冲 窄脉冲 脉冲波 由骚扰信号的波形可以了解信号幅度的大小 幅值对时间的分布 起始时间 前沿 持续时间 宽度 时间滞后 相位滞后 波形的畸变 失真 幅度 幅度是指骚扰信号的电压 电流的大小 传导干扰或场强 辐射功率密度 能流密度 的大小 辐射干扰 对于连续波骚扰 幅度可用峰值 准峰值 平均值表示 对于脉冲骚扰 频谱是连续的 幅度可用频谱密度表示 例如 dB V MHz dBm MHz等 时域分析与频域分析 时域分析 分析骚扰信号的波形 例如 幅值对时间的分布 脉冲的前沿和宽度 时间滞后 相位滞后 波形的畸变 是以时间轴t为坐标表示干扰信号 表达式 波形函数f t 例 矩形脉冲 测量仪器 示波器 频域分析 分析骚扰信号的频谱分布 幅值与频率的关系 是以频率轴f 或 为坐标表示干扰信号 表达式 频谱函数F 例 矩形脉冲 测量仪器 频谱分析仪 测量接收机 选频电压表 时域和频域的转换 利用傅里叶级数或傅里叶积分 例如 对于非周期性骚扰信号 频域 时域 时域 频域 2 3 5出现率 1 周期性骚扰 周期性重复出现 2 非周期性骚扰 没有周期性 但肯定出现 而且是可以预测的 3 随机骚扰 没有规律 是不可预测的 2 3 6极化特性 设骚扰信号沿z轴正方向传播 等相位面是xy平面 一般情况下 辐射场强E H在等相位面上都有两个分量 下面以E为例讨论 一 若Ex Ey相位相同 这里设初相位为0 在z 0的等相位面上 合场强大小 方向 可以看出 Ex Ey相位相同 合场强的大小随t变化 合场强的方向不变 电场矢量只在如图所示的一直线上变化 这种波称为线极化波 如果电场矢量只在水平方向上变化 称为水平极化波 如果电场矢量只在竖直方向上变化 称为垂直极化波 二 若Ex Ey相位相差 2 1 若Ex和Ey振幅相等 Exm Eym Em 在z 0的等相位面上 合场强 大小 方向 t 2 3 16 所以合场强大小不变 方向以角速度 旋转 E的端点的轨迹是一个圆 如图所示 这种波称为圆极化波 由 2 3 14 式可以导出 也可以看出的端点的轨迹是一个圆 上式为椭圆方程 说明E的端点的轨迹是一个椭圆 这种波称为椭圆极化波 如果Ex和Ey的相位差 E的端点的轨迹也是一个椭圆 但与坐标轴斜交 2 若Ex和Ey振幅不相等 在z 0的等相位面上 两式移项 平方相加得 2 3 7共模骚扰与差模骚扰 对于设备的两个输入端 信号线或电源线 1 如果两输入端骚扰信号的方向 幅度 相位都相同 共模骚扰 2 如果两输入端的骚扰信号的方向相反 幅度相同 差模骚扰 例如 设有两个设备A和B 通过两根平行导线连接 如图所示 辐射场在导线上可能产生两种感应电压 在导线与系统地构成的回路上产生感应电压UC 如图2 3 16所示 等效电路如图2 3 17 产生共模骚扰 两根导线和设备 输出 输入端 构成的回路上产生感应电压UD 如图2 3 18所示 等效电路如图2 3 19 产生差模骚扰 2 3 8近区场和远区场 对辐射干扰 以偶极子天线为例 如图 辐射场强为 近区场及其特点 近区场条件 近区场分布 由 2 3 24 式 2 3 19 2 3 22 式可以写为 近区场的特点 2 3 25 2 3 27 式中H 的表达式和与恒定磁场中一个电流元产生的磁场的表达式相同 Er E 的表达式与静电场中一个电偶极子产生的电场的表达式相同 辐射源近区的场是似稳场 近区场内电场和磁场相位相差90 很容易算出平均密度矢量 所以近区场是感应场 近区场中 E和H之间没有确定的比例关系 需要分别测量E和H 在近区场中 E H随距离的增大衰减得很快 所以测量探头应当比较小 远区场及其特点 远区场条件 远区场的特点 H 相位相同 互相垂直 都垂直于传播方向 是辐射场 是横电磁波 TEM波 H 都正比于sin 所以远区场的辐射具有方向性 远区场的特点 电场和磁场之比 所以测