电磁兼容基础06 高频场耦合(2)

P1 6 1天线互易定理6 2接收天线6 3电磁兼容测试常用天线 第六讲高频场耦合 2 P2 6 1天线互易定理 如图 体积V1中有时变电流源J1 体积V2中有时变电流源J2 假设由J1产生的电磁场为E1和H1 由J2产生的电磁场为E2和H2 且电流J1和J2的变化频率相同 则有 矢量恒等式 将上式在无限大空间体积分 并运用散度定理将左边体积分变化为闭合曲面面积分 可得出 P3 6 1天线互易定理 在无穷远边界上 Voc2表示天线1上的电流I1在天线2的馈入点上感应的开路电压 Voc1表示等于天线2上的电流I2在天线1的馈入点上感应的开路电压 上式表示天线1和2的互阻抗是相等 基于上述原理 可以证明同一副天线用作接收和发射时的方向图是相同的 在此过程中假设另一幅天线的相对取向和极化保持不变 P4 6 2接收天线 计算原理 导体上的感应电流产生的电磁场 散射场 与入射场 来波 叠加后的总场满足天线表面电场切向分量为零的边界条件 Thin wirelinearantennaexcitedbyanarbitraryEfield 1 外场作用下导体上感应电流的计算 P5 6 2电磁波的接收 上页PPT中电流分布I z 的求解方法 2 数值计算 矩量法 F M Tesche etal EMCAnalysisMethodsandComputationalModels Wiely IntersciencePublication 1996 1 外场作用下导体上感应电流的计算 1 近似解 I z 满足的是如下类型的积分方程 式中 K g为已知函数 f为待求函数 L 代表一种已知的运算 特点 该方程为线性方程 矩量法计算的思路是将f表示为一组已知函数fn 基函数 的线性叠加 再引入权函数wm构造叠加系数in满足的线性方程组 通过矩阵运算得出in 具体选取基函数和权函数需结合实际考虑 P6 6 2电磁波的接收 2 接收天线的电路模型 接收天线从入射场Ei中获取能量 一部分交给负载 一部分散射到空间 满足能量守恒 如下图所示 假设接收天线馈入端口 a b端子 的电流为I 则负载功率PL和散射功率Psca分别为 入射场Ei向接收天线转移能量的过程可以理解为接收天线上的电荷受入射场Ei的推动而做功 具体可表示称Ei对天线上分布的电流 用电流密度J表示 的做功 其功率为 Ei可以看成常数 且考虑天线为线天线 沿z轴方向 长度L 线电流分布为Ii z 定义接收天线开路电压为 能量守恒导出 因此 接收天线的负载阻抗与输入阻抗串联分压 电压为负载端开路时的电压 P7 6 2电磁波的接收 Example1一根长度为0 2m的对称阵子天线 处于场强1V m 频率100MHz的均匀平面波中 试着计算该天线负载能接收到的最大有功功率 P8 6 2电磁波的接收 3 接收天线的有效孔径 Effactiveaperture 接收天线的有效孔径Aeff定义为其负载ZL接收到的有功功率PL与其所处的入射波的平均功率流密度Sav 坡印廷矢量 的比值 有效孔径的单位为m2 面积 它反映的是天线能将空间多大面积上入射波的电磁功率 捕获 到 显然 Aeff与天线放置的方向 相对于入射波 和匹配情况 ZL与输入阻抗Zin的匹配 有关 例题试推导电偶极子天线在外来均匀平面电磁波中的最大有效孔径 解假设外来场电场强度为Ei 天线方向与成夹角x 则接收天线上的开路电压为 当夹角x为零 且ZL与Zin匹配 互为共轭复数 时 PL最大 上式中假设了Zin的实部 电阻 只有辐射电阻Rrad 即忽略天线本身的欧姆损耗电阻Rdiss P9 6 2电磁波的接收 Example2Asanexample letuscalculatethecouplingbetweentwohalf waveresonantdipoleantennas Assumethatthedipolesareseparatedbyadistanceof1000m areoperatedatafrequencyof150MHz andareorientedparalleltoeachotherformaximumreception Thetransmittingdipoleisdrivenbya100 V peak 50 V source P10 6 3电磁兼容测试常用天线 为了发射或接收空间电磁场 需要用到天线 天线的种类繁多 但在无线电干扰测量方面 已经基本达成了共识 根据测量频段的不同 选用的天线已经基本标准化 1 9 150kHz频段 该频段的电磁骚扰主要是磁场分量 因此通常采用带电屏蔽的环形天线 或采用合适的铁氧体磁棒天线 对该类天线的平衡性有一定的要求 当天线在均匀场内旋转时 垂直于极化方向的电平应当至少比平行于极化方向的电平低20dB 2 150kHz 30MHz频段 该频段的电磁骚扰既有电场分量又有磁场分量 测量磁场分量也是采用带电屏蔽的环形天线 对天线平衡性的要求与1相同 测量电场分量则采用非平衡的鞭状天线 鞭状天线的底部通常安装有接地金属板 P11 6 3电磁兼容测试常用天线 3 30MHz 300MHz频段 对该频段电磁骚扰的测量一般容易满足远场条件 电磁波的电场分量与磁场分量具有固定的波阻抗关系 该频段的标准天线是双锥天线 它是宽带天线的一种 天线的增益在整个频段内均较高 此外 平衡偶极子天线也是这一频段的标准天线 规定当频率等于或高于80MHz时 天线的长度应为谐振长度 频率低于或等于80MHz时 天线的长度应为80MHz时谐振长度 应当采用一个平衡 不平衡变换器 以便使天线与测量接收机的馈线相匹配 在该频段对天线平衡性的要求与1相同 4 300MHz 1GHz频段 该频段的标准天线是对数周期天线 它具有增益高 驻波比低 频带宽等特点 性能参数为 天线增益0 6dB 驻波比小于1 5 频带范围可达80MHz 1GHz 连续波功率50W 阻抗50 也可以采用偶极子天线 但是由于该频段对应的天线尺寸较小 因此通常天线的灵敏度较低 P12 6 3电磁兼容测试常用天线 5 100MHz 10GHz频段 该频段电磁骚扰的测量采用螺旋天线 它既可以测量线极化波又可以测量圆极化波 性能参数为 天线增益约4dB 驻波比1 6 1 9 频带范围可达80MHz 1GHz 连续波功率5