第3章 干扰耦合机理n

1、第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 3.1 传导耦合 3.2 高频耦合 3.3 辐射耦合 习题 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 电磁骚扰的耦合途径电磁骚扰的耦合途径 传导耦合传导耦合：在骚扰源与敏感设备之间存在有在骚扰源与敏感设备之间存在有完完 整整的电路连接，电磁骚扰的电路连接，电磁骚扰通过连接电路通过连接电路从骚从骚 扰源传输电磁骚扰至敏感设备。扰源传输电磁骚扰至敏感设备。 辐射耦合：辐射耦合：电磁骚扰通过其周围的媒介电磁骚扰通过其周围的媒介以电磁以电磁 波波的形式向外传播，骚扰电磁能且按电磁场的形式向外传播，骚扰电磁能且按电磁场 的规律向周围

2、空间发射。的规律向周围空间发射。 传导耦合传导耦合(+) 辐射耦合辐射耦合 例如例如 传输线的辐射/辐射源的传输线响应 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 电磁骚扰的耦合途径分类电磁骚扰的耦合途径分类 公共地阻抗耦合 电阻性耦合 公共电源内阻耦合 传导耦合 电容性耦合 电感性耦合 干扰信号 导线对导线 辐射耦合 天线对天线 场对导线 电磁干扰耦合模型电磁干扰耦合模型 C： 电容耦合电容耦合 L： 电感耦合电感耦合 Z： 共阻抗耦合共阻抗耦合 NC：近场耦合：近场耦合 FR：远场辐射：远场辐射 导线对导线，天线对天线，场对导线 电容性耦合，电感性 耦合 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 电

3、磁辐射的基本理论电磁辐射的基本理论 环天线元环天线元 偶极天线元偶极天线元 缝隙天线缝隙天线 n 电磁辐射电磁辐射 n 电磁散射电磁散射（二次源，敏感体） n 基本天线结构基本天线结构 （等效为磁荷源）等效为磁荷源） 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 3.1 传导耦合传导耦合 传导传导是干扰源与敏感设备之间的主 要骚扰耦合途径之一。 传导骚扰可以通过电源线、传导骚扰可以通过电源线、 信号线、信号线、 互连线、互连线、 接地导体等进行耦合。接地导体等进行耦合。 传导耦合包括通过导体间的电容及传导耦合包括通过导体间的电容及 互感而形成的干扰耦合。互感而形成的干扰耦合。 第第3章章 干扰耦合机理

4、干扰耦合机理 3.1.1 电容性耦合电容性耦合 由于电容实际是由两个导体构成的, 因此两根导线 就构成了一个电容, 我们称这个电容是导线之间的寄生导线之间的寄生 电容电容。 由于这个电容的存在, 一个导线中的能量能够耦合 到另一个导线上。 这种耦合称为电容耦合电容耦合或电场耦合。电场耦合。 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 1. 电容性耦合模型电容性耦合模型 图 3-1 电容性耦合模型 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 22 211 22 j c1j RCR UUU RXCR 假设电路1为骚扰源电路, 电路2为敏感电路, C 为导线1与导线2间的分布电容, 由等效电路可计算出 在回路2

5、上的感应电压U2为 式中, 当耦合电容比较小时, 即CR21时, (3-1)式可以简 化为 U2=jCR2U1 (3-2) G2L2 2C G2L2 1 , j R R RX RRC 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 从 (3-2) 式可以看出, 电容性耦合引起的感应电压 正比于骚扰源的工作频率、 敏感电路对地的电阻 R2(一般情况下为阻抗)、 分布电容C、 骚扰源电压U1。 电容性耦合主要在射频频率形成骚扰, 频率越高, 电容性耦合越明显。 电容性耦合的骚扰作用相当于在电路2与地之间连 接了一个幅度为In=jCU1的电流源。 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 一般情况下, 骚扰源的工

6、作频率、 敏感电路对 地的电阻R2(一般情况下为阻抗)、 骚扰电压U1是预先 给定的, 所以, 抑制电容性耦合的有效方法是减小抑制电容性耦合的有效方法是减小 耦合电容耦合电容C C。 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 图 3-2 地面上两导线间电容性耦合模型 下面我们继续分析另一个电容性耦合模型。 该模型 是在前一模型的基础上除了考虑两导线除了考虑两导线(两电路两电路)间的耦合间的耦合 电容外电容外, 还考虑每一电路的导线与地之间所存在的电容。还考虑每一电路的导线与地之间所存在的电容。 地面上两导体之间电容性耦合的简单表示如图3-2所示。 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 (3-3)

7、12 N1 122G j 1j C R UU R CC 根据图3-2(b)的等效电路, 导体2与地之间耦合 的骚扰电压UN能够表示为 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 如果R为低阻抗, 即满足: 那么, (3-3)式可化简为 122G 1 j R CC (3-4) N121 jUC RU 假定骚扰源的电压U1和工作频率f不能改变, 这样只留 下两个减小电容性耦合的参数C12和R。减小耦合电容C12 的方法是屏蔽导体或增加导体间的距离)。 若两导体之间 距离加大, C12的实际值会减少, 从而降低导体2上感应到 的电压UN, 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 如果R为高阻抗, 即满足:

8、那么, (3-3)式可简化为 (3-6)式表明, 在导体2与地之间产生的电容性耦合骚扰电压 与频率无关, 且在数值上大于(3-4)式表示的骚扰电压。 122G 1 j R CC (3-6) 12 N1 122G C UU CC 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 2. 屏蔽体对电容性耦合的作用屏蔽体对电容性耦合的作用 图 3-5 导体2 具有屏蔽体时两导线间电容性耦合模型 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 考虑导体考虑导体2对地电阻为无限大的值对地电阻为无限大的值, 导体导体2完全屏完全屏 蔽蔽, 此时此时C12、C2G均为零。均为零。 由图3-5(b)可知, 屏蔽体耦合到的骚扰电压US

9、为 由于没有耦合电流通过C2S, 因此完全屏蔽的导体2 所耦合的骚扰电压为 UN=US(3-9) (3-8)1S S1 1SSC C UU CC 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 实际上,屏蔽体接地,那么电压US0, 从而UN0， 导体2通常部分延伸到屏蔽体外, 如图3-5(a)所示。 此时, C12、C2G均需要考虑。 屏蔽体接地, 且导体2对地电阻为无限大的值时, 导 体2上耦合的骚扰电压为 (3-10) 1 2S2G12 12 N U CCC C U 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 C12的值取决于导体的值取决于导体2延伸到屏蔽体外的那一部分的延伸到屏蔽体外的那一部分的 长度。

10、长度。 良好的电场屏蔽必须使导体2延伸到屏蔽体外的那 一部分的长度最小, 必须提供屏蔽体的良好接地。 假定假定 电缆的长度小于一个波长电缆的长度小于一个波长, 单点接地就可以实现良好的单点接地就可以实现良好的 屏蔽体接地。屏蔽体接地。 对于长电缆对于长电缆, 多点接地是必须的。多点接地是必须的。 导体导体2对地电阻为有限值的情况。对地电阻为有限值的情况。 根据图3-5(c) 的简化等效电路知, 导体2上耦合的骚扰电压为 (3-11) 12 N1 122G2S j 1j C R UU R CCC 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 当时, (3-11)式可简化为: (3-12)式和(3-4)式

11、的形式完全一样, 但是由于导体2此时被 屏蔽体屏蔽, C12的值取决于导体2延伸到屏蔽体外的那一 部分的长度, 因此C12大大减小, 从而降低了UN。 122G2S 1 j () R CCC (3-12) N121 jURC U 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 3.1.2 电感性耦合电感性耦合 当一根导线上的电流发生变化, 而引起周围的磁场 发生变化时, 恰好另一根导线在这个变化的磁场中, 则 这根导线上就会感应出电动势。 于是, 一根导线上的信 号就耦合进了另一根导线。 这种耦合称为电感性耦合电感性耦合 或磁耦合。或磁耦合。 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 图 3-7 两电路间的

12、电感性耦合 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 1. 电感性耦合模型电感性耦合模型 电感性耦合也称为磁耦合磁耦合, 它是由磁场的作用所引 起的。当电流I在闭合电路中流动时, 该电流就会产生 与此电流成正比的磁通量。 I与的比例常数称为电电 感感L, 由此我们能够写出: =LI(3-13) 电感的值取决于电路的几何形状和包含场的媒质的磁 特性。 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 当一个电路中的电流在另一个电路中产生磁通时, 这两个电路之间就存在互感互感M M12 12, 其定义为 (3-14) 12表示电路1中的电流I1在电路2产生的磁通量。 由法拉第定律可知, 磁通密度为B的磁场在面积为

13、S 的闭合回路中感应的电压为 1 12 12 I M (3-15) N d d d S U t BS 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 其中, B与S是向量, 如果闭合回路是静止的, 磁通密度随 时间作正弦变化且在闭合回路面积上是常数, B与S的夹 角为, 那么(3-15)式可简化为 如图3-6所示, S是闭合回路的面积, B是角频率为(rad s)的正弦变化磁通密度的有效值, UN是感应电压的有 效值。 (3-16) N jcosUBS 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 图 3-6 感应电压取决于回路包围的面积S 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 因为BS cos表示耦合到敏感电

14、路的总磁通量, 所 以能够把(3-14)式和(3-16)式结合起来, 用两电路之间 的互感M来表示感应电压UN, 即 (3-16)式和(3-17)式是描述两电路之间电感性耦合 的基本方程。 (3-17) 1 N1 d j d i UMIM t 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 (3-16)式和(3-17)式中出现的角频率为(弧度秒), 表明耦合与频率成正比。为了减小骚扰电压, 必须减小 B、S、cos。 欲减少欲减少B B值值, , 可利用加大电路间的距离或将导线可利用加大电路间的距离或将导线 绞绕绞绕, , 使绞线产生的磁通密度使绞线产生的磁通密度B B能互相抵消掉。能互相抵消掉。 至于

15、受 干扰电路的面积S, 可将导线尽量置于接地面上, 使其减 至最小; 或利用绞线的其中一条为地电流回路, 使地电 流不经接地平面, 以减少回路所围的面积。cos的减小 则可利用重新安排干扰源与受干扰者的位置来实现。 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 图 3-7 两电路间的电感性耦合 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 磁场与电场间干扰的区别方法磁场与电场间干扰的区别方法: 第一, 减小受干扰电路的负载阻抗未必能使磁场干扰的 情况改善; 而对于电场干扰的情况, 减小受干扰电路的负载阻 抗可以改善干扰的情况。 第二,在磁场干扰中, 电感耦合电压串联在被干扰导体中, 而在电场干扰中, 电容耦合

16、电流并联在导体与地之间。 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 图 3-8 电容耦合与电感耦合的判别 利用这一特点, 可以分辨出干扰是电感耦合还是电容耦 合。如图3-8所示，在被干扰导体的一端测量干扰电压, 在另 一端减小端接阻抗。 如果测量的电压减小, 则干扰是通过电 容耦合的; 如果测量的电压增加, 则干扰是通过电感耦合的。 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 2. 带有屏蔽体的电感性耦合带有屏蔽体的电感性耦合 (1) 如果在图3-7的导体2外放置一管状屏蔽体时, 如图 3-9所示。 图 3-9 导体2带有屏蔽体的电感耦合 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 考察一个屏蔽体是否对电感耦

17、合起作用, 只要看屏 蔽体的引入是否改变了原来的磁场分布。 设屏蔽体是非磁性材料构成的, 且只有单点接地或 没有接地。由于屏蔽是非磁性材料的, 因此它的存在对 导体周围的磁通密度没有影响, 导体1与导体2的互感M12 没有变化。所以导体1在导体2上感应的电压与没有屏蔽 时是相同的。 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 在磁场的作用下, 屏蔽体上也会感应出电压, 设导体1与 屏蔽体间的互感为M1S, 则导体1上的电流I1在屏蔽体上感应 的电压为 US=jM1SI1(3-18) 如果屏蔽体只单点接地或没有接地单点接地或没有接地, 屏蔽体上没有电流, 所以不会产生额外的磁场, 因此这个屏蔽层对磁场

18、耦合没有这个屏蔽层对磁场耦合没有 任何影响任何影响。 如果屏蔽体的两端接地两端接地, 屏蔽层上会有电流流过, 这个 电流会产生一个附加的磁场。引起导体2周围磁场的变化, 因此这个屏蔽层对磁场耦合有一定影响这个屏蔽层对磁场耦合有一定影响。 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 3.1.3 电容性耦合与电感性耦合的综合考虑电容性耦合与电感性耦合的综合考虑 前面研究电容性耦合及电感性耦合的模型及计算, 是假 定只有单一类型的干扰耦合, 而没有其他类型耦合的情况, 但 事实上各种耦合途径是同时存在的。 当耦合程度较小且只考 虑线性电路分量时, 电容性耦合(电耦合)和电感性耦合(磁耦 合)的电压可以分开

19、计算, 然后再找出其综合干扰效应。 由前面的分析可知, 电容性耦合与电感性耦合的干扰有 两点差别: 首先, 电感性耦合干扰电压是串联于受害电路上, 而电容性耦合干扰电压是并联于受害电路上; 其次, 对于电感 性耦合干扰, 可用降低受害电路的负载阻抗来改善干扰情况, 而对于电容性耦合, 其干扰情况与电路负载无关。 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 根据第一点差别不难看出, 在靠近干扰源的近端和远 端, 电容耦合的电流方向相同, 而电感耦合的电流方向相 反。 图3-16(a)给出电容耦合和电感耦合同时存在的示意 图, 设在R2G及R2L上的电容耦合电流分别为IC1及IC2, 而电 感耦合电流分

20、别为IL1及IL2, 显然 IL1=IL2=IL, 在靠近干扰源近端在靠近干扰源近端R2G上的耦合干扰电压为上的耦合干扰电压为 U2G=(IC1+IL)R2G(3-30) 远端负载远端负载R2L上的耦合干扰电压为上的耦合干扰电压为 U2L=(IC2IL)R2L(3-31) 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 由(3-30)和(3-31)式可知, ： 对于靠近干扰源端对于靠近干扰源端(近端近端)电容性耦合电电容性耦合电 压与电感性耦合电压相叠加压与电感性耦合电压相叠加,； 对于靠近负载端对于靠近负载端, 或者说远离干扰源端或者说远离干扰源端, 总干扰电压等于电容性耦合电压减去电感性总干扰电压等

21、于电容性耦合电压减去电感性 耦合电压耦合电压, 在进行相减计算时在进行相减计算时, 是以复数形式是以复数形式 进行的。进行的。 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 图 3-16 电容性耦合与电感性耦合的综合影响 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 3.3 辐射耦合辐射耦合 辐射电磁场是骚扰耦合的另一种方式, 除了从骚扰 源有意辐射之外, 还有无意辐射, 例如, 有短(小于4)单 极天线作用的线路和电缆, 或者起小环天线作用的线路 和电缆, 都可能辐射电场或磁场。 辐射耦合的途径主要有: 天线天线, 天线电缆, 天线机壳, 电缆机壳, 机壳机壳, 电缆电缆。 对于辐射耦合, 电磁场理论中近场

22、与远场的概念是 十分重要的。 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 3.3.1 电磁辐射电磁辐射 当场源的电流或电荷随时间变化时, 就有一部 分电磁能量进入周围空间, 这种现象称为电磁能量电磁能量 的辐射。的辐射。 研究电磁辐射, 最简单的是电偶极子电偶极子和磁偶极磁偶极 子子的辐射。 实际天线可近似为许多偶极子的组合, 天线所产生的电磁波也就是这些偶极子所产生的电 磁波的合成。 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 1. 电偶极子的电磁辐射电偶极子的电磁辐射 电偶极子是指一根载流导线, 它的长度l与横向 尺寸都比电磁波长小得多。 图 3-22 电偶极子辐射源 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合

23、机理 由麦克斯韦方程组解得电偶极子周围的电磁场为： (3-46) r 2 2 3 r 23 3 23 0 0 11 sin()cos() sin 4() 11 cos()sin() cos 2()() 111 sin()cos()sin() sin 4()() 0 m m m H H Il Hktkrtkr krkr Il Ektkrtkr krkr Il Ektkrtkrtkr krkrkr E 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 式中: Iml 电偶极子的电矩(Am); r 从坐标中心到观察点的距离(m); k 波数, 电磁波传播单位长度所引起的相位变化, 电磁波的波长, 则有k=2/(

24、rad/m)。 下面按照观察点到电偶极子的距离远近来讨论电 偶极子周围电磁场各分量的表达式。 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 1) 近场区近场区 (即在即在r/(2)的区域内的区域内, kr(2)的区域内, kr1 ) 由(3-46)式可见, 电偶极子产生的场分量主要取决 于1/(kr)的低次项, 而且E与E相比可忽略, 因此在波的 传播方向上的电场分量近似为零, 近似得 (3-48) 2 sinsin() 4 sinsin() 4 m m k Il Etkr r kII Htkr r 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 由式(3-48)可看出, 无论是E还是, 幅值都和角 无关, 仅

25、与角有关, 而且正比于sin。 在90的方向, 即在垂直于偶极子轴线的方向上, 场强E及H最大。 辐 射源向空间辐射的电磁场强度随空间方向而变化的特性 称为辐射源的方向性, 图3-23为电偶极子的方向图。 工程上可以利用(3-47)式与(3-48)式计算电偶极子周 围场强的值, 例如, 当l长为1 cm、 Im为1 A时, 不同距 离上的场强值如表3-8所示。 H 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 图 3-23 电偶极子的方向图 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 表3-8 距电偶极子不同距离的场强 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 2. 磁偶极子的电磁幅射磁偶极子的电磁幅射 参照电

26、偶极子的电磁幅射一节, 用一个磁偶极 子替代电偶极子。 该磁偶极子由假想的一对相距 极小的正、 负磁荷(+qm, qm)组成, 如图3-24(a) 所示。 直径远小于波长的小环天线可作磁偶极子 处理。 将通电小圆环置于xz平面, 环中心与坐标 原点重合, 见图3-24(b)。 设小圆环半径为a, 流过 的电流为im=Im sint, 可求得在空间某点处的电场 与磁场的表达式为 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 (3-49) r 2 4 m 2 2 3 m r 23 2 3 m 23 0 0 11 cos()sin() sin 4() 11 sin()cos() cos 2()() 111

27、cos()sin()cos() sin 4()() 0 E E I a Ektkrtkr krkr I a Hktkrtkr krkr I a Hktkrtkrtkr krkrkr H 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 图 3-24 磁偶极子辐射源 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 1) 近场区(又称感应电场区) 在r(2)的区域内, kr/(2)的区域内, kr1。 由式(3-49)可见, 磁偶极子产生的场分量主要取决于1/(kr)的低次项, 而 且Hr与H相比可忽略, 因此在波的传播方向上的磁场 分量近似为零, 得 (3-51) r 23 m 23 m 0 sincos() 4 s

28、incos() 4 H I a k Htkr r I a k Etkr r 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 由(3-51)式可见, 在磁偶极子的远场区, 电磁场 与空间的关系完全和电偶极子相仿。 当=90时, 即在线圈所在平面上, 电场与磁场为最大值。 同样, 当一小圆环的半径a为0.564 cm, 通过的 电流为1 A时, 其周围的场强值列于表3-9。 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 表3-9 距磁偶极子不同距离的场强 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 3.3.2 近场区与远场区的特性近场区与远场区的特性 1. 近场区近场区 1) 波阻抗 在上述分析中, 把r/(2)的区域作

29、为近场区, 但在 电磁屏蔽领域通常把与偶极子相距为r/(2)的 区域称为远场区。 由式(3-48)和式(3-51)可见, 在远场区电 磁场只有与传播方向垂直的两个场分量E和H, 或H和E 有关, 在传播方向没有场分量, 称为横电磁(TEM)波, 又称 平面电磁波。 图3-28 为平面电磁波中电场与磁场的瞬时分 布。 平面电磁波具有下列特性: 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 图 3-28 远场区平面波的瞬时场分布 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 (1) 电磁波的两个场分量电场与磁场在空间相互 垂直, 且在同一平面上。 (2) 电场和磁场在时间上同相位。 (3) 平面波在自由空间的传播

30、速度 8 c 00 3 10V ( m /s ) 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 (4) 自由空间电场和磁场分量的比值(波阻抗)是一常 数, 与场源的特性和距离无关。 对于电偶极子, 可由式(3- 48)得到波阻抗Zw为 (3-55) 用磁偶极子远场区的E和H的表达式可获得同样的 结果。 0 w 0 120377 ( ) E Z H 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 (5) 平面波中电场的能量密度We和磁场能量密度 Wm各为电磁波总能量的一半, 即 (3-56) (3-57) (3-58) 2 e 2 E W 2 2 m H W emem 22WWWWW 第第3章章 干扰耦合机理干扰

31、耦合机理 (6) 电磁波能量的传播方向由坡印廷矢量确定, 可用下 式表示: 式中: 为坡印廷矢量; 和为互相垂直的电场 与磁场矢量。 (7) 电场与磁场均随离开场源的距离成反比地减小(见 图3-27)。 电磁兼容性测试时常利用这种关系进行电磁发 射极限值转换。 例如, 在国家标准信息技术设备的无线 电骚扰限值和测量方法中, 规定在30230 MHz频段, B 级受试设备的10 m准峰值限值为30 dBV/m, 当改用 3 m距离测量时, 限值将增加到40.5 dBV/m。 (3-59) HES S E R 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 3. 空气波阻抗与场源特性、空气波阻抗与场源特性、

32、 波长、波长、 距离的关系距离的关系 综上所述, 近场区与远场区的波阻抗有明显区别。 分析金属板的电磁屏蔽效能时, 正是这种材料界面上波阻 抗的差异导致了反射损耗, 因此波阻抗是屏蔽效能计算中 极重要的一个参数。 图3-25给出了自由空间不同场区的 波阻抗随频率及距离变化的关系。 进入远场区之后, 波 阻抗将趋向恒定的377 。 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 4. 导体的波阻抗导体的波阻抗 导电媒质的波阻抗可由电磁波在远区自由空间传播 时波阻抗表达式(3-52)推出。 只需以导体的复介电常数 代替自由空间的。 导体的波阻抗以 表示, 有 对良导体而言, 有, 则 j(/) s Z S

33、j(/)j Z jj 44 SS 1jee j2 ZZ 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 上式中为良导体波阻抗的模, 有 (3-60) 式中: 为导体的磁导率, 非铁磁性材料的=0; 为导体的 电导率; 为电磁波的角频率。 从ZS的表达式可见, 电磁波在良导体内传播时电场与磁 场相位差/4, 而且由于导体引入的损耗, 其幅度将按指数规 律下降, 坡印廷矢量如图3-29所示。 S Z S Z SS ZZ 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 图 3-29 电磁波在导体内的传播特性 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 (3-61) 一般资料只提供相对电导率r和相对磁导率r, 见表3.8。 把

34、r和r代入式(3-60)后, 可得 式中: r=/0, 0=4107(H/m); r=/Cu, Cu为铜的电导率, Cu=5.8107(S/m)。 例如, 在频率为1 MHz时, 按式(3-61)可求得铜对电磁波 的波阻抗为0.368 m。 7 r SS r 3.68 10 f ZZ 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 3.3.3 电磁波的极化电磁波的极化 极化是指平面波的电场强度E在空间某一定点的方 向变化情况。 无论是在抑制电磁波传播或电磁兼容性 试验中, 都会遇到电磁波的极化问题。 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 沿x方向传播的平面波, E和H都在y-z平面上。 若 Ez=0,

35、只有Ey存在(电偶极子垂直放置时在近场区所产生的 电磁波就属此情况), 则称该平面波极化于y方向, 如图3- 30(a)所示。 Ey垂直于地平面, 又称垂直极化。 若Ey0, 只有Ez存在(电偶极子水平放置时在近场区的情况), 则称 该平面波极化于z方向。 Ez平行于地面, 又称水平极化。 一般情况下, Ez和Ey均存在且同相, 平面电磁波中合成电 场的方向取决于Ez和Ey的相对大小。 电场方向和z轴间形 成的夹角arctan(|Ey|/|Ez|)不会随时间变动, 如图3-30(b)所示。 上述三例中, 瞬时场向量的端点始终沿一直线移动, 统称 为线性极化波。 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 图 3-30 线性极化示意 第第3章章 干扰耦合机理干扰耦合机理 若Ey、 Ez均存在, 但不同相, 即Ey和Ez的极大值发生在 不同的时间, 则合成电场向量的方向将随时间而变。 这时 电场向量E的端点随时间的轨迹是个椭圆, 称为椭圆极化, 如 图3-31(a)所示。 椭圆极化波的特例是: 当Ey和Ez的大小相等, 相位差90时, 合成电场E的轨迹是个圆, 称为圆极化, 如图 3-31(b)所示。 圆极化波分左旋和右旋, 其旋向应与圆极化 收、 发天线的旋向一致。 应该说明, 线极化波可以分解为 一对左、 右旋的圆极化波, 如图3-31(c)所示。 反之, 一个圆 极化波也可