干扰信号的特性电磁兼容ppt课件

1、23 骚扰信号的特性2 23 31 1 频谱频谱、定义：任何骚扰信号都可以利用傅里叶级数、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对于非周期骚扰信号分解成不同频 率简谐信号的迭加，率简谐信号的迭加， 这些简谐信号的这些简谐信号的 幅值随频率变化的函数幅值随频率变化的函数CnCn或或F()F()， 称为骚扰信号的频谱。称为骚扰信号的频谱。例例1 1：单一频率信号的频谱是一段直线，如以下图所示。：单一频率信号的频谱是一段直线，如以下图所示。 例例2 2：以下图是电子楼顶测试场地背景电磁噪声的频谱，上面是：以

2、下图是电子楼顶测试场地背景电磁噪声的频谱，上面是程度极化波的频谱，下面是垂直极化波的频谱，可以看出背景程度极化波的频谱，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。电磁噪声中各种信号的频率及其幅度的大小。 0( ) 23 1jntnnf tC e 0/2/21( ) 232TjntnTCf t edtT 、周期性骚扰信号的频谱、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大多数功能性骚扰源产生的都是周期性骚扰信号。号。 设设f ft t是一周期性骚扰信号，可以用傅里是一周期性骚扰信号，可以用傅里叶级数展开为叶级数展开为 其中：其中： 0 0是基

3、波，是基波，n 0n 0是各次谐波。是各次谐波。n0n0频率分频率分量的幅度：量的幅度：0, 22( ), 23 3220, 22Ttf tAtTt 例如：求一周期性方波信号的频谱例如：求一周期性方波信号的频谱, ,如下图，如下图， T T是方波的周期。是方波的周期。 000/222/2000001()22 sin(), 2 sin() 2342jnjnjntnACAedteeTjnTAnnTTAnn 11sin cos22jzjzjzjzzeezeej把233式代入232式*：欧拉公式欧拉公式 00sin() 235 2jntnAf tnen n=1234567800nC0.707A0.5A

4、0.7073A0.7075A16A0.7077A 可以画出周期性方波信号可以画出周期性方波信号f (t)f (t)的频谱曲线，设的频谱曲线，设 ，利用，利用2 23 34 4式可以算出基波和各次谐式可以算出基波和各次谐波的幅度，如下表。波的幅度，如下表。/4T 所以周期性方波信号所以周期性方波信号f (t)f (t)可以展开为：可以展开为： 利用表中的数据可以画出周期性方波信利用表中的数据可以画出周期性方波信号的频谱，如下图。号的频谱，如下图。完好的周期性方波信号的频谱如图完好的周期性方波信号的频谱如图-3-5-3-5所示所示* *。可以看出周期性骚扰信号频谱的特点：可以看出周期性骚扰信号频谱

5、的特点： 、离散性：周期信号的频谱由不延续的谱线组、离散性：周期信号的频谱由不延续的谱线组 成，谱线间隔为成，谱线间隔为00，每条谱线代表一个正，每条谱线代表一个正 弦分量。弦分量。、谐波性：周期信号频谱的每一条谱线，只能、谐波性：周期信号频谱的每一条谱线，只能 出如今基频的整数倍的频率上。出如今基频的整数倍的频率上。、收敛性：各次谐波的幅值随频率的添加而减、收敛性：各次谐波的幅值随频率的添加而减 小，频谱是收敛的。小，频谱是收敛的。 除了基波和各次谐波信号以外，干扰源如发除了基波和各次谐波信号以外，干扰源如发射机还能够产生一些寄生信号，频率低于或高于射机还能够产生一些寄生信号，频率低于或高于

6、基波频率，但不是基波频率的整数倍，称为非谐波基波频率，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普通低于谐波骚扰信骚扰。非谐波骚扰信号的电平普通低于谐波骚扰信号号, , 在一些情况下也能够成为严重的干扰。在一些情况下也能够成为严重的干扰。1( )( ) 2362( )( ) 237j tj tf tFedFf t edt 、非周期性干扰信号的频谱、非周期性干扰信号的频谱 大多数非功能性干扰源大多数非功能性干扰源、设、设f (t)f (t)是一非周期性干扰信号，可利用傅是一非周期性干扰信号，可利用傅 里叶积分展开为里叶积分展开为 ：其中其中F F是非周期性干扰信号是非周期性干扰

7、信号f (t)f (t)的频谱函数。的频谱函数。 01 2lim 10 2tf ttt dtt 且 01j tjFet dtet dt例题：一尖脉冲例题：一尖脉冲求频谱函数求频谱函数F()F()。解：把解：把f ft t代入代入2 23 37 7式，式，F()1 非周期性信号的频谱：一个周期性信号，当非周期性信号的频谱：一个周期性信号，当TT时时 就称为非周期性信号。就称为非周期性信号。例如：图例如：图2 23 36,6,一个周期性方波信号，一个周期性方波信号，TT就成为一就成为一 个孤立的矩形脉冲信号。个孤立的矩形脉冲信号。TT，谱线间隔减小，谱，谱线间隔减小，谱 线变密线变密,T,T时时,

8、 ,谱线间隔谱线间隔00，谱线成为延续的。，谱线成为延续的。 非周期性骚扰信号的频谱是延续的，也是收敛的。非周期性骚扰信号的频谱是延续的，也是收敛的。 一些常见的脉冲信号的频谱如表一些常见的脉冲信号的频谱如表2 21 1所示所示P21P21* *。 下面引见脉冲信号的两个重要的参数：下面引见脉冲信号的两个重要的参数： 脉冲宽度脉冲宽度 矩形脉冲：图矩形脉冲：图2 23 37,7,矩形脉冲的脉冲宽度就是矩形脉冲的脉冲宽度就是。 恣意脉冲：幅度下降为峰值的恣意脉冲：幅度下降为峰值的1 1e e0.3680.368时的时的 宽度，图宽度，图2 23 38 82 2222 22/4222( )( )

9、01( )1/, =1, tj tfFeedteF fefF feff 频谱函数：把自变量换f为：，时是峰值下降为时例：高斯脉冲：例：高斯脉冲： ，求频谱宽度。，求频谱宽度。22/( )tf te、频谱宽度：幅度下降为峰值的、频谱宽度：幅度下降为峰值的1/e1/e时的频谱宽度。时的频谱宽度。2 频谱宽度为 ，如图。 脉冲骚扰和平滑骚扰脉冲骚扰和平滑骚扰 平滑骚扰：骚扰信号在接纳机输入端产生的平滑骚扰：骚扰信号在接纳机输入端产生的 电压电压, ,峰值与平均值之比不超越倍时，峰值与平均值之比不超越倍时， 称为平滑骚扰。如机内热噪声和延续波骚扰；称为平滑骚扰。如机内热噪声和延续波骚扰； 或脉冲继续时

10、间与反复周期能相比较时的脉或脉冲继续时间与反复周期能相比较时的脉 冲骚扰也属于平滑骚扰前一个脉冲还未消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。失，后一个又出现。 脉冲骚扰脉冲骚扰: :骚扰信号在接纳机输入端产生的骚扰信号在接纳机输入端产生的 电压，峰值与平均值之比超越倍时，电压，峰值与平均值之比超越倍时， 称为脉冲骚扰；或脉冲继续时间远小于反复称为脉冲骚扰；或脉冲继续时间远小于反复 周期周期 ( (后一个骚扰脉冲到来之前，前一个骚后一个骚扰脉冲到来之前，前一个骚 扰脉冲已完全消逝，间隔时间较大。扰脉冲已完全消逝，间隔时间较大。 带宽和波形带宽和波形、窄带骚扰和宽带骚扰、窄带骚扰

11、和宽带骚扰 “窄带和窄带和“宽带是相对于接纳机的带宽的。宽带是相对于接纳机的带宽的。 接纳机的带宽：接纳机的总选择性曲线上，低于中点接纳机的带宽：接纳机的总选择性曲线上，低于中点某一规定电平的宽度，用某一规定电平的宽度，用BnBn表示，表示， n n是所规定电平的分贝数，是所规定电平的分贝数，例如，例如，B6B6：6dB6dB带宽，带宽，B3B3：3dB3dB带宽带宽. .例题：在图中，设纵轴是电压例题：在图中，设纵轴是电压U U，求，求6dB6dB带宽和带宽和3dB3dB带带 宽电平下降的倍数。宽电平下降的倍数。20lgU dBUV解：用解：用dBdB表示电压的定义为表示电压的定义为设设U

12、U下降下降n n倍倍UUn n，20lg/20lg20lgU dBU nUn那么那么20lgUn 可以算出：可以算出：UU6dB6dB，n2n2；UU3dB3dB， n1.4 n1.4 。窄带骚扰：骚扰信号的频谱宽度小于接纳的窄带骚扰：骚扰信号的频谱宽度小于接纳的 带宽，普通为几十带宽，普通为几十HzHz几百几百KHzKHz。例如：延续波、调幅波、低调频系数的调频波等例如：延续波、调幅波、低调频系数的调频波等 广播、电视、通讯发射设备、高频焊接广播、电视、通讯发射设备、高频焊接 等有确定频率的设备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纳机宽带骚扰：骚扰信号的频谱宽度大于接纳机

13、的带宽，普通为几十几百的带宽，普通为几十几百MHzMHz。 例如：脉冲干扰雷达发射机、放电辐射例如：脉冲干扰雷达发射机、放电辐射、骚扰信号的波形、骚扰信号的波形正弦波正弦波 延续波延续波矩形波、锯齿波、尖脉冲、窄脉冲矩形波、锯齿波、尖脉冲、窄脉冲 脉冲波脉冲波 由骚扰信号的波形可以了解信号幅度的大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，起始时间小、幅值对时间的分布，起始时间( (前沿前沿) )，持，持续时间宽度，时间滞后，相位滞后续时间宽度，时间滞后，相位滞后, ,波形波形的畸变失真的畸变失真. . 幅度幅度 幅度是指骚扰信号的电压，电流的大小幅度是指骚扰信号的电压，电流的

14、大小 传导干扰传导干扰 或场强、辐射功率密度能流密度的大小或场强、辐射功率密度能流密度的大小 辐射干扰辐射干扰 对于延续波骚扰，幅度可用峰值、准峰值、对于延续波骚扰，幅度可用峰值、准峰值、平均值表示。平均值表示。 对于脉冲骚扰，频谱是延续的，幅度可用频对于脉冲骚扰，频谱是延续的，幅度可用频谱密度表示，例如：谱密度表示，例如：dBV/MHz, dBm/MHzdBV/MHz, dBm/MHz等。等。 时域分析与频域分析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、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，时间值对时间的分布，脉冲的前沿和宽度，时间 滞后

15、，相位滞后，波形的畸变，是以时滞后，相位滞后，波形的畸变，是以时 间轴间轴t t为坐标表示干扰信号。为坐标表示干扰信号。 / 2( )0 / 2Atf tt，表达式：波形函数表达式：波形函数f ft t，例：矩形脉冲，例：矩形脉冲丈量仪器：示波器丈量仪器：示波器、频域分析：分析骚扰信号的频谱分布幅值、频域分析：分析骚扰信号的频谱分布幅值 与频率的关系，是以频率轴与频率的关系，是以频率轴f f或或为坐为坐 标表示干扰信号。标表示干扰信号。2( )sin()2AF表达式：频谱函数表达式：频谱函数F()F()，例：矩形脉冲，例：矩形脉冲 丈量仪器：频谱分析仪，丈量接纳机，选频丈量仪器：频谱分析仪，丈

16、量接纳机，选频 电压表。电压表。1( )( )2j tf tFed( )( )j tFf t edt、时域和频域的转换：利用傅里叶级数或傅里、时域和频域的转换：利用傅里叶级数或傅里 叶积分。叶积分。例如：对于非周期性骚扰信号例如：对于非周期性骚扰信号频域频域时域：时域：时域时域频域：频域：2 23 35 5 出现率出现率1 1、周期性骚扰：周期性反复出现。、周期性骚扰：周期性反复出现。2 2、非周期性骚扰：没有周期性，但一定出现，而、非周期性骚扰：没有周期性，但一定出现，而 且是可以预测的。且是可以预测的。3 3、随机骚扰：没有规律，是不可预测的。、随机骚扰：没有规律，是不可预测的。cos 2

17、38cosxxmyymEEtkzEEtkz 2 23 36 6 极化特性极化特性 设骚扰信号沿设骚扰信号沿z z轴正方向传播，等相位面是轴正方向传播，等相位面是xyxy平平面。普通情况下，辐射场强面。普通情况下，辐射场强E E、H H在等相位面上都有在等相位面上都有两个分量，下面以两个分量，下面以E E为例讨论。为例讨论。 一、假设一、假设ExEx，EyEy相位一样：相位一样：cos 239cosxxmyymEEtEEt 这里设初相位为这里设初相位为0 0。在。在z z0 0的等相位面上，的等相位面上，2222cos 23 10 xyxmymEEEEEt 合场强大小： 11 23 11yymx

18、xmEEtgtgEE 方向： 可以看出：可以看出：ExEx，EyEy相位一样，相位一样，合场强的大小随合场强的大小随 t t 变化，变化， 合场合场强的方向不变，电场矢量只在如强的方向不变，电场矢量只在如图所示的不断线上变化，这种波图所示的不断线上变化，这种波称为线极化波。假设电场矢量只称为线极化波。假设电场矢量只在程度方向上变化，称为程度极在程度方向上变化，称为程度极化波，假设电场矢量只在竖直方化波，假设电场矢量只在竖直方向上变化，称为垂直极化波。向上变化，称为垂直极化波。cos, sin 23 14xmymEEtEEt cos 23 12cos 23 132xxmyymEEtkzEEtkz

19、 二、假设二、假设ExEx，EyEy相位相差相位相差2 21 1、 假设假设ExEx和和EyEy振幅相等，振幅相等，ExmExmEymEymEmEm， 在在z z0 0的等相位面上，的等相位面上，22 23 15xymEEEE 合场强：大小合场强：大小 yxEtgtg tE方向：方向： t 2316222 23 17xymEEE 所以合场强大小不变，方向所以合场强大小不变，方向以角速度以角速度 旋转，旋转，E E 的端点的轨的端点的轨迹是一个圆，如下图，这种波称迹是一个圆，如下图，这种波称为圆极化波。由为圆极化波。由 (2 (23 314)14)式可式可以导出以导出也可以看出的端点的轨迹是一个

20、圆。也可以看出的端点的轨迹是一个圆。 上式为椭圆方程，阐明上式为椭圆方程，阐明E E的端点的轨迹是一个椭圆，的端点的轨迹是一个椭圆，这种波称为椭圆极化波。假设这种波称为椭圆极化波。假设ExEx和和EyEy的相位差的相位差 ，E E 的端点的轨迹也是一个椭圆的端点的轨迹也是一个椭圆, , 但与坐标轴斜交。但与坐标轴斜交。22 2、假设、假设ExEx和和EyEy振幅不相等，在振幅不相等，在z z0 0的等相位面上的等相位面上cos, sinxxmyymEEtEEt两式移项，平方相加得：两式移项，平方相加得：22221 23 18yxxmymEEEE 2 23 37 7 共模骚扰与差模骚扰共模骚扰与

21、差模骚扰对于设备的两个输入端信号线或电源线对于设备的两个输入端信号线或电源线:1 1、 假设两输入端骚扰信号的方向、幅度、相位假设两输入端骚扰信号的方向、幅度、相位 都一样都一样共模骚扰；共模骚扰；2 2、 假设两输入端的骚扰信号的方向相反、幅度假设两输入端的骚扰信号的方向相反、幅度 一样一样差模骚扰。差模骚扰。例如：设有两个设备例如：设有两个设备A A和和B B，经过两根平行导线连，经过两根平行导线连 接，如下图接，如下图 ，辐射场在导线上能够产生，辐射场在导线上能够产生 两种感应电压：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、在导线与系统地构成的回路上产生感应电压 UC UC

22、，如图，如图2 23 31616所示，所示，等效电路如图等效电路如图2 23 31717，产生共模骚扰；产生共模骚扰；、两根导线和设备输出、输入端构成的回、两根导线和设备输出、输入端构成的回 路上产生感应电压路上产生感应电压UDUD，如图，如图2 23 31818所示，所示，等效电路如图等效电路如图2 23 31919，产生差模骚扰。产生差模骚扰。2 23 38 8 近区场和远区场对辐射干扰近区场和远区场对辐射干扰以偶极子天线为例，如图，以偶极子天线为例，如图，22sin1() (23)40 (23)cos1() (231)2sin1(4jkrrjkrrI lHjkerrHHI lEjjker

23、rI lkEjkjrrr 19 20 22) (2322)0 (2323)jkreE 辐射场强为：辐射场强为：23333sin (2325)4coscos (2326) 22sinsin (2327)44 , rI lHrI lpEjrrI lpEjrrdqIj qpq ldt 2 (2324) , 21, 1, 1jkrrkkkrer 、近区场及其特点、近区场及其特点近区场条件：近区场条件：近区场分布：近区场分布：由由2 23 32424式，式，2 23 319192 23 32222式可以写为：式可以写为：*1Re()02avSEH近区场的特点：近区场的特点：、2 23 325252 23

24、 32727式中式中 H H 的表的表 达式和与恒定磁场中一个电流元产生的磁场达式和与恒定磁场中一个电流元产生的磁场 的表达式一样，的表达式一样，ErEr、EE的表达式与静电场中的表达式与静电场中 一个电偶极子产生的电场的表达式一样一个电偶极子产生的电场的表达式一样 辐射源近区的场是似稳场。辐射源近区的场是似稳场。、近区场内电场和磁场相位相差、近区场内电场和磁场相位相差9090，很容易，很容易 算出平均密度矢量算出平均密度矢量: :所以近区场是感应场。所以近区场是感应场。2311,HErr、近区场中、近区场中,E,E和和H H之间没有确定的比例关系，之间没有确定的比例关系， 需求分别丈量需求分别丈量