电磁骚扰传输机理

电磁骚扰传输机理第1页，共53页，2023年，2月20日，星期一第2讲电磁骚扰传输机理《电磁兼容基础》第2页，共53页，2023年，2月20日，星期一Agenda电磁骚扰耦合途径电磁辐射理论基础辐射耦合传导耦合的传输线理论传导耦合骚扰源对敏感设备的骚扰模式第3页，共53页，2023年，2月20日，星期一传导耦合

传导传输必须在干扰源和敏感器之间有完整的电路连接，干扰信号沿着这个连接电路传递到敏感器，产生干扰。辐射耦合

辐射传输是以电磁波的形式传播，干扰能量按电磁场的规律向周围空间发射。1电磁骚扰耦合途径耦合途径？第4页，共53页，2023年，2月20日，星期一1电磁骚扰耦合途径不同学术观点对耦合途径的划分容第5页，共53页，2023年，2月20日，星期一空间辐射电磁波交变电场交变磁场

2电磁辐射理论基础第6页，共53页，2023年，2月20日，星期一2电磁辐射理论基础

麦克斯韦方程组法拉第定律广义的安培定律广义的电场高斯定律磁场的高斯定律电流连续性方程第7页，共53页，2023年，2月20日，星期一2电磁辐射理论基础

基本参数1.场物理量电场强度电通量密度磁场强度磁通量密度第8页，共53页，2023年，2月20日，星期一2电磁辐射理论基础

基本参数2.源物理量体电流密度体电荷密度第9页，共53页，2023年，2月20日，星期一2电磁辐射理论基础

麦克斯韦方程组法拉第定律广义的安培定律广义的电场高斯定律磁场的高斯定律电流连续性方程第10页，共53页，2023年，2月20日，星期一2电磁辐射理论基础

麦克斯韦方程组法拉第定律广义的安培定律广义的电场高斯定律磁场的高斯定律电流连续性方程第11页，共53页，2023年，2月20日，星期一2电磁辐射理论基础

本构关系：媒质的介电常数，单位F/m：媒质的磁导率，单位H/m：媒质的电导率，单位S/m线性、各向同性媒质的本构关系第12页，共53页，2023年，2月20日，星期一2电磁辐射理论基础

边界条件媒质1媒质2边界静态情况下的两种半无限媒质之间的交界面S第13页，共53页，2023年，2月20日，星期一2电磁辐射理论基础

边界条件第14页，共53页，2023年，2月20日，星期一2电磁辐射理论基础

时谐场

在时变电磁场中，如果场源以一定的角频率随时间呈时谐（正弦或余弦）变化，则所产生的电磁场也以同样的角频率随时间呈时谐变化。这种以一定角频率变化的电磁场，称为时谐电磁场或正弦电磁场。第15页，共53页，2023年，2月20日，星期一2电磁辐射理论基础

时谐场第16页，共53页，2023年，2月20日，星期一3辐射耦合

电磁辐射当一个地方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，这种现象称为电磁辐射产生电磁波的辐射源最简单的方式就是电偶极子与磁偶极子；实际辐射源都可看成由许多偶极子组成，所产生的电磁波也就是这些偶极子辐射电磁波的合成。第17页，共53页，2023年，2月20日，星期一电偶极子一段长度比电磁波波长小得多的载流导线3辐射耦合第18页，共53页，2023年，2月20日，星期一电偶极子3辐射耦合第19页，共53页，2023年，2月20日，星期一磁偶极子一个半径a远小于波长的小环形载流导线可看成是磁偶极子3辐射耦合第20页，共53页，2023年，2月20日，星期一磁偶极子3辐射耦合第21页，共53页，2023年，2月20日，星期一3辐射耦合近场与远场远近场的划分是根据两类基本源的场随1/r（r为场点至源点的距离）的变化而确定的，为远、近场的分界点，两类源在远近场的场特征及传播特性均有所不同。第22页，共53页，2023年，2月20日，星期一电偶极子场的波阻抗大于磁偶极子场的波阻抗。前者是容性高阻抗场，电磁场分布易受周围低阻抗物体影响。后者是感性低阻抗场，不易受外界影响；

电磁场能量在r的方向作往返振荡；电偶极子场电场强度按1/r3的规律减小，磁场强度按1/r2的规律减小。磁偶极子场的磁场强度按1/r3的规律减小，电场强度按1/r2的规律减小；近区电磁场的特点3辐射耦合第23页，共53页，2023年，2月20日，星期一远场区中电磁场只有两个互相垂直的场强分量，在传播方向上没有场强分量，因此称为平面电磁波。电场分量和磁场分量在空间上相互垂直，在时间上同相位。在幅值上相比等于常数377。在远场区中，电场与磁场的强度分布与距场源的距离r成反比的减小。可见在辐射场中，场强变化不像感应场中对距离r那么敏感。远区电磁场的特点3辐射耦合第24页，共53页，2023年，2月20日，星期一波阻抗与骚扰源的距离3辐射耦合第25页，共53页，2023年，2月20日，星期一3辐射耦合能量流第26页，共53页，2023年，2月20日，星期一3辐射耦合电偶极子的近场能量主要为电场分量，可忽略磁场分量；磁偶极子的近场能量主要为磁场分量，可忽略电场分量；两类源在远场时，电场、磁场分量均必须同时考虑。能量密度第27页，共53页，2023年，2月20日，星期一3辐射耦合第28页，共53页，2023年，2月20日，星期一3辐射耦合当距离干扰源为远场强时，干扰以空间电磁波的形式耦合到受感器外界电磁骚扰进入电子设备并干扰其中的敏感电路的途径电子设备的接收天线，以及具有天线效应的输入、输出馈线和设备外壳（即开的孔、缝隙是天然的电磁波通道）经有输电线及其配电线进入电子设备的电源系统，并以传导耦合的方式到达受感器第29页，共53页，2023年，2月20日，星期一4传导耦合的传输线理论传导耦合是指通过导体传输的电磁干扰。当电磁干扰源的波长远大于敏感设备的长度时，可以利用电路理论建立传导模型（“低频”方法）；当电磁干扰源的波长远小于敏感设备的长度时，电磁波的传播效应增强，根据电路理论建立传导模型失效，原则上必须采用电磁场理论进行分析（“高频”方法）。再论传导耦合第30页，共53页，2023年，2月20日，星期一波在均匀无损线上的传播4传导耦合的传输线理论波过程第31页，共53页，2023年，2月20日，星期一单位长度线路对地电容和自感为ε为线路绝缘介质的介电常数，μ为导磁系数hp－导体平均对地高度（m）r－导体等值半径（m）4传导耦合的传输线理论第32页，共53页，2023年，2月20日，星期一单位长度线路对地电容和自感为ε为线路绝缘介质的介电常数，μ为导磁系数hp－导体平均对地高度（m）r－导体等值半径（m）可推导出波速度

波速度只和线路的绝缘材料有关，和线路的材质、几何结构、对地距离等都无关，甚至和绝缘的几何结构也无关架空线中的波速度接近光速，290~300m/uS，电缆变化很大，一般在150～265m/uS，交联聚乙烯160左右

4传导耦合的传输线理论第33页，共53页，2023年，2月20日，星期一行波建立电场的过程行波建立磁场的过程行波的传播速度：上两式相乘±表示行波向正反两个方向传播波阻抗：上两式相除±对应正反向行波波阻抗是表征分布参数电路特点的最重要的参数是储能元件，表示导线周围介质获得电磁能的大小具有阻抗量纲，为常量，架空线路一般为4704传导耦合的传输线理论第34页，共53页，2023年，2月20日，星期一架空线路和电缆波速度和波阻抗的特性（2）波阻抗表示为和绝缘材料有关外，和线路的几何结构、对地距离等也有关架空线路：一般单根导线z≈500Ω分裂导线z≈300Ω电缆：一般z=10-100Ω

波阻抗Z和集中参数电阻R的比较：相同点：都是反映电压与电流之比，量纲相同都为Ω不同点：R:电压u为R两端的电压，电流i为流过R的电流Z:电压u为导线对地电压，电流i为同方向导线电流耗能：R将电能转化为热能、光能等，Z不耗能，将能量储存在周围介质里R与导线长度有关，Z只与绝缘参数有关，与导线长度无关

第35页，共53页，2023年，2月20日，星期一电压、电流行波在传播过程中同时是线路和时间的函数以均匀无损线路为模型，建立偏微分方程电压沿x方向的变化是由于电流在L0产生压降电流沿x方向的变化是由于电压在C0产生压降联解，可得波动方程

波动方程的建立4传导耦合的传输线理论第36页，共53页，2023年，2月20日，星期一4传导耦合的传输线理论第37页，共53页，2023年，2月20日，星期一波动方程的求解及含义（1）前行电压波，以速率v向x正方向行进的波反行电压波：，以速率v向x反方向行进的波

电压波的符号只取决于导线对地电容所充电荷的符号，与传播方向无关前行电流波：，以速率v向x正方向行进的波反行电压波：，以速率v向x反方向行进的波电流波的符号，同时取决于电荷符号和运动方向。如：正电荷沿正方向、负电荷沿负方向均为+，而：正电荷沿负方向、负电荷沿正方向均为-

第38页，共53页，2023年，2月20日，星期一波阻抗Z和集中参数电阻R的比较：相同点：都是反映电压与电流之比，量纲相同

都为Ω不同点：R:u为R两端的电压，i为流过R的电流Z:u为导线对地电压，i为同方向导线电流耗能：R将电能转化为热能、光能等，Z不耗能，

将能量储存在周围介质里R与导线长度有关，Z只与绝缘参数有关，与导线长度无关4传导耦合的传输线理论第39页，共53页，2023年，2月20日，星期一5传导耦合电容性耦合电容性耦合模型第40页，共53页，2023年，2月20日，星期一5传导耦合电容性耦合第41页，共53页，2023年，2月20日，星期一5传导耦合电容性耦合地面上两导线间电容性耦合模型第42页，共53页，2023年，2月20日，星期一5传导耦合电容性耦合第43页，共53页，2023年，2月20日，星期一5传导耦合电容性耦合如果R为低阻抗，且满足如果R为高阻抗，且满足第44页，共53页，2023年，2月20日，星期一5传导耦合电感性耦合第45页，共53页，2023年，2月20日，星期一5传导耦合电感性耦合第46页，共53页，2023年，2月20日，星期一5传导耦合电阻性耦合电阻性耦合的一般形式第47页，共53页，2023年，2月20日，星期一5传导耦合电阻性耦合直接传导耦合共阻抗耦合电源内阻及公共线路阻抗形成的耦合第48页，共53页，2023年，2月20日，星期一5传导耦合共阻抗耦合地电流流经公共地线阻抗的耦合第49页，共53页，2023年，2月20日，星期一5传导耦