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1、24 干扰信号的传播 干扰信号，由干扰源发生，经过一定的传播途径到达接收机，造成干扰。,241 传导干扰的传播 电导性耦合、电阻性耦合，电容性耦合，电感性耦合一、电导性耦合1、 电导性耦合 电导性耦合是最常见的传输耦合方式，干扰通过连接两元器件或设备（系统）之间的导线、电缆从干扰源直接传输至接收器。在低频情况下，导线表现为单纯电阻，在高频情况下，还应该考虑导线的电感及杂散电容。 圆截面导线的电阻和阻抗 一根均匀截面的导线的直流电阻为 式中导线长度l的单位为m，导线横截面积S的单位为m2，导线电阻率的单位为m。,在高频时，由于趋肤效应，电流向表面集中，趋肤深度可以表示为： 式中为导体的磁导率0r

2、，f为频率，单位是Hz，为电导率，单位是S/m。表241中列出几种常用导线材料的趋肤深度。 表241 几种常用材料的趋肤深度（ mm ）与频率的关系,从表2-4-1可以看出，对于一般导体如直径为0.8mm的导线，当频率在100kHz以上时，趋肤效应就十分明显了。在有趋肤效应的情况下， 因为高频电流只在截面上靠近表面的部分流动， 所以导线的有效截面比实际截面小，可以写为： ，导线的高频电阻RRF为 可以看出，导线的高频电阻RRF比直流电阻RDC大。表242中列出了一根直径为0.2mm，长度为l0cm的铜导线的高频电阻。,表242 直径为0.2mm，长度为l0cm的铜导线的高频电阻 高频时，除了考

3、虑高频电阻外，导线的电感将起主要作用。对于一根长度为l，直径为D的导线，当l/Dl时，导线的电感为： 式中l和D的单位为m。,导线的总阻抗为： 对于高频情况，LRRF，因此高频时导线的阻抗为：,一般情况下，对于高频信号，LRRFRDC，因此导线的阻抗主要是电感的感抗。频率越高，感抗越大，这对于信号的传输是很不利的。因此要求负载阻抗应和传输线的特性阻抗匹配，这样信号沿传输线传播没有反射，直至终端为负载电阻所吸收。,二、电阻性耦合(共阻抗耦合）、通过公用电源内阻的耦合 如图241所示,放大器1中的干扰信号通过电源,地线构成回路，在电源内阻ZC上产生一电压降ZCii， 与电源产生的干扰电压Vi(如交

4、流声等)叠加，形成一干扰电压 ViZciiVi 加在放大器2上。,、通过公共接地回路的耦合 如图242，BG1的输出电流在公共接地回路的等效电阻ZC上产生一电压降i1ZC，作为干扰电压加在BG2的输入端（将被放大）。,由理论分析可以导出，接地平面上距离为l的两点之间的阻抗为：,其中：RDC：接地平面上的直流表面电阻， RRF：接地平面上的射频表面电阻 K：射频表面电阻与直流表面电阻的比值， 大于1的常数（趋肤效应）， ：相对于铜的某金属的电导率( i / Cu), ：相对于铜的某金属的磁导率(i / Cu)。 接地平面上两点间的阻抗，当l8时，可以变得相当大。,、通过公用地线的耦合 如图243

5、，几台设备通过一根公用导线接地时，接地线上的电流比较大，在接地线上将产生一电压降ZC（I1I2），各设备之间可能互相干扰。,对于电阻性耦合，以上各种公共阻抗（例如电源内阻、公共接地回路的阻抗、公用地线的电阻）都很小，属于分布阻抗（分布电阻），在电路图上都被忽略，但是在研究干扰时，成为干扰信号的耦合途径。三、电容性型耦合： f较高时，干扰信号和可以通过导线间的分布电容从一个回路传到另一个回路，称为。,例如：图244（a），接地板上两平行导线之间的电容耦合，C12是耦合电容，f越高，电容耦合越强。C1、C2分别是两导线对地的电容，等效电路如图244(b)、（c）、（d）所示。,244（b）等效电路

6、244（c）低频244（d）高频,频率较高时，图244（c），干扰电压：耦合系数：一般情况下：,用分贝表示： 常见的传输线的耦合电容（表243，利用电轴法计算）。 例题：两根无限长平行导体圆柱线，半径均为 a，轴线间的距离为 d（d2a）,如图所示, 求单位长度的电容C0 。,解：利用电轴法求解。等效电轴 的位置如图中所 示（ ），导体圆柱体外任一点的电位： 左边导体上的A点：r2b(ha)，r1b(ha)，左边导体的电位为：右边导体上的B点：r2b(ha)，r1b(ha)，右边导体的电位为：,两导体间的电位差单位长度的电容：,三、电感性耦合，干扰信号通过导线间的分布电 感或线圈和变压器的漏磁

7、，从一个回路传到 另一个回路。,例如：如图246，接地板上两平行导线之间 的电感耦合，,等效电路如图247所示，M是互感系数，干扰电压：M是单位长度的互感系数，利用复数计算：,设回路1匹配，i1V1RL1，设回路2也匹配（R2RL2），常见的导线及线圈间的互感：表244。,表245 两根平行导线之间的互感M（H）,242 辐射干扰的传播 主要介绍近距离内辐射干扰的传播。（不介绍远距离的传播，例如：通过电离层和对流层的散射，山峰的绕射，这些在电波传播课程中介绍）一、辐射干扰的发射和接收、辐射干扰的发射（在223节中介绍了辐射干扰 源） 天线辐射：广播、电视、通信、雷达，用天线 辐射。 等效天线辐

8、射：导线、传输电缆中通过高频电流， 就有天线辐射效应。 设备的电磁泄漏，例如ISM设备机壳的缝隙、孔径。, 放电辐射:电晕放电、火花放电、弧光放电、 辉光放电、静电放电。 、辐射干扰的接收 天线接收 等效天线接收：各种导线、电缆、机壳都有 天线效应，可以接受辐射干扰信号。接收能力与干扰信号的特性有关： 水平放置的天线，可以接收水平极化波干扰 信号， 垂直放置的天线，可以接收垂直极化波干扰 信号。,二、近区场的耦合（近区场：236，范围：r 2 辐射源的近区是感应场，干扰信号的传播没有滞后效应（远区场*）, 近区干扰场在被干扰设备的等效天线（导线、电缆、机壳）上产生感应电动势。三、远区辐射场的传

9、播 辐射源的远区是辐射场，干扰信号以电磁波的形式传播，传播的途径有：地面波传播、天波传播、视距传播、反射传播和绕射传播等。,1、 自由空间电磁波的传播和衰减（自由空间是 指无损耗的空间，如真空）辐射功率密度S和场强E， 设一天线，输入功率为PT，增益为GT，则在距天线r处最大辐射方向上的辐射功率密度：,由远区 可以解出* ： 自由空间中的传播衰减 设一接收天线的有效接收面积为Ae，增益为GR，则：,接收天线的输出功率（由(2-4-16)、(2421)） 定义自由空间中的传播衰减为：用dB可以表示为： 可以看出，自由空间内的传播衰减与f和r有关，r或f增大1倍，衰减6dB * 。, 损耗媒质中的

10、传播衰减（例如空气中）， 由于空气对电磁波的吸收或散射，电磁波在传播过程中有损耗，设损耗为A，定义为： 是负值其中：E是接收点的实际场强（测量），E0是该点 的自由空间场强（计算）。 A与辐射频率、传播距离、地面参数、气候条件等因素有关。 损耗媒质中的传播衰减为：,2、辐射干扰的传播途径 表246 电磁波波段的划分, 地面波传播：沿地表面传播 地面波受地面参数(、干湿程度等)的影响很大，f越高，地面对电磁波的吸收越强，所以地面波主要传播较低频率的电磁波（一般30K30MHz），例如长波和中波。地面波主要是垂直极化波。 天波传播 天线发射的电磁波，在高空被电离层反射后到达地面的接收点，称为天波传

11、播。长波、中波、短波都可以利用天波传播。天波传播受电离层的厚度和高度的影响，并受到太阳、地球磁场的影响，还与时间有关。,视距传播 在超短波和微波段，由于频率很高,电磁波沿地面传播的损耗很大，又不能被电离层反射,主要采用视距传播方式。 视距传播是指在发射天线和接收天线能互相“看得见”的距离内，电波从发射天线直接传播到接收点，也称为直接波或空间波传播。在接收点，除收到直射波外，还可以接收到地面反射波，如图248所示。电视、调频广播、移动通信，微波接力通信都属于视距传播。,透射传播 干扰信号透过障碍物（如建筑物）的传播。例如：电磁波穿过墙壁的损耗与墙壁的结构(钢筋混凝土 结构、砖木结构）及干湿程度有

12、关。 测试表 明，高大建筑物（钢筋混凝土结构 ）单层墙壁对电 磁波的衰减约为 510 dB，单栋建筑物的衰减约为 1520dB。 绕射（衍射）传播 干扰信号绕过传播路径上的障碍物的传播方式（测量中，紧贴建筑物后信号很弱，远离一些，信号又增强）。波长越长绕射能力越强，因此长波、中波、短波绕射能力比较强，超短波（电视、调频广播）、微波绕射能力比较弱，机壳上缝隙的泄漏也是绕射传播。, 反射传播干扰信号可以通过地面、建筑物、大型广告牌、车辆的金属外壳的反射到达接收点。四、辐射场与被干扰设备的耦合 1、辐射场通过天线的耦合干扰。 2、辐射场对导线（或回路）的耦合干扰。 很多电子设备用金属壳屏蔽，干扰场可

13、以通 过引出的电源线或电缆耦合进入设备造成干 扰。设有两个设备A和B，通过两根平行导线 连接，如图249（a）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249(b)所示，等效电路如图2 49(c)所示。,设辐射场为若辐射场以电场为主(f较高时),在回路上产生的感应电压：,h：导线距地面的高度，l：导线的长度。若辐射场以磁场为主(f较低时)，在回路上产生的感应电压：,UC在两根导线中产生方向相同、大小和相位也相同的电流i1、i2，UC称为共模电压，这种场对回路的耦合称为共模耦合。两根导线和设备（输出、输入端）构成的回 路上产生的感应电压UD，

14、如图 2-4-10(a)所 示，等效电路如图 2-4-10(b)，计算方法与 上面相同。,若辐射场以电场为主：若辐射场以磁场为主： UD在两根导线中产生方向相反、大小相等的电流I1、i2，UD称为差模电压，这种场对回路的耦合称为差模耦合。 单位电场和单位磁场在回路中产生的干扰电压与频率的关系如图2411、2412所示。可以看出，频率较高时，感应电压就比较大了。,图2411 单位电场在回路中产生的干扰电压 与频率的关系,图2412 单位磁场在回路中产生的干扰电压 与频率的关系,、f每增加10倍，V1/E0（V1B0）增加20dB。、由(2-4-29)式、(2-4-31)(2-4-33)式： l（

15、2n1），n1，2，出现 极大值( ) l2n，n1，2，出现极小值：,、辐射场对机壳的耦合干扰辐射场可以通过设备机壳上的孔径，缝隙的 衍射（绕射）进入设备内产生干扰，波长越 长绕射能力越强。机壳上没有孔径，缝隙，辐射场也可以通过 在机壳上产生的感应电流耦合到机壳内，由 于趋肤效应，机壳的导体板越厚，耦合到机 壳内的干扰场越弱。243电磁干扰耦合模型 综合241、242的内容，可绘出电磁干扰的耦合模型，如图2413所示。,C：电容耦合，L：电感耦合，Z：共阻抗耦合，NC：近场耦合，FR：远场辐射。,244 电磁干扰的预测计算 建设一些电磁辐射的设备，都要求进行电磁辐射环境预测，例如: 电视发射

16、塔 电视广播信号的覆盖范围， 周围的电磁环境。 电磁干扰预测计算内容很多，包括：地面波干扰场强的计算，天波干扰场强的计算（中波、短波），视距传播干扰场强的计算，超短波干扰场强的计算和微波干扰场强的计算。只介绍一些基本的概念和一些常见的例子。,一、一些基本参数：进行电磁干扰的预测计算， 首先需要了解电磁干扰源，被干扰设备和干扰场的一些基本参数。1、电磁干扰源： 干扰信号的频率或频谱、辐射功 率PT、发射天线的增益GT，辐射方向性（ 方向 图、方向图函数F（，）、天线高度2、被干扰设备：工作频率、距干扰源的距离r，接 收天线的增益GR，接收天线的高度3、干扰场：辐射功率密度S（ 能流密度)，电场强

17、 度E，磁场强度H (或B)，远（近）区场特性， 地面条件，环境条件(周围建筑物的分布),二、地面波场强（例1） 长波和中波，通常采用地面波传播，在距离辐射源r处地面波场强（峰值）的计算公式为*：其中，PT：发射天线的输入功率（KW）， G T：发射天线的增益， r：距离（km）， A：衰减因子， F（，）：发射天线的方向图函数。,推导：,1、地面波衰减因子 对于垂直极化波 对于水平极化波 其中,d：干扰源和被干扰设备之间的距离km， ：大地的相对介电常数， ：大地的电导率， ：干扰信号的波长m。,表247 一些常用的地质参数,2、方向图函数 例如：对于单塔中波天线 其中：h是天线的高度， 是

18、仰角，如图 2 414所示，,对于常用的中波单塔天线，h2（150KW） h4（10KW）地面附近，0，F（）1。 例题：一中波广播发射天线建在城市居民区， 高度为 154m，辐射功率为100KW，增益为1.5dB，发射频率 为972KHz的垂直极化波。求距发射天线500m，高度 为1.6m处的电场强度。解：发射频率为972KHz，波长为308.6m；由表2-4-7,对 于城市居民区， 代入垂直极化波 公式可以求得：,再由（2435）式 A0.99995在距发射天线500m，高度为1.6m处，0.1833由（2436）式可以求出：F(h)取为1.2，再由（2434）式即可求出三、视距传播信号的场强（例2） 视距传播仍如图 248所示，,接收点的场强：其中： 是直射波的场强， rr2r1，是波程差， 2， R和分别是反射点处反射系数的模和 相位。,对于水平极化波，对于垂直极化波， 是反射点处的仰角，不同地质r和与频率的关系曲线，海水和地面上反射系数（包括R和）曲线如图2415（a）、（b）所示。,241