电磁兼容基础06 高频场耦合(2)

1、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

2、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-wire linear antenna excited by an arbitrary E field.,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, et al., EMC Analysis Methods a

3、nd Computational Models, Wiely-Interscience Publication, 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

4、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,Example 1 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，

5、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（Effactive aperture）,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Z

6、L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,Example 2 As an example, let us calculate the coupling between two half-wave resonant dipole antennas. Assume that the dipoles are separated by a distance of 1000 m, are operated at a frequency of 150 MHz, and are or

7、iented parallel to each other for maximum reception. The transmitting dipole is driven by a 100-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. 9150kHz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

8、，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. 150kHz30MHz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. 30MHz300MHz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

9、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. 300MHz1GHz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06dB，驻波比小于1.5，频带范围可达80MHz1GHz，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. 100MHz10GHz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1.61.9，频带范围可达80MHz1GHz