第二章_电磁骚扰的耦合与传输理论(2课时)

§2.2.3 电感性耦合
1.电感性耦合模型 电感性耦合（Inductive Coupling）也称为磁耦合，它是由两电路 间的磁场相互作用所引起。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 。 该磁通量 与电流I的比值称为电感（L＝ /I)。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。
电偶极子是最基本的电磁辐射单元。一段通有高频电流的
直导线，当导线长度 l 远小于波长(l /
1 )，且导线直径与
导线长度之比远小于1时，可近似的认为导线上各点电流的 幅值和相位相同。这样的一段直导线称为基本振子或电偶极 子。
§2.3.1 电磁辐射的物理概念
随时间变化的电磁扰动是以有限速度传播的，称之 为电磁波动或电磁波。
产生辐射的直接原因是变化的电场和变化的磁场的相互转化。麦
克斯韦方程表明：电磁场变化的快慢决定了电磁场的强弱，也就决定
了电磁辐射能量的多少。 由于电磁场变化的快慢是由波源的频率决定的，所以波源的频率 是直接影响电磁辐射的重要因素之一。 当波源频率很高时，电场的高速变化在空间形成强大的位移电流。
位移电流接着在其邻近空间产生强的磁场，而该磁场随时间的变化又
因此，辐射骚扰通常存在四种主要耦合途径：天线耦
合、导线感应耦合、闭合回路耦合和孔缝耦合。
§2.5.1 导体的天线效应
任何载有时变电流的导体都能向外辐射电磁场，同样，
任何处于电磁场中的导体都能感应出电压。
因此，金属导体在某种程度上可起发射天线和接收天
图中， Z1、U1及Z12组成电路1 Z2 、 Z12组成电路2 Z12为电路1和电路2的公共阻抗
1）直接传导耦合 由式
U2 = Z12 U1 Z1 +Z12
，若
Z12
，则 U1 ＝U2 ，
即电路1的电压U1直接加至电路2，形成直接传导耦合。
骚扰经导线直接耦合至电路是最明显的事实，但却往往被 人们忽视。导线经过存在骚扰的环境时，即拾取骚扰能量 并沿导线传导至电路而造成对电路的干扰。
的时间，束缚电磁波的电磁总能量是随时间减少的，波源由电磁场吸收能量，也
就是束缚电磁波交出能量。
束缚电磁波的能量是不向远方辐射的。
另一类是电磁能量完全辐射的，即自由电磁波。在远离波源的地方，电磁波 能量基本上完全是自由电磁波能量。
在波源附近除了束缚电磁波以外，也有自由电磁波， 只是束缚电磁波的能量或电磁场比自由电磁波大得多。 束缚电磁波的电磁场也称为感应场， 而自由电磁波的电磁场则称为辐射场。 在离开波源相当远的区域辐射场又比感应场强得多。
式中：
式
表明：
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）、耦合 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 的电流源。
一般情况下，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）、骚扰源电压U1是预先给定的， 所以，抑制电容性耦合的有效方法是减小耦合电容C。
ZW＝
它等于媒质的波阻抗（特征阻抗)。在自由空间，基本 振子的波阻抗可以简化为
ZW＝
＝
但是近区场的波阻抗表示式复杂的多，且电基本振 子和磁基本振子的近区场的波阻抗表示式完全不同。
0 ＝Z0＝120 377 0
在近场（The Near Field）中，波阻抗取决于源的性质 和源到观察点的距离。 如果源具有高电流、低电压（近场波阻抗小于媒质的 波阻抗）的特性，那么近场中占优势的场是磁场。 相反地，如果源具有低电流、高电压（近场波阻抗大 于媒质的波阻抗）的特性，那么近场中占优势的场是电场。 在近场中，必须分别考虑电场和磁场，因为近区场的 波阻抗不是常数。然而，在远场（The Far Field）中，电 场和磁场互相垂直且都垂直于传播方向，形成了平面横电 磁波TEM波（具有媒质的波阻抗）。 因此，当讨论平面电磁波的时候，假定电场、磁场处 于远场区；当分开讨论电场、磁场时，就认为电场、磁场 处于近场区。
理论和实践都已经证明，电磁波的电场能量和磁场
能量能够脱离场源在空间传播。电磁能量向远处传播而
不再返回场源的现象称为电磁辐射。
电磁波就其与波源的关系来看，可以分为两类： 一类是在波源附近的束缚电磁波，它的电磁能量不仅在电场能量与磁场能量 之间来回转换，而且在波源与其周围空间之间来回转换。 某时束缚电磁波的电磁总能量是随时间增加的,这时波源供给能量；在另外
第二章 电磁骚扰的耦合与传输理论
复 习
电磁干扰（Electromagnetic Interference）是指电磁骚扰
引起的设备、传输通道或系统性能下降。
电磁骚扰（Electromagnetic Disturbance）是指任何可能 引起装臵、设备或系统性能降低，或者对有生命物质或无生 命物质产生损害作用的电磁现象。 电磁骚扰强调任何可能的电磁危害现象 。
在附近产生变化的电场即位移电流，如此循环往复。 变化的电磁场不但相互转化而且在空间向前推进，这种推进的过
程即为电磁波的辐射过程。
波源频率越高，位移电流就越强，辐射的电磁能量就越多。
§2.3.3 近区场与远区场
由电基本振子和磁基本振子的电磁场分布表示式可见， 电场强度和磁场强度由几项组成，各项的数值均随离开场 源的距离的增加而减小，但是各项的减小程度不同。
且“传导耦合包括通过线路的电路性耦合，以及导体间电 容和互感所形成的耦合”，如下图所示：
还有一种观点认为，传导耦合的传输电路是由“金属
导线或集总元件构成”，因此将导线与导线之间的分布参
数耦合作为辐射耦合的一部分，如下图所示：
§2.2 传导耦合的基本原理
传导耦合按其耦合方式可以划分为三种基本方式： ①电路性耦合 ②电容性耦合 ③电感性耦合 实际工程中，这三种耦合方式同时存在、互相联系。
在 kr
而在
1 的各点，电磁场主要取决于分母中含的kr的
最低次幂项；
kr
1的各点，电磁场主要取决于分母中含的
kr的最高次幂项。 根据这个概念，整个存在电磁场的空间分为三个区：
kr
1的远区， kr
1 的近区， kr 1 的中间区。
1. 远区场——辐射场
当 kr
1或r
/ 2 时，场点P 与源点的距离r
电磁干扰强调这种电磁危害现象产生的结果。
电磁干扰是由电磁骚扰引起的后果。
所以，我们先讲电磁骚扰，然后讲电磁干扰
电磁干扰三要素: 电磁干扰源、干扰传播途径、敏感设备
产生电磁干扰三要素表明：任何电磁干扰的产生必然 存在电磁骚扰（或者骚扰电磁能量）的耦合与传输途径。 这里，“耦合”的概念指的是电路、设备、系统与其
存在着被骚扰的威胁。
任何骚扰必须使电磁能量进入接受器才能产生危害，那 么电磁能量是怎样进入接受器的呢？这就是辐射的耦合问题。 一般而言，实际的辐射骚扰大多数是通过：
①天线、电缆导线和机壳感应进入接受器。 ②电缆导线感应，然后沿导线传导进入接受器； ③接收机的天线感应进入接受器； ④接受器的连接回路感应形成骚扰； ⑤金属机壳上的孔缝、非金属机壳耦合进入接收电路。
§2.5 辐射耦合
通过辐射途径造成的骚扰耦合称为辐射耦合。
辐射耦合是以电磁场的形式将电磁能量从骚扰源经空 间传输到接受器（骚扰对象）。这种传输路径小至系统内 可想象的极小距离，大至相隔较远的系统间以及星际间的 距离。许多耦合都可看成是近场耦合模式，而相距较远的 系统间的耦合一般是远场耦合模式。
辐射耦合除了从骚扰源有意辐射之外，还有无意辐射。 例如无线电发射装臵除发射有用信号外，也产生带外无意 发射。骚扰源以电磁辐射的形式向空间发射电磁波，把骚 扰能量隐藏在电磁场中，使处于近场区和远区场的接受器
如图3-10所示，
S 是闭合回路的面积；
B 是角频率为ω (弧度/秒)的正弦变化磁通密度的有 效值(The RMS Value)； Un是感应电压的有效值。
§2.3 电磁辐射的基本理论
电磁兼容问题实际上是要解决系统内部或系统间的电磁 干扰问题。 骚扰源产生的骚扰通过辐射耦合或（和）传导耦合到接 受器。在分析骚扰源时常常用到两个基本的骚扰源（天线） 模型，即基本电振子（短线天线）和基本磁振子（小圆环天 线）。 “短”和“小”是相对于其辐射的电磁波的波长而言的， 即l , 。基本振子也称为偶极子。
§2.2.1 电路性耦合
1.电路性传导耦合的模型 电路性耦合是最常见、最简单的传导耦合方式。最简单的电路性传导耦 合模型如图3-2所示。 当电路1有电压U1作用时，该电压经Z1加到公共阻抗Z12上。当电路2开 路时，电路1耦合到电路2的电压为 Z12 U2 = U1 Z1 +Z12 若公共阻抗Z12中不含电抗元件时为共多资料还存在一些分
歧。一种观点认为，传导耦合的传输电路只限定于“电源 线、信号线、控制线、导电部位（如地线、接地平面、机 壳等）”的可见性连接，将电容性耦合和电感性耦合都归 属于辐射传输的近场感应耦合，如下图所示：
另一种观点认为，电容性耦合、电感性耦合以及这两
者共同作用的两导体间的感应耦合均归属于传导耦合范围，
耦合途径有两种方式：
传导耦合：通过电路耦合的干扰。（例如
导线传输、电容耦合、电感耦合。）
辐射耦合：通过空间传输的干扰。
1. 传导耦合 传导耦合是骚扰源与敏感设备之间的主要耦合途径之一。 传导耦合必须在骚扰源与敏感设备之间存在有完整的电 路连接，电磁骚扰沿着这一连接电路从骚扰源传输电磁骚扰 至敏感设备，产生电磁干扰。 传导耦合的连接电路包括互连导线、电源线、信号线、
以电视机为例，敏感设备（即电视接收机）除受到来 自雷电、汽车点火系统、计算机发射的辐射骚扰干扰外，
也受到来自电源线上的传导骚扰侵袭。
传导骚扰可能是空间电磁波作用于电源线形成的感应 骚扰，也可能是计算机产生的骚扰通过电源插座以传导方 式侵袭电视接收机。 正因为实际中出现电磁干扰的耦合途径是多途径、复
杂难辨的，所以才使电磁骚扰变得难以控制。
无意接收，从而导致天线A 对天线B产生功能性电磁干扰；
②场与线的耦合，指的是空间电磁场对存在于其中的导线实施
感应耦合，从而在导线上形成分布电磁骚扰源；
③线与线的感应耦合，指的是导线之间以及某些部件之间的高
频感应耦合。
实际工程中。敏感设备受到电磁干扰侵袭的耦合途径
是传导耦合、辐射耦合、感应耦合以及它们的组合。
接地导体、设备的导电构件、公共阻抗、电路元器件等。
2. 辐射耦合
辐射耦合是电磁骚扰通过其周围的媒介以电磁波的形式 向外传播，骚扰电磁能量按电磁场的规律向周围空间发射。 辐射耦合的途径主要有天线、电缆、导线、机壳的发射 对组合。通常将辐射耦合划分为三种：
①天线与天线的耦合,指的是天线 A 发射的电磁波被另一天线B
§2.2.2 电容性耦合
1.电容性耦合模型 电容性耦合（The Capacitive Coupling）也称为电耦合， 它是由两电路间的电场相互作用所引起。 下页图3-6表示一对平行导线所构成的两电路间的电容 性耦合模型及其等效电路。
假设电路1为骚扰源电路，电路2为敏感电路，两电路间的耦合电容为 C。根据等效电路图（b），可以计算出骚扰源电路在电路2上耦合的骚扰 电压为:
它电路、设备、系统之间的电能量联系，耦合起着把电磁
能量从一个电路、设备、系统“传输”到另一个电路、设 备、系统的作用。 “耦合途径”是从各种电磁骚扰源传输电磁骚扰至敏 感设备的通路或媒介。
§2.1 电磁骚扰的耦合途径
定义：电磁骚扰是指任何可能引起装臵、设备或系统 性能降低，或者对有生命物质或无生命物质产生损害作 用的电磁现象。
远大于波长 ，与这些点相应的区域称为远区。 2. 近区场——感应场 当 kr
1或r
/ 2 时，场点P 与源点的距离r
远大于波长 ，与这些点相应的区域称为近区。
近区场和远区场的性质不同，场分布特点不同，
测量方法也不同。
k，相位系数，单位rad/m
§2.4 近场的阻抗
通常将空间某处的电场与磁场的横向分量的比值称 为媒质的波阻抗ZW。由于一般情况下电场和磁场不相同， 因此波阻抗常常是复数，即 ZW＝ ZW e j 电基本振子和磁基本振子远区场的波阻抗为