辐射干扰及其特性

一、电磁辐射干扰传输通道
3、电波传播的损耗：
不管电波在地表面绕射，还是经电离层反射，或是在自由空间直 射，在传播过程中都会发生能量的损耗
（1）地波传播损耗
（2）天波传播损耗 （3）超短波传播损耗
（3）超短波传播损耗 ① 几何视距之内超短波传播损耗
② 几何视距附近超短波传播损耗
③ 有效视距超短波传播损耗
当一个天线有效长度为已知时，天线的辐射电阻可由式子：
Rr＝20（kLe）2Ω求出； 辐射电阻的大小，意味着断天线辐射电 磁波能量的本领。辐射电阻越大，辐射功率越大！
④ 电磁辐射场区的划分
C.中区场 在近区场与远区场分界处附近，即r =λ/2π的区域附近， 场的各项均不能忽略，这一区域既有感应场也有辐射场。
小环天线称为低电压、大电流低阻抗源
即：对于以磁流元为干扰源的感应场区间，即磁场源发生器 近距场区间，则将出现低阻抗场，
两种天线辐射空间波阻抗与距发生源的距离r的关系
电场源近区场的空间阻抗——高阻抗场 磁场源近区场的空间阻抗——低阻抗场
三、 漏泄场的数学模型 无限长缝隙漏泄的磁场强度
Hg＝H0e－πt/g
jk r
1 r2
sin
其他场量为零
上述公式中：r－－－观察点到源的距离（m） ω－－－角频率， ω ＝2πf，f是频率（Hz）；k－－－相位常数，k＝2π/λ，λ是波长 l－－－电偶极子的长度（m） ； I－－－电流（A） ε0－－－自由空间介电常数， ε0＝8.8542×10－12F/m
② 磁偶极子（磁流元）的数学模型
Hg、H0－－－金属板前后两侧面上的磁场强度
t－－－金属板的厚度 g－－－金属板缝隙宽度
可见：缝隙越深越窄，电磁漏泄就越小
金属板上的电磁漏泄
无缝隙时，由于金属板的吸收损耗，通过金 属板后的干扰场强为：
Ht＝H0e－πt/δ
Ht－－－金属板后侧面的磁场强度
δ－－－集肤深度（m）
＝ 2
μ和δ为金属板的磁导率和电导率
H
Ile jkr
4r
jk
1 sin
r
Er
j
Idl
2 0
e r
jkr 2
jk
1 cos
r
E
j
Idl
4 0
e jkr
r
jk2
jk r
1 r2
sin
但在干扰源附近（ r＜＜λ/2π ）时，如果干扰源具有大电流低电压，则磁 场H起主要作用，如果干扰源具有高电压小电流，则电场E起主要作用， η＝ 120πΩ（自由空间）
④ 电磁辐射场区的划分
H
Idle jkr
4r
jk
1 sin r
Er
j
Idl
2 0
e jkr r2
jk
1 cos
r
E
j
Idl
4 0
e jkr r
jk2
jk r
1 r2
sin
H
Ia 2 4r
e
jkr
(
1 r2
jk r
k 2 ) sin
Hr
Ia 2 2r 2
e jkr (
jk
1) cos
发生源种类与电磁场强度之间的关系概念图
高阻抗场
自由空间远区场的 波阻抗 η＝120πΩ，而在近区场， 对于以电偶极子作为干扰 源的感应场区，则将出现 高阻抗场，并且干扰场主 要是电场发生源起主要作 用
低电流相当于 高阻抗
2、高阻抗场与低阻抗场——阻抗推导
以电偶极子为例：
H
Ile jkr
4r
jk
金属板有n个相同尺寸的圆孔、方孔和矩形孔，圆孔面积S、 方孔面积S’，金属板为F，
设：S＜＜F，S’＜＜F，圆孔直径D ＜＜ λ，矩形孔长边b ＜ ＜ λ，金属板外侧表面磁场强度为H0,通过空洞漏泄到空间的磁 场强度为Hh
则：圆孔－－－－Hh＝4n（S/F）3/2×H0
注意：矩形孔按最不利原则考虑，即在长边b切断电流通路， 破坏了金属板上表面电流分部的情况下，用下式估算：
r
E
0Ia 2
4r
e jkr ( j r
k) sin
电流元在空间的场可分为：近区场；中区场；远区场
④ 电磁辐射场区的划分
A. 近区场（感应近区场） 当r＜＜λ/2π的区域，呈现感应场性质，且电场与 磁场相位相差90°，呈电抗场，是一个谐振的波，与静 电偶极子相似，为感应场； 在电子设备之间或者内部之间，如果两个系统距离足 够小，电磁辐射的干扰场就是感应场，其电场按照r－3 关系衰减，其磁场按照r－2关系衰减，
① 电偶极子（电流元）辐射的数学模型
电偶极子由带有电流向量I，长度为dl 无穷小电流元组成。根据电磁场理 论，电偶极子在球座标下表示为：
电偶极子（电流元）示意图
H
Ile jkr
4r
jk
1 sin
r
Er
j
Idl
2 0
e jkr r2
jk
1 cos
r
E
j Idl
4 0
e jkr r
jk2
1 sin
r
Er
j
Idl
2 0
e r
jkr 2
jk
1 cos
r
E
j
Idl
4 0
e jkr r
jk2
jk r
1 r2
sin
当r＜＜λ时，称为近场，这时上面3式可以简化为：
H
1
4r 2
Idl
sin
e jkr
Er
j
1
2 0
1 r3
Idl
cos
e jkr
E
j
Idl
4 0
e r
jkr 3
波阻抗是一个实数，表示电场与磁场同相，电场变化最大时， 磁场变化也达到最大，反之亦然。故代表一个向r方向的行波， 能流矢量 S = Eθ×Hφ 由Eθ转到 Hφ方向，根据右手定则，母指 方向即为能流方向，与r径向一致
场量 E、H 正比于因子e－jkr/r，表示从电流元发出的波，在 远区场时，是一个球面波。因为在等距离r各点具有相同的相位， 等相位面是一个球面，当r＞＞λ时，球面即为平面，因此辐射 场具有平面波的各种性质。
矩形孔－－－－ Hh＝4n（kS’/F）3/2×H0 , S’＝ab
四、辐射干扰的标准形式的数学模型
天线是辐射和接收电磁波的专用设备，它具有标准的电磁场数 学模式； 所有天线按照一定需要向空间辐射电磁波，对不需要的方面就 会形成辐射干扰； 天线辐射和接收电磁波是有方向性的，即在不同方向上其辐射 和接收电磁波的能力是不同的； 天线的方向特性－－－描述天线定向辐射和定向接收电磁波的 能力的参数，包括：方向图、主瓣宽度、副瓣电平、前后比和 增益等指标； （见天线原理，这里不作赘述）
4、辐射干扰的物理模型
1）物理模型
右边干扰对象，它的两根导线3和4就像天线，接 收电磁场E、H。 这两根导线可能连成一个环， 也可能其中一根导线接地，或者就是地本身。
4、辐射干扰的物理模型
1）物理模型
当 r＞＞λ/2π （远区场）时，E/H=η，η＝120πΩ（自由空间）；干 扰干扰源场的普遍表达式为以下三式：
2、 电磁干扰源分类
1）信息辐射干扰源： 发送设备、本地振荡器、设备功能的非线性、核电磁脉冲辐射等等
2）电磁噪声辐射干扰源： 银河系无线电辐射、太阳无线电辐射、大气中的无线电辐射； 闪电和雷暴的电场、大气中的电流电场、 大地表面的电场； 大地内部的电场、 大地表面的磁场、大地磁层、（大地表面的磁场 与大地磁层统称为自然磁场）； 电力线路辐射干扰源、荧光灯辐射、 降物静电放电辐射干扰； 人体静电放电辐射干扰、机动车干扰源、周围介质的非线性效应； 信息技术设备辐射干扰、工业、科学和医疗设备的辐射干扰
低阻抗场
对于以磁流极子为干扰 源的感应场区，即磁场 源发生器近距场区间， 则将出现低阻抗场，以 ZH表示 ，干扰场主要是 磁场发生源起主要作用
高电流相当于低 阻抗
当r＞＞λ时，称为远场，这时上面3式可以简化为：
H
j
Idl
2r
sin e jkr
E
j
Idlk
4 0
sin
e jkr
可见：H和E都正比于1/r，而此时的波阻抗：
第3章 辐射干扰及其性质
主要内容： 辐射干扰源及其数学模型 辐射干扰频谱 辐射干扰传输通道及其数学模型 接收器 减少辐射干扰的有效措施 常见电磁干扰对的计算 辐射干扰实例分析
第1节 辐射干扰源及其数学模型
电磁辐射干扰－－－指以电磁波形式传播的干扰
辐射干扰三要素
• 辐射干扰源向外辐射能量的特性，如：方向性、 极化、调制特性、带宽等 • 辐射干扰传输通道，即介质（包括自由空间） 对电磁波能量的损耗程度 • 敏感设备：辐射干扰接收器的敏感度、方向性、 极化、选择性、带宽等
k ) sin
a－－－磁偶极子的半径（m）
其他符号的意义与电偶极子 相同
其他场量为零
③ 磁偶极子的辐射
当r变大时，场分量含有r－1项是主要的，表示辐射场； 场分量含有r－2项是主要的，表示感应场；（电场按r－2衰减 ） 场分量含有r－3项是主要的，表示静态场；（磁场按r－3衰减 ） 这三种场都可以传输大量的电磁能量； 在描述电磁辐射周围场时，波阻抗是重要分量： 电磁辐射周围场中某点的波阻抗定义为该点的总电场和总磁场之比。 电偶极子和磁偶极子的波阻抗可以先由前面6个公式给出的场分量求出 该点的总电场和总磁场，然后在求出二者之比－－－波阻抗 波阻抗是一实数，表示电场与磁场同相，电场变化达到最大时，磁场变 化也达到最大，反之亦然。 （ P58 ）
④ 山岭屏蔽损耗
⑤ 超短波在对流层里散射的传播损耗
4、微波传播损耗
二、电磁辐射干扰传输通道数学模型
Idl sin
e jkr
此时：H正比于1/r， E正比于1/r3，而此时的波阻抗：
Z E H
jZ0
2r
Z0
0 120＝377 0
此时：波阻抗为容性高阻抗，正比于1/r，Z0为自由空间波阻抗
单极天线的近场又称为高阻抗场，以电场为主
单极天线称为高电压、小电流高阻抗源
发生源种类与电磁场强度之间的关系概念图
3、 辐射干扰源的数学模型
第2章 电磁干扰源性质与传输
1）基本辐射形式：电偶极子（电流元）和磁偶极子（磁流元） ① 电偶极子辐射数学模型 电子设备中的电路连接线和印制板上的每根金属线，他们的长 度与电磁波的波长在同一数量级以上，这时可以起着发射和接 收天线作用 电偶极子 与电磁波波长相比足够短的电流元（l＜＜λ， l＜＜r ）
④ 电磁辐射场区的划分
B.远区场 （辐射场）
当 r＞＞λ/2π的区域，场随r－1向外辐射，称为辐射场，场分量简化为：
E
j 30kIdl sin
r
e jkr
j
60kIdl sin r
e jkr
H
j kIdl sin e jkr 4r
E
120
E
对自由空间，下式为波阻抗η：
E / H
120 377
一、电磁辐射干扰源
1、构成辐射干扰源的两个条件： （1）有产生电磁波的源泉； （2）能把这个电磁波辐射出去： （3）减少接收器接收干扰的无用信号或噪声
注意：不是任何装置都能辐射电磁波！而是必须满足辐射条件的装置： ① 必须有着开放结构！ ② 几何尺寸与电磁波必须在同一量级！
比如：各种天线；或者不限、结构件、元件、部件满足辐射条件时， 起着发射和接收天线的作用，即能产生天线效应。
Z E H
k
0
Z0
0 120＝377 0
此外，对小环天线，也可以得到类似公式，但近场 时， H正比于1/r3， E正比于1/r2，而波阻抗：
Z E H
2r jZ0
Z0
0 120＝377 0
此时：波阻抗为感性低阻抗，正比于r，Z0为自由空间波阻抗
小环天线的近场又称为低阻抗场，以磁场为主
磁偶极子
是面积为πa2 和电磁波的波长相比足够小的电 流环
不论观察点到干扰源相距多远，观察点总的场 强均可用下式表示：
磁偶极子示意图
H
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Ia 2 4r
e
jkr
(
1 r2
jk k 2 ) sin
r
Hr
Ia 2 2r 2
e jkr ( jk 1 ) cos
r
E
0 Ia 2
4r
e jkr ( j r
3、辐射干扰的频谱
第2节 电磁辐射干扰传输通道
一、电磁辐射干扰传输通道
1、辐射电波传播的两个方面的因素： （1）电磁波本身的特性：频率、波长、方向、极化等 （2）传输通道的介质特性－－－介质、自由空间、土地、海水、森林、山等；
不同的电磁波在不同的介质里传输的方式绝对不同。
2、电波传播的基本概念：根据GB9175-88 长波－－－－100kHz～300kHz，又称地波 中波－－－－300kHz～3MHz， 短波－－－－3MHz～30MHz，又称天波 超短波－－－－30MHz～300MHz， 微波－－－－300MHz～300GHz，
远区场中任何电流分布的场
E
j
60 sin r
l
2 l
I (l)dl
e
jkr
2
j 60 sin r
I0Le e jkr , (dl
0)
Le
1 I0
l
2 l
I (l)dl
2
上式中：
I0－－－在天线中心的电流； Le－－－天线的有效长度，
天线的有效长度在确定一个接收天线两端的开路电压时很有 用，它有时用来表示发射天线的有效性。