电磁干扰分析
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第二章:电磁干扰分析
低频传输线路模型—— 集总参数电路模型
低频电路条件
模拟电路：l
数字电路：l v，t —v— 传输速度 —— 脉冲t 宽度
低频电路的等效模型—— 集总参数电路模型
ZS US ~
信号源
Rl/2
Rl/2
Cl
ZL
Rl/2
Rl/2
传输线路
负载
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US — 信号源电压
第二章:电磁干扰分析
2.2 电磁干扰的传播及其特性分析
电磁干扰的传播途径
a、传导耦合
b、辐射耦合
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第二章:电磁干扰分析
电磁干扰的传播途径
a1、电阻性耦合
a、传导耦合 a2、电容性耦合
a3、电感性耦合
b11、电感应
b1、近场感应耦合
b、辐射耦合
b12、磁感应
b2、远场辐射耦合
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• 窄带干扰，是指主要能量频谱落在测量接收机的通带之 内。频谱没有覆盖2个以上的10倍频程,带宽
一般只有几十赫兹，最宽只有几十万赫兹。
如调幅（AM）、调频（FM）、基本电源输出及谐波等。
• 宽带干扰，是指能量频谱相当宽，频谱覆盖2个以上的 10倍频程,带宽为几十兆赫兹至几百兆赫 兹，甚至更宽。
一般由上升时间和下降时间很短的窄脉冲形成
ln(2D / d )
2Rs
d
同轴线：D－外导体直径，d－内导体直径 平行线：D－两导体间距，d－导体直径
第16页/共68页
第二章:电磁干扰分析
几种典型传输线的特性阻抗
• 平行双导线
d
d
Zc 120 ln r 276 log r
r
d
平行双线传输线
• 同轴线
R
R
Zc 60 ln r 138log r
第二章:电磁干扰分析
2.1 电磁干扰源及其特性分析
电磁干扰源的分类
大气干扰
雷电干扰
宇宙干扰
自然 干扰源
热噪声 电气化铁路
无线电广播
电磁 干扰源
无线通信
功能性
人为 干扰源
非功能性
电视 雷达 导航
办公设备
输电线
点火系统 开关系统
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家用电器
工业、 医疗设备
第二章:电磁干扰分析
常遇干扰源的频谱范围
ZS — 信号源内阻 Rl — 导线阻抗 ZL — 负载阻抗 Cl — 导线寄生电容
第二章:电磁干扰分析
高频电路（l～）的等效模型—— 分布参数电路模型
i
R0dx
L0dx
x
u
G0dx
C0dx
分布参数：
R0— 分布电阻 L0— 分布电感 G0— 分布电导 C0— 分布电容
dx
特性参数：
传播常数— (R0 jL0 )(G0 jC0 ) j
100KHz～30MHz 空间导航卫星 1GHz～300GHz
100KHz～300GHz 工、科、医用 几万赫兹～几十吉
高频设备
赫兹
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第二章:电磁干扰分析
电磁干扰源的特性分析
• 频谱宽度 • 幅度 • 波形 • 出现率 • 方向性 • 极化特性
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第二章:电磁干扰分析
频谱宽度 电磁干扰能量的频率分布特性 根据干扰的频谱宽度，可分为：
特性阻抗— Zc
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R0 jL0 G0 jC0
第二章:电磁干扰分析
两种典型传输线的特性阻抗
传输线形式 分布参数
分布电容C
分布电感L
分布电导G
分布电阻R
同轴线
2
ln(D / d ) ln D 2 d
2
ln(Baidu Nhomakorabea / d )
Rs ( 1 1 )
D d
平行线
ln(2D / d ) ln 2D d
源
雷电放电
移动通信 电动机
海上导航 电晕放电
直流电源开 关电路
电源开关设 备
频谱
几赫兹～几百兆赫 兹
30MHz～3GHz
10KHz～400KHz
源
电视
微波炉 荧光灯
频谱
30MHz～3GHz
300MHz～3GHz 0.1MHz～3MHz
10KHz～10GHz
广播
150KHz～100MHz
0.1MHz～10MHz 无线电定位 1GHz～100GHz
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第二章:电磁干扰分析
幅度或电平 各频段内的干扰功率（或场强）随时间的分布
• 确定分布： • 随机分布：
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第二章:电磁干扰分析
波形 决定电磁干扰频谱宽度的一个重要因素
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第二章:电磁干扰分析
出现率 电磁干扰随时间出现的规律 • 周期性：在指定时间那重复出现 • 非周期性：不在确定的时间周期内重复出现，但出现时间
两导线上的干扰电流振幅相等，但相位相反。
I1
I1
I2=I1 ~ Ud
#1 I2
#2 ~ Uc
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第二章:电磁干扰分析
共模干扰与异模干扰
• 对地电压与线间电压
• 对地电压：UL = U1 + Uc • 线间电压：UM = U2 + Ud U1 ~
U1：原对地电压
~ U2 ~ U1
U2：原信号电压 UC：由地回路引起的共模干扰电压 Ud：由线间回路受干扰引起的异模干扰电压
第二章:电磁干扰分析
传导耦合的传输线路性质
• 传导耦合
通过导体传输的电磁干扰，主要通过传输线路的电流和电压起作用， 传导干扰频谱可延伸到1GHz以上。
在不同的频率下，传输线路呈现不同的特性，应采用不同的电路模型 和分析方法。
• 传输线路的等效电路模型 根据工作频率与线长 l的关系划分为： • 低频传输线路模型 • 高频传输线路模型
Rr
同轴线
r h
地面上的单导线
• 地平面上方的导线
Zc
60 ln
2h r
138log
2h r
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第二章:电磁干扰分析
共模干扰与异模干扰
• 共模干扰（common-mode interference）
两导线上的干扰电流振幅相差很小，且相位相同。
• 异模干扰（differential-mode interference）
是确定的 • 随机性：表现特性没有规律，不能预测
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第二章:电磁干扰分析
• 极化特性
取决于天线的极化方式。 水平极化、垂直极化、圆极化等
方向性
主瓣轴 1.0
取决于天线的方向图。
0.5
主瓣宽度、副瓣电平、前后比、
增益等
副瓣
2 0.5
0.5
频
率 半功率点 频
率
典型的功率方向图
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第4页/共68页
第二章:电磁干扰分析
脉冲周期 脉冲幅度
时间
脉冲频谱包络
脉冲宽度
载波频率
频率
（a）时域表示
（b）频域表示
雷达脉冲及频谱
正常电压与谐波电压波形
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第二章:电磁干扰分析
判别窄带和宽带干扰的最基本方法： 给定接收机（或被干扰设备的输入级）的通频带带宽（BP） 以及干扰源的基频F0，则干扰类型可判别为， • BP>F0 时，为宽带干扰 • BP<F0 时，为窄带干扰
第二章:电磁干扰分析
低频传输线路模型—— 集总参数电路模型
低频电路条件
模拟电路：l
数字电路：l v，t —v— 传输速度 —— 脉冲t 宽度
低频电路的等效模型—— 集总参数电路模型
ZS US ~
信号源
Rl/2
Rl/2
Cl
ZL
Rl/2
Rl/2
传输线路
负载
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US — 信号源电压
第二章:电磁干扰分析
2.2 电磁干扰的传播及其特性分析
电磁干扰的传播途径
a、传导耦合
b、辐射耦合
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第二章:电磁干扰分析
电磁干扰的传播途径
a1、电阻性耦合
a、传导耦合 a2、电容性耦合
a3、电感性耦合
b11、电感应
b1、近场感应耦合
b、辐射耦合
b12、磁感应
b2、远场辐射耦合
第12页/共68页
• 窄带干扰，是指主要能量频谱落在测量接收机的通带之 内。频谱没有覆盖2个以上的10倍频程,带宽
一般只有几十赫兹，最宽只有几十万赫兹。
如调幅（AM）、调频（FM）、基本电源输出及谐波等。
• 宽带干扰，是指能量频谱相当宽，频谱覆盖2个以上的 10倍频程,带宽为几十兆赫兹至几百兆赫 兹，甚至更宽。
一般由上升时间和下降时间很短的窄脉冲形成
ln(2D / d )
2Rs
d
同轴线：D－外导体直径，d－内导体直径 平行线：D－两导体间距，d－导体直径
第16页/共68页
第二章:电磁干扰分析
几种典型传输线的特性阻抗
• 平行双导线
d
d
Zc 120 ln r 276 log r
r
d
平行双线传输线
• 同轴线
R
R
Zc 60 ln r 138log r
第二章:电磁干扰分析
2.1 电磁干扰源及其特性分析
电磁干扰源的分类
大气干扰
雷电干扰
宇宙干扰
自然 干扰源
热噪声 电气化铁路
无线电广播
电磁 干扰源
无线通信
功能性
人为 干扰源
非功能性
电视 雷达 导航
办公设备
输电线
点火系统 开关系统
第1页/共68页
家用电器
工业、 医疗设备
第二章:电磁干扰分析
常遇干扰源的频谱范围
ZS — 信号源内阻 Rl — 导线阻抗 ZL — 负载阻抗 Cl — 导线寄生电容
第二章:电磁干扰分析
高频电路（l～）的等效模型—— 分布参数电路模型
i
R0dx
L0dx
x
u
G0dx
C0dx
分布参数：
R0— 分布电阻 L0— 分布电感 G0— 分布电导 C0— 分布电容
dx
特性参数：
传播常数— (R0 jL0 )(G0 jC0 ) j
100KHz～30MHz 空间导航卫星 1GHz～300GHz
100KHz～300GHz 工、科、医用 几万赫兹～几十吉
高频设备
赫兹
第2页/共68页
第二章:电磁干扰分析
电磁干扰源的特性分析
• 频谱宽度 • 幅度 • 波形 • 出现率 • 方向性 • 极化特性
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第二章:电磁干扰分析
频谱宽度 电磁干扰能量的频率分布特性 根据干扰的频谱宽度，可分为：
特性阻抗— Zc
第15页/共68页
R0 jL0 G0 jC0
第二章:电磁干扰分析
两种典型传输线的特性阻抗
传输线形式 分布参数
分布电容C
分布电感L
分布电导G
分布电阻R
同轴线
2
ln(D / d ) ln D 2 d
2
ln(Baidu Nhomakorabea / d )
Rs ( 1 1 )
D d
平行线
ln(2D / d ) ln 2D d
源
雷电放电
移动通信 电动机
海上导航 电晕放电
直流电源开 关电路
电源开关设 备
频谱
几赫兹～几百兆赫 兹
30MHz～3GHz
10KHz～400KHz
源
电视
微波炉 荧光灯
频谱
30MHz～3GHz
300MHz～3GHz 0.1MHz～3MHz
10KHz～10GHz
广播
150KHz～100MHz
0.1MHz～10MHz 无线电定位 1GHz～100GHz
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第二章:电磁干扰分析
幅度或电平 各频段内的干扰功率（或场强）随时间的分布
• 确定分布： • 随机分布：
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第二章:电磁干扰分析
波形 决定电磁干扰频谱宽度的一个重要因素
第8页/共68页
第二章:电磁干扰分析
出现率 电磁干扰随时间出现的规律 • 周期性：在指定时间那重复出现 • 非周期性：不在确定的时间周期内重复出现，但出现时间
两导线上的干扰电流振幅相等，但相位相反。
I1
I1
I2=I1 ~ Ud
#1 I2
#2 ~ Uc
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第二章:电磁干扰分析
共模干扰与异模干扰
• 对地电压与线间电压
• 对地电压：UL = U1 + Uc • 线间电压：UM = U2 + Ud U1 ~
U1：原对地电压
~ U2 ~ U1
U2：原信号电压 UC：由地回路引起的共模干扰电压 Ud：由线间回路受干扰引起的异模干扰电压
第二章:电磁干扰分析
传导耦合的传输线路性质
• 传导耦合
通过导体传输的电磁干扰，主要通过传输线路的电流和电压起作用， 传导干扰频谱可延伸到1GHz以上。
在不同的频率下，传输线路呈现不同的特性，应采用不同的电路模型 和分析方法。
• 传输线路的等效电路模型 根据工作频率与线长 l的关系划分为： • 低频传输线路模型 • 高频传输线路模型
Rr
同轴线
r h
地面上的单导线
• 地平面上方的导线
Zc
60 ln
2h r
138log
2h r
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第二章:电磁干扰分析
共模干扰与异模干扰
• 共模干扰（common-mode interference）
两导线上的干扰电流振幅相差很小，且相位相同。
• 异模干扰（differential-mode interference）
是确定的 • 随机性：表现特性没有规律，不能预测
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第二章:电磁干扰分析
• 极化特性
取决于天线的极化方式。 水平极化、垂直极化、圆极化等
方向性
主瓣轴 1.0
取决于天线的方向图。
0.5
主瓣宽度、副瓣电平、前后比、
增益等
副瓣
2 0.5
0.5
频
率 半功率点 频
率
典型的功率方向图
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第二章:电磁干扰分析
脉冲周期 脉冲幅度
时间
脉冲频谱包络
脉冲宽度
载波频率
频率
（a）时域表示
（b）频域表示
雷达脉冲及频谱
正常电压与谐波电压波形
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第二章:电磁干扰分析
判别窄带和宽带干扰的最基本方法： 给定接收机（或被干扰设备的输入级）的通频带带宽（BP） 以及干扰源的基频F0，则干扰类型可判别为， • BP>F0 时，为宽带干扰 • BP<F0 时，为窄带干扰