第2,3章 电磁干扰源及耦合分析 ppt课件
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几种典型传输线的特性阻抗
• 平行双导线
Zc
120lnd276logd
r
r
• 同轴线
R
R
Zc
60ln r
138log r
r
d
平行双线传输线
Rr
同轴线
r h
地面上的单导线
• 地平面上方的导线
2h
2h
Zc
60ln r
138log r
第2、3章 电磁干扰分析
共模干扰与差模干扰
• 共模干扰（common-mode interference）
源
电视
微波炉
频谱
30MHz～3GHz
300MHz～3GHz
10KHz～400KHz
荧光灯
0.1MHz～3MHz
10KHz～10GHz
广播
150KHz～100MHz
0.1MHz～10MHz 无线电定位 1GHz～100GHz
100KHz～30MHz 空间导航卫星 1GHz～300GHz
100KHz～300MHz 工、科、医用 30MHz～300MHz 高频设备
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
第2、3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
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
第2、3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
a、传导耦合
b、辐射耦合
第2、3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2、3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。
i
R0dx
L0dx
x
u
G0dx
C0dx
Leabharlann Baidu
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— (R0jL0)(G0jC0) j
特性阻抗— Zc
R0 jL0 G0 jC0
第2、3章 电磁干扰分析
两种典型传输线的分布参数
传输线形式 分布参数
分布电容C
第2、3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
主瓣轴 1.0
方向性
取决于天线的方向图。
主瓣宽度、副瓣电平、前后比、增益 等
0.5 副瓣
2 0.5 0.5 频 率 半功率点 频 率
典型的功率方向图
第2、3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
第2、3章 电磁干扰分析
2.3 电阻性干扰 • 电阻性干扰：两个回路经公共阻抗而形成的干扰。
雷达脉冲及频谱
第2、3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：如基波、谐波 • 随机分布：如冲击噪声、热噪声
第2、3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2、3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：在指定时间内按一定的周期重复出现 • 非周期性：出现时间是确定的、可预测的，但不具有周期性 • 随机性：表现特性没有规律，不能预测
第2、3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
第2、3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：
• 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。
第2、3章 电磁干扰分析
2.1 电磁干扰源及其特性分析 2.2 电磁干扰的传播及其特性分析 2.3 电路性干扰 2.4 电容性耦合 2.5 电感性耦合 2.6 辐射干扰 2.7 敏感设备及其特性分析
第2、3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
雷电干扰 宇宙干扰
大气干扰
自然 干扰源
U1：原对地电压
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差模干扰电压
~ U2 ~ U1
#1 #2
通常线路上两种干扰分量同时存在。干扰在线路上经过长距离传输后， 差模分量衰减要比共模分量大，且共模分量传输时会向周围空间辐射，差模 分量不会辐射。因此，大部分电源干扰均由共模分量引起。
I1
I1 #1
两导线上的干扰电流振幅相差很小，且相位相同。 I2=I1 ~ Ud I2
• 差模干扰（differential-mode interference）
#2 ~ Uc
两导线上的干扰电流振幅相等，但相位相反。
第2、3章 电磁干扰分析
共模干扰与差模干扰
• 对地电压与线间电压 • 对地电压：UL = U1 + Uc • 线间电压：UM = U2 + Ud U1 ~
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( D / d )
Rs ( 1 1)
Dd
平行线
ln(2D / d ) ln 2D d
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2、3章 电磁干扰分析
—— 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
US — 信号源电压
ZS — 信号源内阻 Rl — 导线阻抗 ZL — 负载阻抗 Cl — 导线寄生电容
第2、3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
无线电广播
电磁 干扰源
无线通信
功能性
人为 干扰源
电视 雷达
导航
热噪声 电气化铁路
非功能性
办公设备
输电线
点火系统
开关系统
家用电器
工业、 医疗设备
第2、3章 电磁干扰分析
常见干扰源的频谱范围
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
• 平行双导线
Zc
120lnd276logd
r
r
• 同轴线
R
R
Zc
60ln r
138log r
r
d
平行双线传输线
Rr
同轴线
r h
地面上的单导线
• 地平面上方的导线
2h
2h
Zc
60ln r
138log r
第2、3章 电磁干扰分析
共模干扰与差模干扰
• 共模干扰（common-mode interference）
源
电视
微波炉
频谱
30MHz～3GHz
300MHz～3GHz
10KHz～400KHz
荧光灯
0.1MHz～3MHz
10KHz～10GHz
广播
150KHz～100MHz
0.1MHz～10MHz 无线电定位 1GHz～100GHz
100KHz～30MHz 空间导航卫星 1GHz～300GHz
100KHz～300MHz 工、科、医用 30MHz～300MHz 高频设备
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
第2、3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
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
第2、3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
a、传导耦合
b、辐射耦合
第2、3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2、3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。
i
R0dx
L0dx
x
u
G0dx
C0dx
Leabharlann Baidu
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— (R0jL0)(G0jC0) j
特性阻抗— Zc
R0 jL0 G0 jC0
第2、3章 电磁干扰分析
两种典型传输线的分布参数
传输线形式 分布参数
分布电容C
第2、3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
主瓣轴 1.0
方向性
取决于天线的方向图。
主瓣宽度、副瓣电平、前后比、增益 等
0.5 副瓣
2 0.5 0.5 频 率 半功率点 频 率
典型的功率方向图
第2、3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
第2、3章 电磁干扰分析
2.3 电阻性干扰 • 电阻性干扰：两个回路经公共阻抗而形成的干扰。
雷达脉冲及频谱
第2、3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：如基波、谐波 • 随机分布：如冲击噪声、热噪声
第2、3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2、3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：在指定时间内按一定的周期重复出现 • 非周期性：出现时间是确定的、可预测的，但不具有周期性 • 随机性：表现特性没有规律，不能预测
第2、3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
第2、3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：
• 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。
第2、3章 电磁干扰分析
2.1 电磁干扰源及其特性分析 2.2 电磁干扰的传播及其特性分析 2.3 电路性干扰 2.4 电容性耦合 2.5 电感性耦合 2.6 辐射干扰 2.7 敏感设备及其特性分析
第2、3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
雷电干扰 宇宙干扰
大气干扰
自然 干扰源
U1：原对地电压
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差模干扰电压
~ U2 ~ U1
#1 #2
通常线路上两种干扰分量同时存在。干扰在线路上经过长距离传输后， 差模分量衰减要比共模分量大，且共模分量传输时会向周围空间辐射，差模 分量不会辐射。因此，大部分电源干扰均由共模分量引起。
I1
I1 #1
两导线上的干扰电流振幅相差很小，且相位相同。 I2=I1 ~ Ud I2
• 差模干扰（differential-mode interference）
#2 ~ Uc
两导线上的干扰电流振幅相等，但相位相反。
第2、3章 电磁干扰分析
共模干扰与差模干扰
• 对地电压与线间电压 • 对地电压：UL = U1 + Uc • 线间电压：UM = U2 + Ud U1 ~
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( D / d )
Rs ( 1 1)
Dd
平行线
ln(2D / d ) ln 2D d
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2、3章 电磁干扰分析
—— 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
US — 信号源电压
ZS — 信号源内阻 Rl — 导线阻抗 ZL — 负载阻抗 Cl — 导线寄生电容
第2、3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
无线电广播
电磁 干扰源
无线通信
功能性
人为 干扰源
电视 雷达
导航
热噪声 电气化铁路
非功能性
办公设备
输电线
点火系统
开关系统
家用电器
工业、 医疗设备
第2、3章 电磁干扰分析
常见干扰源的频谱范围
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