第3章 电磁骚扰的耦合与传输理论

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第三章 电磁骚扰的耦合与传输理论

2011-3-3

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复 习电磁干扰(Electromagnetic Interference)是指电磁骚扰 Interference) 电磁干扰( 引起的设备、传输通道或系统性能下降。 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 Disturbance) 电磁骚扰( 引起装置、设备或系统性能降低， 引起装置、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。 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 。 电磁干扰强调这种电磁危害现象产生的结果。 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。 电磁干扰是由电磁骚扰引起的后果。

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电磁干扰三要素: 电磁干扰三要素: 电磁干扰源、干扰传播途径、 电磁干扰源、干扰传播途径、敏感设备

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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 它电路、设备、系统之间的电能量联系 电能量联系，耦合起着把电磁 电能量联系 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。

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§3.1 电磁骚扰的耦合途径定义：电磁骚扰是指任何可能引起装置、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。 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。

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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、 接地导体、设备的导电构件、公共阻抗、电路元器件等。

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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 电磁波的形式 电磁波 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； 频感应耦合。

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

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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。 以图2-3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。

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目前对传导耦合的具体划分，许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 可见性连接，将电容性耦合和电感性耦合都归 可见性连接 属于辐射传输的近场感应耦合，如下图所示：

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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， 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：

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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：

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§3.2 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。

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§3.2.1 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电阻耦合，简称为电阻性耦合。 Z

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

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1)直接传导耦合 由式Z12 U1 Z1 +Z12

U2 =

,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。

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2)共阻性耦合 当两个电路的电流流经一个公共阻抗时,一个电路的电流在该公 共阻抗上形成的电压就会影响到另一个电路,这就是共阻抗耦合。 ①通过公共地线阻抗的耦合

消除方法： 将地线尽量缩短并

加粗，以降低公共地线阻抗。

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②地线阻抗形成的耦合骚扰

消除方法： 采用一点接地。

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3)电源内阻及公共线路阻抗形成的耦合

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§3.2.2 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。

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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:式中：