電磁兼容原理及應(yīng)用教程 電磁兼容概述及理論基礎(chǔ) 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 第 1章 電磁兼容概述 電磁干擾會(huì)破壞或降低電子設(shè)備的工作性能（例） 雷電電磁脈沖會(huì)造成災(zāi)難性后果（例） 電磁干擾會(huì)對(duì)航天系統(tǒng)造成災(zāi)難性后果（例） 磁場(chǎng)對(duì)人體的危害 磁脈沖在軍事上的應(yīng)用 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 認(rèn)證 開展電磁兼容認(rèn)證的重要性 電磁兼容認(rèn)證的技術(shù)要求 增強(qiáng)電磁兼容認(rèn)證意識(shí)，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 第 2章 電磁兼容理論基礎(chǔ) 號(hào)的分類 信號(hào)分類多種多樣，從信號(hào)函數(shù)自變量和幅度的取值形式出發(fā)，基本上可以分為連續(xù)信號(hào)和離散信號(hào)兩大類。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 連續(xù)時(shí)間信號(hào) 如果信號(hào)隨時(shí)間連續(xù)變化，也就是在觀測(cè)過程的連續(xù)時(shí)間范圍內(nèi)信號(hào)函數(shù)有定義，則稱連續(xù)時(shí)間信號(hào)，用 表示，如圖所示： ()離散時(shí)間信號(hào) 若信號(hào)函數(shù)僅在規(guī)定的離散時(shí)刻定義，則稱離散時(shí)間信號(hào)，用 表示， 是某特定時(shí)刻，右圖表示每相鄰兩個(gè)時(shí)刻的時(shí)間間隔相等的離散時(shí)間信號(hào)，離散信號(hào)的時(shí)間間隔也可以不相等。 )( 工程中遇見的信號(hào)就其變化規(guī)律的特性來劃分，可粗略歸結(jié)為確定信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)兩類，這是根據(jù)信號(hào)能否用明確的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系描述進(jìn)行分類的。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 確 定 信 號(hào) 如果信號(hào)的未來值可以用某個(gè)函數(shù)準(zhǔn)確地描述，則這類時(shí)間信號(hào)稱為確定信號(hào)，如正弦信號(hào)，它可以用正弦函數(shù)描述，給定的某一時(shí)刻就可確定相應(yīng)的函數(shù)值，所以在相同條件下能夠準(zhǔn)確地重現(xiàn)。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 隨 機(jī) 信 號(hào) 如果給定任一時(shí)刻，信號(hào)的值是隨機(jī)的，換句話說信號(hào)的未來值不能用精確的時(shí)間函數(shù)來描述，無法準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)，在相同條件下也不能準(zhǔn)確地重現(xiàn)，則稱該信號(hào)為不確定信號(hào)或隨機(jī)信號(hào)。由于這類信號(hào)的未來值隨時(shí)間推移隨機(jī)地變化，因此只能用概率分布來描述，或用統(tǒng)計(jì)平均值來表征，所以又通稱為統(tǒng)計(jì)時(shí)間信號(hào)。隨機(jī)信號(hào)幅度的取值在任一時(shí)刻是隨機(jī)的，所發(fā)生的物理過程是個(gè)隨機(jī)過程，人們可以用實(shí)函數(shù)表示其樣本函數(shù)的集合， 如圖所示： 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 隨 機(jī) 信 號(hào) 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 綜 述 常見信號(hào)的分類可歸納如下： 信 號(hào) 確 定 信 號(hào) 隨 機(jī) 信 號(hào) 周 期 信 號(hào) 非周期信號(hào) 平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào) 非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào) 簡(jiǎn)諧周期信號(hào) 復(fù)雜周期信號(hào) 準(zhǔn)周期信號(hào) 瞬變信號(hào) 各態(tài)歷經(jīng)過程 非各態(tài)歷經(jīng)過程 一般非平穩(wěn)隨機(jī)過程 瞬變隨機(jī)過程 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 用不同的時(shí)間函數(shù)描述具有不同形式的信號(hào)波形稱為信號(hào)的時(shí)域分析。 頻域分析是對(duì)信號(hào)在頻率域內(nèi)進(jìn)行分析，將分析的結(jié)果繪成以頻率為坐標(biāo)的各種物理量的譜線和曲線，可得到各種幅值譜、相位譜、功率譜和各種譜密度等。 信號(hào)的時(shí)域分析與頻域分析既相互獨(dú)立又密切相關(guān)，可以通過傅立葉變換把它們聯(lián)系起來并互相轉(zhuǎn)換，圖 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 數(shù)學(xué)上已經(jīng)證明，具有周期 件，就可以分解為傅立葉級(jí)數(shù)。此條件下任一周期信號(hào)可以用三角函數(shù) (正弦型函數(shù) )的線性組合來表示，稱為三角形式的傅立葉級(jí)數(shù)展開，即 )s o s(2)( 0010 nn n )s i nc o s(2)( 0010 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 上式中 00/20/202( ) c o s d , 0 , 1 , 2x t n t t 2/2/0000d)(2 20/ 202( ) s in d 0 , 1 , 2x t n t t ， 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 也可寫成下述形式： 001( ) s )2 t A n t 式中 00221n n a 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 上述周期信號(hào)展開成傅立葉級(jí)數(shù)的物理意義是十分明確的，它表明一個(gè)周期信號(hào)可分解成直流分量與一系列諧波分量之和?；蛘哒f周期信號(hào)可看作是由一個(gè)直流分量和一系列諧波分量疊加而成。通常把時(shí)所得稱為基波，把時(shí)所得各項(xiàng)分量依次稱為二次諧波分量、三次諧波分量、 、 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 傅立葉級(jí)數(shù)展開式除用三角函數(shù)形式表示外，還可以用復(fù)指數(shù)形式表示。三角傅立葉級(jí)數(shù)和復(fù)指數(shù)傅立葉級(jí)數(shù)實(shí)質(zhì)上是同一級(jí)數(shù)的兩種表現(xiàn)形式，將歐拉公式 2o i 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 代入式 (到復(fù)指數(shù)形式的傅立葉級(jí)數(shù)表示式可得： 0 0 0 0j j j ) e e e ( ) en t n t n t n tn n nn n n nx t c c c c X n w 它表明一個(gè)周期信號(hào)可以由無限多個(gè)復(fù)指數(shù)信號(hào)組成， 是基波頻率， 0 0n是 是 們的 振幅和相位由 中 2)j( 000/2 01( ) e d ( )T t t X ,2,1,0 總之，上述兩種不同形式的傅立葉級(jí)數(shù)均表明，任意波形的周期信號(hào)都可以分解為由兩種基本連續(xù)時(shí)間信號(hào)，即正弦信號(hào)或復(fù)指數(shù)信號(hào)所組成。所以都屬于用時(shí)間函數(shù)表示的時(shí)域分析范疇。不同形狀的周期信號(hào)，只是組成的各個(gè)諧波的頻率、幅度和初相位有所不同而已。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 ),( t)()( 0凡信號(hào)波形在區(qū)間 不再重復(fù)出現(xiàn)， 時(shí)間非周期信號(hào)。從數(shù)學(xué)上可認(rèn)為，它是周期趨于 即信號(hào)函數(shù)不存在 ，則該信號(hào)稱為連續(xù) 無限的周期信號(hào)。 根據(jù)周期信號(hào)的傅立葉級(jí)數(shù)表示式為 000( ) ( ) e l i m ( ) n t n t X n X 000) ( ) e l ) n t n t X n X 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 21)( j 21)( j 成一對(duì)傅立葉變換。它把連續(xù)頻譜 函數(shù)變換為連續(xù)時(shí)間函數(shù)，故稱之為頻譜密度 ()X 的傅立葉反變換。該式說明一個(gè)非周期信號(hào)是由無 限多個(gè)幅度 )2d)( t類似周期信號(hào)，通過傅立葉級(jí)數(shù) 把信號(hào)分解成無窮多的復(fù)指數(shù)或正弦信號(hào)的線性組 合，從而在時(shí)間域?qū)π盘?hào)進(jìn)行分析。但在頻率域它 們卻有明顯不同，這主要表現(xiàn)在周期信號(hào)的頻譜是 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 離散的復(fù)頻域，表示的是每個(gè)諧波分量 (單一頻率 )的復(fù)振頻，而非周期信號(hào)的頻率是連續(xù)的頻譜，表示的是每單位帶寬內(nèi)所有諧波分量合成的復(fù)振頻。 常用的傅立葉變換的性質(zhì)見下圖： 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 常用的傅立葉變換對(duì) 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 3. 離散時(shí)間周期信號(hào) (周期序列 )分析 離散時(shí)間信號(hào)是一個(gè)在離散時(shí)刻取有限值的信號(hào)。它可以是客觀存在的信號(hào)，也可以是一個(gè)時(shí)間連續(xù)的模擬信號(hào) 按一定時(shí)間間隔 然，取樣過程就是把一個(gè)連續(xù)時(shí)間函數(shù)的信號(hào)，變成為具有一定時(shí)間間隔才有函數(shù)值的離散信號(hào)過程。 )(一個(gè)連續(xù)時(shí)間周期信號(hào)是無限多個(gè)呈諧波關(guān)系的復(fù)指數(shù)信號(hào)的線性組合，即 考慮到周期序列在滿足 為有理數(shù)時(shí)，是連續(xù)周期信號(hào)在時(shí)間上的離散化，所以一個(gè)周期序列在時(shí)域也可以用復(fù)指數(shù)序列形式的傅立葉級(jí)數(shù)來表示， 將 t= k 0 e)(e)( e)(e)( 1)( 0 00 2/0電磁兼容原理及應(yīng)用教程 j0 e)()( j0 e)()( 式中有 )(0000稱為離散域的基本頻率，單位為弧度， 0k是 里特別需要指出，當(dāng)周期信號(hào)從連續(xù)域變換到離散域后，它的頻率 也是從 的無限范圍，映射到 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 從 2020的有限范圍內(nèi)。因此，在連續(xù)域傅立葉級(jí)數(shù) 可表示為具有無限多個(gè)頻譜分量，而在離散域只含有有限個(gè)諧波分量，總共諧波數(shù)為 0/2由于 2(0 使上式求和的上下限僅有 N 項(xiàng)，即 10)( 是一個(gè)有限項(xiàng)級(jí)數(shù)，因此可 以認(rèn)為，對(duì)離散時(shí)間周期信號(hào)，若用代表正交函數(shù)集的 復(fù)指數(shù)序列來表示，則該集合是有限的。 頻率分量，這就是連續(xù)時(shí)間與離散時(shí)間周期信號(hào)用傅立 葉級(jí)數(shù)表示的一個(gè)重要區(qū)別。此外，區(qū)別還表現(xiàn)在表示 各諧波復(fù)振幅的傅立葉系數(shù)上。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 設(shè)已知在一個(gè)周期 0時(shí)間間隔 共得樣點(diǎn) N。將 0 d 0010T 1)( 0 00 得 101)( 1,0 n 為時(shí)間離散變量， N/2離散域基頻。所以 )( 0量的復(fù)振幅，反映了各諧波分量的幅度和相位。用 它可以表示離散時(shí)間周期信號(hào)的頻譜。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 離散時(shí)間周期信號(hào)的頻譜是一個(gè)以 )2(周期性離散頻譜，各譜線之間的間隔為 20 ，而且存在著諧波的關(guān)系。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 4. 離散時(shí)間非周期信號(hào) (非周期序列 )分析 離散時(shí)間傅立葉變換就是離散時(shí)間信號(hào)從時(shí)域變換到頻域和從頻域變換到時(shí)域的一對(duì)線性變換。由于在時(shí)間上是連續(xù)的，因此它的頻譜變化規(guī)律如前面所討論的，時(shí)域取樣信號(hào)是以取樣頻率為周期的周期連續(xù)頻譜，即 )(電磁兼容原理及應(yīng)用教程 即所謂離散時(shí)間傅立葉變換，它是以 或 2 為周期的周期函數(shù)，即 為整數(shù) 由于離散時(shí)間非周期信號(hào)可以看作是離散時(shí)間周期信號(hào)當(dāng)周期 的極限情況，因此離散時(shí)間傅立葉變換的定義式同樣也可以用離散時(shí)間傅立葉級(jí)數(shù)當(dāng) 時(shí)來求得。 ss )( s N 2/2/e)(1e)(1)( ，各諧波分量的復(fù)振幅 趨于無限 小，因此如同連續(xù)時(shí)間傅立葉變換，可以采用頻譜 密度來描述頻譜的分布規(guī)律。為此，定義離散時(shí)間 非周期信號(hào)的頻譜密度函數(shù)，即離散時(shí)間傅立葉變 換為 N )( 0j0 e)()( ， ， 所以上式可寫為 N N d)/2(0 0)e(e)( 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 顯然， 表示一個(gè)離散時(shí)間信號(hào)，即非周期序列的頻譜密度函數(shù)，當(dāng) 為有限長度 的序列時(shí)，有 同理，當(dāng)周期 時(shí)，即 )e( e)()e( 10 n )(e)()e(10 Ne)(1 0 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 按 得 ， 故得 與 構(gòu)成離散時(shí)間非周期傅立葉變換對(duì)。離散時(shí)間非周期信號(hào)的頻譜是連續(xù)的以 為周期的周期性頻譜，當(dāng) 為實(shí)數(shù)時(shí)，幅度頻譜是 的偶函數(shù)，相位頻譜是 的奇函數(shù)。 20 2 N 2 N 2010n 21)( 20j )( n 21)( 20j 2)(離散時(shí)間傅立葉變換 (離散傅立葉級(jí)數(shù)( 的極限情況，它們的共同點(diǎn)是：在時(shí)域時(shí)間是離散的，在頻域頻譜都是以 為周期，周而復(fù)始。不同點(diǎn)是：離散時(shí)間周期信號(hào)的頻譜是離散的具有諧波性， 是諧波的復(fù)振幅，適于用計(jì)算機(jī)計(jì)算，而離散時(shí)間非周期信號(hào)的頻譜則是離散的，不具有諧波性， 表示頻譜密度是連續(xù)變量 的函數(shù)，所以不便于利用計(jì)算機(jī)對(duì)頻譜進(jìn)行分析計(jì)算。 0X)(離散時(shí)間傅立葉變換 (連續(xù)時(shí)間傅立葉變換 (著密切的內(nèi)在聯(lián)系。它們的共同點(diǎn)是：在時(shí)域波形均為非周期，在頻域 與 均表示頻譜密度，分別為連續(xù)變量 及 的函數(shù)，所以都是連續(xù)頻譜。而且在滿足取值定理的約束條件下， 保存 的全部信息。不同點(diǎn)是： 是周期性而 是非周期的頻譜，因而在求 的綜合公式中只在頻譜的一個(gè)周期區(qū)間 內(nèi)積分，而在求 的綜合公式中積分區(qū)間為 。再則由于離散時(shí)間信號(hào)時(shí)間是 )()(X )(X )(2,0 )( 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 離散的，所以 的表示式是求和式，而不同于 的表示式是求積分的變換式。 )(X)(傅立葉變換的應(yīng)用 根據(jù)以上分析可以清楚地認(rèn)識(shí)到，傅立葉變換是信號(hào)分析和處理中將信號(hào)由時(shí)間域轉(zhuǎn)換到頻率域而進(jìn)行頻譜分析的基本數(shù)學(xué)工具。運(yùn)用傅立葉反變換，可將信號(hào)由頻域的頻率函數(shù)變換成時(shí)間域的時(shí)間函數(shù)。因此傅立葉正反變換給出了信號(hào)特性的時(shí)間域和頻率域的對(duì)應(yīng)關(guān)系。現(xiàn)舉例說明傅立葉變換在信號(hào)分析和電磁兼容工程中的應(yīng)用。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 例 非周期信號(hào)矩形波 為 0 ，其余 應(yīng)用傅立葉變換分析其頻譜函數(shù)。 )(2 (2 ,電磁兼容原理及應(yīng)用教程 通常 的頻譜函數(shù)可直接應(yīng)用傅立葉變換公式計(jì)算。根據(jù)傅立葉變換性質(zhì)的線性特性和時(shí)頻展縮特性來獲得 的頻譜函數(shù)。其頻譜函數(shù)為 ： 頻譜曲線如下圖所示 )(2 2 tf)s i n(2)j( 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 電路與磁路 電路 電路是由若干電氣器件或設(shè)備，按一定的方式和規(guī)律組成的總體，它構(gòu)成電流的通路。 隨著電流的流通，電路實(shí)現(xiàn)了電能的傳輸、分配和轉(zhuǎn)換；或者實(shí)現(xiàn)各種電信號(hào)的傳遞、處理和測(cè)量。 電路的基本組成為 4部分：電源、負(fù)載、連接導(dǎo)線和開關(guān)。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 在對(duì)電路進(jìn)行分析時(shí)，往往在一定條件下，對(duì)實(shí)際電氣器件加以理想化，略去其次要性質(zhì)，用一個(gè)足以表征實(shí)際器件主要性質(zhì)的理想元件來表示。即先用理想元件建立在一定條件下反映實(shí)際電路基本特性的模型，使問題得到合理的簡(jiǎn)化，然后對(duì)該電路模型進(jìn)行定量分析。理想元件就是可精確定義并能表征實(shí)際器件的主要電磁性質(zhì)的一種理想化元件。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 理 想 電 源 實(shí)際電路中，電源向各種用電設(shè)備提供能量。實(shí)際電源種類繁多，但在一定條件下構(gòu)成電路模型時(shí)，電源通常有理想電壓源和理想電流源兩種，它們均屬有源二端理想元件。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 理 想 電 壓 源 理想電壓源無論外部電壓如何，其端電壓總能保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)。理想電壓源的端電壓與通過它自身的電流大小無關(guān)，其電壓總保持定值或?yàn)槟辰o定的時(shí)間的函數(shù)。然而，流經(jīng)理想電壓源的電流則是由其端電壓及外接電路所共同決定的。由于理想電壓源的電壓與外接電路無關(guān)，其電流自然隨外電路元件阻值的大小而改變，電流越大，理想電壓輸出的能量越大。若將理想電壓源兩端短接，則兩端電阻為零，根據(jù)歐姆定律，電流將為無窮大 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 理 想 電 壓 源 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 理 想 電 流 源 理想電流源無論外部電路如何，其輸出電流總保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)。理想電流源的輸出電流與其兩端電壓大小無關(guān)，其電流總保持定值或?yàn)槟辰o定的時(shí)間函數(shù)。但理想電流源兩端的電壓則由其電流及外接電路所共同決定。由于理想電流源的電流與外電路無關(guān)，其電壓就隨外電路元件阻值的大小而改變。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 理 想 電 流 源 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 電 阻 元 件 電阻元件是從對(duì)電流呈現(xiàn)阻力而且消耗電能的實(shí)際電氣器件中抽象出來的理想化元件。任何兩端元件，如果在任何時(shí)刻，其兩端電壓和通過元件的電流之間的關(guān)系可以在伏安特性平面上用曲線表示，則稱為電阻元件。用來描述電阻元件性能的參數(shù)是電阻或電導(dǎo)，其關(guān)系為。線性電阻元件的伏安特性曲線是通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，電阻元件上兩端的電壓與流過它的電流成正比，服從歐姆定律。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 電 阻 元 件 非線性電阻元件的伏安特性不是一條過原點(diǎn)的直線，或者說非線性電阻的電壓與電流之間不滿足歐姆定律，即元件的電阻值隨電壓或電流改變而改變。計(jì)算非線性電阻的阻值時(shí)必須表明它的工作電壓或電流，即表明是伏安特性某點(diǎn)上的阻值，此點(diǎn)稱為工作點(diǎn)。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 電 感 元 件 電感元件是實(shí)際電感器的理想化元件，它體現(xiàn)了元件儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的性質(zhì)。任意兩端元件，如果在任意時(shí)刻，其電流和由它產(chǎn)生的磁鏈 之間的關(guān)系可以在 平面上用曲線來表示，則稱其為電感元件。表征電感元件產(chǎn)生磁通儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的參數(shù)為電感量 L。如果電感元件的韋安特性是一條過原點(diǎn)的直線，則稱之為線性電感元件。對(duì)于線性電感元件，其自感 i電磁兼容原理及應(yīng)用教程 電 感 元 件 其值為自感磁鏈 與電流 之比，即 電感元件上任意時(shí)刻的電壓與電流有下列關(guān)系： 這就是電感元件的特性方程。由特性方程知，某一時(shí)刻電感線圈的電壓取決于該時(shí)刻電流的變化率，當(dāng)電感線圈中通以直流電流時(shí)， 磁兼容原理及應(yīng)用教程 電 感 元 件 ，感應(yīng)電勢(shì)為零，電壓為零，所以，在直流電路中理想電感元件相當(dāng)于短路。 0d/d 電 容 元 件 電容元件是實(shí)際電容器的理想化元件，它體現(xiàn)了元件儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的性質(zhì)。任意兩端元件，如果在任意時(shí)刻，其極板上的電荷和元件兩端的電壓之間的關(guān)系可以在 平面上用曲線來表示，則稱其為電容元件。在 平面上的關(guān)系曲線稱為庫伏特性。表征電容元件聚集電荷和儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的參數(shù)為電容 C。如果電容元件的庫伏特性曲線是一條過原點(diǎn)的直線，則稱之為線性電容元件。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 電 容 元 件 對(duì)于線性電容元件，其電容值 值為電容任一極板上積累的電荷量 與其上的電壓 的比值，即 。電容元件的特性方程為 從特性方程可知，在某一時(shí)刻電容器的電流取決該時(shí)刻電容器兩端電壓的變化率。電壓隨時(shí)間變化 (如交流 )越快，電流就越大；如果電壓不隨時(shí)間變化 (即直流 )，則 ，電流為零，這時(shí)電容器相當(dāng)于開路。故電容器有隔 “ 直 ” 通“ 交 ” 之說。 qu d/d 路 磁通 (磁力線 )所通過的閉合路徑稱為磁路。線圈中通以電流就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁力線將分布在線圈周圍的整個(gè)空間。如下圖： 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 如果我們把線圈繞在鐵芯上如下圖所示，則由于鐵磁物質(zhì)的優(yōu)良導(dǎo)磁性能，電流所產(chǎn)生的磁力線基本上都局限在鐵芯內(nèi)。不僅如此，在同樣大小的電流作用下，有鐵芯時(shí)磁通將大大增加。也就是說，用較小的電流可以產(chǎn)生較大的磁通。這就是在電磁器件中采用鐵芯的原因。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 在通常情況下，空氣是不導(dǎo)電的，電流只在銅線中流動(dòng)。導(dǎo)電材料的電導(dǎo)率一般比電路周圍絕緣材料的電導(dǎo)率大幾千億倍，因此，漏電流是極其微弱的。而鐵磁材料的磁導(dǎo)率一般比非磁性材料(空氣、銅、鋁、紙等 )大幾千倍。因此，我們只能說磁通基本上在鐵芯里，空氣中仍然還會(huì)有少量的漏磁通。工程上常用近似方法去處理它們，作初步分析時(shí)可略去不計(jì)。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 磁路中的基本單位 在磁場(chǎng)中畫一些曲線，使這些曲線上任何一點(diǎn)的切線都在該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向上，這些曲線就稱為磁通。磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向可用灑鐵屑的方法以磁力線的形式表示出來。磁通 (磁力線 ) 的單位在國際單位制中為韋伯，簡(jiǎn)稱韋，單位符號(hào) 體周圍的磁力線方向，規(guī)定從北極出來，通過空間進(jìn)入南極，走最近的路線，且優(yōu)先通過磁導(dǎo)率高的物質(zhì)。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 除了用磁通外，我們還要用到磁通密度 這一物理量，它是在與磁場(chǎng)相垂直的單位面積內(nèi)的磁通，在均勻磁場(chǎng)中 式中 就是與磁場(chǎng)相垂直的面積 通密度是表示磁路中某一點(diǎn)的磁場(chǎng)性質(zhì)的。在國際單位制中，磁通密度 簡(jiǎn)稱特，單位符號(hào) T。特斯拉即韋 /米 2。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 磁場(chǎng)是由電流產(chǎn)生的。在磁路中，電流越大，線圈匝數(shù)越多，產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)。即取決于電流與線圈匝數(shù)的乘積 。這一乘積叫做磁動(dòng)勢(shì) (磁通勢(shì)。以 磁動(dòng)勢(shì)是磁路中產(chǎn)生磁通的 “ 推動(dòng)力 ” 。磁動(dòng)勢(shì)的國際制單位為安 (A)。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 磁場(chǎng)的強(qiáng)弱用磁場(chǎng)強(qiáng)度 于粗細(xì)均勻的磁路來說，若磁路的平均長度 (即磁路中心線的長度 )為 l，則 即，磁場(chǎng)強(qiáng)度是磁力線路徑每單位長度的磁動(dòng)勢(shì)。在國際單位制中 米 ( ) 磁場(chǎng)強(qiáng)度是這樣規(guī)定的：一個(gè)向量磁場(chǎng)中某點(diǎn)磁場(chǎng)方向?yàn)榇艌?chǎng)中小磁針受磁場(chǎng)力的作用，發(fā)生偏轉(zhuǎn)停止后小磁針的北極所指的方向就是小磁針 m/電磁兼容原理及應(yīng)用教程 所在磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向。而磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度果單位磁極所受的力正好是一達(dá)因，那么這點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度 磁力線從 極的途徑稱為磁路，在磁路中阻止磁力線通過的力量稱為磁阻。而導(dǎo)磁的力量則稱為磁導(dǎo)。實(shí)際上，即使幾何尺寸完全相同的磁路，在相同的磁動(dòng)勢(shì)的作用下，磁場(chǎng)的強(qiáng)弱程度也有大的差別，這是由于不同的物質(zhì)導(dǎo)磁能力不 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 同的緣故，用來衡量物質(zhì)導(dǎo)磁能力的物理量稱為導(dǎo)磁率 (用 來表示。 所有物質(zhì)根據(jù)磁性分為三大類：即順磁質(zhì)、反磁質(zhì)和鐵磁質(zhì)。磁性大小則根據(jù)物質(zhì)的磁導(dǎo)率 (不同物質(zhì)被磁化的程度 )的大?。?）來表示。規(guī)定真空時(shí) 。 順磁質(zhì)的導(dǎo)磁率略大于真空 反磁質(zhì)的導(dǎo)磁率略小于真空 鐵磁質(zhì)屬于順磁質(zhì)，但它們的磁導(dǎo)率很大，在外加磁場(chǎng)作用下極易被磁化，是良好的磁性材料 。 1電磁兼容原理及應(yīng)用教程 磁導(dǎo)率與磁場(chǎng)強(qiáng)度的乘積稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度 B， 即 在相同的磁場(chǎng)強(qiáng)度的情況下，物質(zhì)的磁導(dǎo)率越高，整體的磁場(chǎng)效應(yīng)將越強(qiáng)，由前述可知，磁場(chǎng)強(qiáng)度的，因此，磁感應(yīng)強(qiáng)度 (磁通密度 )體現(xiàn)磁性材料性質(zhì)的一個(gè)反映整體磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 磁性材料的磁性能 磁性材料主要指鐵、鎳、鈷及其合金。它們的磁性能主要由其磁化曲線，即 曲線或由其磁導(dǎo)率 來表示。 磁性材料在磁場(chǎng)中被磁化后，其磁感強(qiáng)度（ B）和磁場(chǎng)強(qiáng)度（ H）的關(guān)系可用一條曲線表示，即磁化曲線 （ 當(dāng)外磁場(chǎng)磁感強(qiáng)度 （ H） 增加時(shí)，磁通密度 （ B）增加的很少，說明材料進(jìn)入 “ 飽和域 ” (此時(shí)的磁感強(qiáng)度叫做該磁性材料的飽和磁感強(qiáng)度 單位為高斯。使某磁性材料達(dá)到飽和磁感強(qiáng)度所需要的磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度 單位為奧斯特。 磁路的基本定律 (1) 磁路的歐姆定律 磁動(dòng)勢(shì)是磁路中產(chǎn)生磁通的根源。當(dāng)磁路中有磁 動(dòng)勢(shì)存在時(shí)，便有磁通通過，其大小為 當(dāng)磁通通過由某種磁性材料組成的磁路時(shí)，將受到該材料對(duì)磁通的阻礙作用。如用磁阻 (來表示這一阻礙，上式可以寫成 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 由磁滯回線可知， 此，由 的比值定義的磁導(dǎo)率 不是常數(shù)。由于磁性材料磁導(dǎo)率不是常數(shù)，使用磁阻來計(jì)算磁路并不方便。磁阻這一概念一般只用于定性說明問題。式中 ，磁阻是一個(gè)與磁路的長度、截面積以及磁性材料的性質(zhì)有關(guān)的物理量。當(dāng)磁路由不同材料或不同截面積的幾部分組成時(shí)，整個(gè)磁路中的磁阻將由這幾部分的磁阻串聯(lián)而成，其總磁阻為各部分磁阻之和。磁阻的國際制單位是 1/H。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 安培環(huán)路定律 如圖： N 銜鐵 2 3 1 I 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 磁路里的磁通 經(jīng)過變換可以寫成 333222111333222111 333222111 332211電磁兼容原理及應(yīng)用教程 稱為安培環(huán)路定理。式中 和 式說明，磁路中任一個(gè)閉合路徑上的磁壓降的代數(shù)和等于總磁動(dòng)勢(shì)。此式與電路中的基爾霍夫電壓定律相似，故又稱為磁路的基爾霍夫定律。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 電磁場(chǎng)原理 當(dāng)電荷和電流隨時(shí)間變化時(shí)，在周圍空間會(huì)發(fā)現(xiàn)變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，并且電場(chǎng)和磁場(chǎng)間存在著不可分割的聯(lián)系，形成統(tǒng)一的電磁場(chǎng)。在靜電場(chǎng)中，電場(chǎng)是由電荷引起的，這個(gè)電場(chǎng)是符合守恒性的。但是，在時(shí)變場(chǎng)中，當(dāng)場(chǎng)量隨時(shí)間變化時(shí)，不僅電荷產(chǎn)生電場(chǎng)，而且磁場(chǎng)的變化也會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)。后者便是普通物理學(xué)中已經(jīng)討論過的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 按照法拉第電磁感應(yīng)定律，設(shè)有導(dǎo)線構(gòu)成的閉合回路 l， 當(dāng)穿過以這個(gè)回路為周界的曲面的磁通 隨時(shí)間變化時(shí)，在回路中將引起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 如圖所示： S e 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和磁通的參考方向成右螺旋關(guān)系。式中的 “ ” 號(hào)表示，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及其所產(chǎn)生的電流方向總是企圖阻止回路鏈的磁通的變化，其中 的變化可能是由于回路的形狀和位置的變化引起的，也可能是由于磁場(chǎng)隨時(shí)間變化引起的。當(dāng)回路運(yùn)動(dòng)時(shí)，還應(yīng)加上回路切割磁場(chǎng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì) 則回路中的總感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 l d)( l d)( d)(電磁兼容原理及應(yīng)用教程 通過上式可見，出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 是時(shí)變電磁場(chǎng)本身屬性的一種表現(xiàn)，它的大小與回路 l 的導(dǎo)電性能無關(guān)。又因?qū)﹂]合回路而言，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于感應(yīng)電場(chǎng)沿回路的線積分。 故得 上式說明，時(shí)變電磁場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度不符合守恒性，因?yàn)槌穗姾梢鸬碾妶?chǎng)外還有電磁感應(yīng)引起的電場(chǎng)，而后者是不符合守恒性的?？梢姡瑫r(shí)變電磁場(chǎng)的電場(chǎng)是和其磁場(chǎng)的變化密切聯(lián)系的。 e l d 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 按照恒定磁場(chǎng)中安培環(huán)路定律的表達(dá)式 沿任一閉合回路 l 的磁場(chǎng)強(qiáng)度的積分，等于穿過以l 為周界的曲面的電流。但是我們將該式應(yīng)用到下圖所示情況，便發(fā)生了困難，如果我們?nèi)?面作為以 因穿過 的電流為 I, 故 如果我們?nèi)?面作為以 因無電流穿過 ，固有 。顯然兩種情況矛盾的由來，在于電流的不連續(xù)。事實(shí)上，在時(shí)變場(chǎng)情況下的電流連續(xù)性原理，要由更為普遍的規(guī)律 電荷守恒定律導(dǎo)出。 d 1d l 0d)(s 磁兼容原理及應(yīng)用教程 這里 表示電流密度， 項(xiàng)具有電流密度的量綱，并和 處于相同的地位，稱為位移電流密度。以 表之，則 稱為全電流密度。上式表示由任何閉合曲面流出的全電流恒等于零，也叫全電流連續(xù)性原理。將恒定磁場(chǎng)中安培環(huán)路定律表達(dá)式的右方換成全電流。 d0 該式稱為時(shí)變電磁場(chǎng)的安培環(huán)路定律，又叫全電流定律。它說明不但傳導(dǎo)電流引起磁場(chǎng)，位移電流 (即電場(chǎng)的變化 )也引起磁場(chǎng)。時(shí)變電磁場(chǎng)的磁場(chǎng)，是與電場(chǎng)的變化密切聯(lián)系的。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 麥克斯韋通過時(shí)變電磁場(chǎng)的基本方程，即 安培環(huán)路定律： 法拉第定律： 高斯定律： 高斯定律： 將它們化為對(duì)應(yīng)的微分形式，并加上考慮媒介電磁性能的方程，便得到 全電流定律： 電磁感應(yīng)定律： 電通量定律： 磁通量定律： 7個(gè)公式，全面表達(dá)了時(shí)變電磁場(chǎng)的基本規(guī)律，稱為電磁場(chǎng)的完整方程組，也叫麥克斯韋方程組。 E 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 電磁兼容的單位及換算 電磁干擾場(chǎng)強(qiáng)的基本單位 高頻、微波電磁干擾場(chǎng)強(qiáng)有 3種基本單位：電 場(chǎng)強(qiáng)度 V/m、磁場(chǎng)強(qiáng)度 和功率通量密度 。 在測(cè)量電場(chǎng)時(shí)，若儀器的表頭刻度用的是電場(chǎng) 強(qiáng)度單位，則用 V/干擾場(chǎng)強(qiáng)小 于 1V/用 、 V/使 用環(huán)天線、框天線或磁性天線等來測(cè)量磁場(chǎng)， 且儀器的表頭刻度采用磁場(chǎng)強(qiáng)度單位 A/mA/刻度時(shí)，則可用 A/m， mA/A/電磁場(chǎng)頻率高至微波段時(shí)，由于對(duì)電場(chǎng)、磁場(chǎng)的單獨(dú)測(cè)量在技術(shù)上有一定困難，或者功率密度測(cè)量比電場(chǎng)、磁場(chǎng)測(cè)量要方便，所以可采用功率通量密度測(cè)量，功率通量密度的單位為 W/外生產(chǎn)的全向?qū)拵?chǎng)強(qiáng)儀、輻射危險(xiǎn)計(jì)，因其工作頻率范圍極寬，從 260 26 測(cè)試電路中實(shí)現(xiàn) 、 較為方便。因此，大多采用功率通量密度測(cè)量，并以 mW/ 2E 2H電磁兼容原理及應(yīng)用教程 場(chǎng)強(qiáng)儀測(cè)得的功率通量密度值是矢量模的時(shí)間平均值，即代表電磁場(chǎng)的強(qiáng)度。它的單位 W/、磁場(chǎng)強(qiáng)度單位 A/們的地位是等同的。 在一般情況下， V/m、 A/m和 mV/有在被測(cè)場(chǎng)為平面波情況下，三者間才能相互換算。否則，只能 “ 等效換算 ” 。 電磁兼容原理及應(yīng)用教程 平面波，即遠(yuǎn)離發(fā)射天線，在自由空間中傳播的電磁波。 根據(jù)電磁場(chǎng)理論，在平面波情況下， 在自由空間中， 代入上式后可得： 式中，單位為 ， 單位為 。 0220 61 2 00 6V/m S 2m W /c 電磁干擾場(chǎng)強(qiáng)的分貝制單位 在電磁干擾場(chǎng)強(qiáng)的測(cè)試中，往往會(huì)遇到量值相差非常懸殊 (甚至達(dá)千百萬倍的信號(hào) )。為了便于表達(dá)、敘述和運(yùn)算 (變乘除為加減 )，常采用對(duì)數(shù)單位 分貝 (。分貝表示兩個(gè)參量