第2講電磁騷擾傳輸機理《電磁兼容基礎》Agenda電磁騷擾耦合途徑電磁輻射理論基礎輻射耦合傳導耦合的傳輸線理論傳導耦合騷擾源對敏感設備的騷擾模式傳導耦合

傳導傳輸必須在干擾源和敏感器之間有完整的電路連接，干擾信號沿著這個連接電路傳遞到敏感器，產生干擾。輻射耦合

輻射傳輸是以電磁波的形式傳播，干擾能量按電磁場的規律向周圍空間發射。1電磁騷擾耦合途徑耦合途徑？1電磁騷擾耦合途徑不同學術觀點對耦合途徑的劃分容空間輻射電磁波交變電場交變磁場

2電磁輻射理論基礎2電磁輻射理論基礎

麥克斯韋方程組法拉第定律廣義的安培定律廣義的電場高斯定律磁場的高斯定律電流連續性方程2電磁輻射理論基礎

基本參數1.場物理量電場強度電通量密度磁場強度磁通量密度2電磁輻射理論基礎

基本參數2.源物理量體電流密度體電荷密度2電磁輻射理論基礎

麥克斯韋方程組法拉第定律廣義的安培定律廣義的電場高斯定律磁場的高斯定律電流連續性方程2電磁輻射理論基礎

麥克斯韋方程組法拉第定律廣義的安培定律廣義的電場高斯定律磁場的高斯定律電流連續性方程2電磁輻射理論基礎

本構關系：媒質的介電常數，單位F/m：媒質的磁導率，單位H/m：媒質的電導率，單位S/m線性、各向同性媒質的本構關系2電磁輻射理論基礎

邊界條件媒質1媒質2邊界靜態情況下的兩種半無限媒質之間的交界面S2電磁輻射理論基礎

邊界條件2電磁輻射理論基礎

時諧場

在時變電磁場中，如果場源以一定的角頻率隨時間呈時諧（正弦或余弦）變化，則所產生的電磁場也以同樣的角頻率隨時間呈時諧變化。這種以一定角頻率變化的電磁場，稱為時諧電磁場或正弦電磁場。2電磁輻射理論基礎

時諧場3輻射耦合

電磁輻射當一個地方的電流或電荷隨時間變化時，就有一部分電磁能量進入周圍空間，這種現象稱為電磁輻射產生電磁波的輻射源最簡單的方式就是電偶極子與磁偶極子；實際輻射源都可看成由許多偶極子組成，所產生的電磁波也就是這些偶極子輻射電磁波的合成。電偶極子一段長度比電磁波波長小得多的載流導線3輻射耦合電偶極子3輻射耦合磁偶極子一個半徑a遠小于波長的小環形載流導線可看成是磁偶極子3輻射耦合磁偶極子3輻射耦合3輻射耦合近場與遠場遠近場的劃分是根據兩類基本源的場隨1/r（r為場點至源點的距離）的變化而確定的，為遠、近場的分界點，兩類源在遠近場的場特征及傳播特性均有所不同。電偶極子場的波阻抗大于磁偶極子場的波阻抗。前者是容性高阻抗場，電磁場分布易受周圍低阻抗物體影響。后者是感性低阻抗場，不易受外界影響；

電磁場能量在r的方向作往返振蕩；電偶極子場電場強度按1/r3的規律減小，磁場強度按1/r2的規律減小。磁偶極子場的磁場強度按1/r3的規律減小，電場強度按1/r2的規律減小；近區電磁場的特點3輻射耦合遠場區中電磁場只有兩個互相垂直的場強分量，在傳播方向上沒有場強分量，因此稱為平面電磁波。電場分量和磁場分量在空間上相互垂直，在時間上同相位。在幅值上相比等于常數377。在遠場區中，電場與磁場的強度分布與距場源的距離r成反比的減小。可見在輻射場中，場強變化不像感應場中對距離r那么敏感。遠區電磁場的特點3輻射耦合波阻抗與騷擾源的距離3輻射耦合3輻射耦合能量流3輻射耦合電偶極子的近場能量主要為電場分量，可忽略磁場分量；磁偶極子的近場能量主要為磁場分量，可忽略電場分量；兩類源在遠場時，電場、磁場分量均必須同時考慮。能量密度3輻射耦合3輻射耦合當距離干擾源為遠場強時，干擾以空間電磁波的形式耦合到受感器外界電磁騷擾進入電子設備并干擾其中的敏感電路的途徑電子設備的接收天線，以及具有天線效應的輸入、輸出饋線和設備外殼（即開的孔、縫隙是天然的電磁波通道）經有輸電線及其配電線進入電子設備的電源系統，并以傳導耦合的方式到達受感器4傳導耦合的傳輸線理論傳導耦合是指通過導體傳輸的電磁干擾。當電磁干擾源的波長遠大于敏感設備的長度時，可以利用電路理論建立傳導模型（“低頻”方法）；當電磁干擾源的波長遠小于敏感設備的長度時，電磁波的傳播效應增強，根據電路理論建立傳導模型失效，原則上必須采用電磁場理論進行分析（“高頻”方法）。再論傳導耦合波在均勻無損線上的傳播4傳導耦合的傳輸線理論波過程單位長度線路對地電容和自感為ε為線路絕緣介質的介電常數，μ為導磁系數hp－導體平均對地高度（m）r－導體等值半徑（m）4傳導耦合的傳輸線理論單位長度線路對地電容和自感為ε為線路絕緣介質的介電常數，μ為導磁系數hp－導體平均對地高度（m）r－導體等值半徑（m）可推導出波速度

波速度只和線路的絕緣材料有關，和線路的材質、幾何結構、對地距離等都無關，甚至和絕緣的幾何結構也無關架空線中的波速度接近光速，290~300m/uS，電纜變化很大，一般在150～265m/uS，交聯聚乙烯160左右

4傳導耦合的傳輸線理論行波建立電場的過程行波建立磁場的過程行波的傳播速度：上兩式相乘±表示行波向正反兩個方向傳播波阻抗：上兩式相除±對應正反向行波波阻抗是表征分布參數電路特點的最重要的參數是儲能元件，表示導線周圍介質獲得電磁能的大小具有阻抗量綱，為常量，架空線路一般為4704傳導耦合的傳輸線理論架空線路和電纜波速度和波阻抗的特性（2）波阻抗表示為和絕緣材料有關外，和線路的幾何結構、對地距離等也有關架空線路：一般單根導線z≈500Ω分裂導線z≈300Ω電纜：一般z=10-100Ω

波阻抗Z和集中參數電阻R的比較：相同點：都是反映電壓與電流之比，量綱相同都為Ω不同點：R:電壓u為R兩端的電壓，電流i為流過R的電流Z:電壓u為導線對地電壓，電流i為同方向導線電流耗能：R將電能轉化為熱能、光能等，Z不耗能，將能量儲存在周圍介質里R與導線長度有關，Z只與絕緣參數有關，與導線長度無關

電壓、電流行波在傳播過程中同時是線路和時間的函數以均勻無損線路為模型，建立偏微分方程電壓沿x方向的變化是由于電流在L0產生壓降電流沿x方向的變化是由于電壓在C0產生壓降聯解，可得波動方程

波動方程的建立4傳導耦合的傳輸線理論4傳導耦合的傳輸線理論波動方程的求解及含義（1）前行電壓波，以速率v向x正方向行進的波反行電壓波：，以速率v向x反方向行進的波

電壓波的符號只取決于導線對地電容所充電荷的符號，與傳播方向無關前行電流波：，以速率v向x正方向行進的波反行電壓波：，以速率v向x反方向行進的波電流波的符號，同時取決于電荷符號和運動方向。如：正電荷沿正方向、負電荷沿負方向均為+，而：正電荷沿負方向、負電荷沿正方向均為-

波阻抗Z和集中參數電阻R的比較：相同點：都是反映電壓與電流之比，量綱相同

都為Ω不同點：R:u為R兩端的電壓，i為流過R的電流Z:u為導線對地電壓，i為同方向導線電流耗能：R將電能轉化為熱能、光能等，Z不耗能，

將能量儲存在周圍介質里R與導線長度有關，Z只與絕緣參數有關，與導線長度無關4傳導耦合的傳輸線理論5傳導耦合電容性耦合電容性耦合模型5傳導耦合電容性耦合5傳導耦合電容性耦合地面上兩導線間電容性耦合模型5傳導耦合電容性耦合5傳導耦合電容性耦合如果R為低阻抗，且滿足如果R為高阻抗，且滿足5傳導耦合電感性耦合5傳導耦合電感性耦合5傳導耦合電阻性耦合電阻性耦合的一般形式5傳導耦合電阻性耦合直接傳導耦合共阻抗耦合電源內阻及公共線路阻抗形成的耦合