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          EMC理論基礎(chǔ)知識(shí)——電磁騷擾的耦合機(jī)理

          作者: 時(shí)間:2017-10-20 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            1、基本概念

          本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/201710/366622.htm

            傳播或耦合,通常分為兩大類:即傳導(dǎo)騷擾傳播和輻射騷擾傳播。通過(guò)導(dǎo)體傳播的,叫傳導(dǎo)騷擾;通過(guò)空間傳播的,叫輻射騷擾。

            

            上圖傳染病的模型非常近似:

            

            2、 電磁騷擾的常用單位

            騷擾的單位通用分貝來(lái)表示,分貝的原始定義為兩個(gè)功率的比:

            

            通常用 dBm 表示功率的單位,dBm 即是功率相對(duì)于 1mW 的值:

            

            

            通過(guò)以下的推導(dǎo)可知電壓由分貝表示為(注意有一個(gè)前提條件為 R1=R2):

            

            通常用 dBuV 表示電壓的大小,dBuV 即是電壓相對(duì)于 1uV 的值。

            

            對(duì)于輻射騷擾通常用電磁場(chǎng)的大小來(lái)度量,其單位是 V/m。通常用的單位是dBuV/m。

            3、傳導(dǎo)干擾

            a、共阻抗耦合

            由兩個(gè)回路經(jīng)公共阻抗耦合而產(chǎn)生,干擾量是電流 i,或變化的電流 di/dt。

            

            當(dāng)兩個(gè)電路的地電流流過(guò)一個(gè)公共阻抗時(shí),就發(fā)生了公共阻抗耦合。我們?cè)诜糯笃髦?,?jí)與級(jí)之間的一種耦合方式是“阻容”耦合方式,這就是一種利用公共阻抗進(jìn)行信號(hào)耦合的應(yīng)用。在這里,上一級(jí)的輸出與下一級(jí)的輸入共用一個(gè)阻抗。

            由于地線就是信號(hào)的回流線,因此當(dāng)兩個(gè)電路共用一段地線時(shí),彼此也會(huì)相互影響。一個(gè)電路的地電位會(huì)受到另一個(gè)電路工作狀態(tài)的影響,即一個(gè)電路的地電位受另一個(gè)電路的地電流的調(diào)制,另一個(gè)電路的信號(hào)就耦合進(jìn)了前一個(gè)電路。

            對(duì)于兩個(gè)共用電源的電路也存在這個(gè)問(wèn)題。解決的辦法是對(duì)每個(gè)電路分別供電,或加解耦電路。

            b、容性耦合

            在干擾源與干擾對(duì)稱之間存在著分布電容而產(chǎn)生,干擾量是變化的電場(chǎng),即變化的電壓 du/dt。

            c、感性耦合

            在干擾源與干擾對(duì)稱之間存在著互感而產(chǎn)生,干擾量是變化的磁場(chǎng),即變化的電流 di/dt。

            當(dāng)信號(hào)沿傳輸線傳播時(shí),信號(hào)路徑與返回路徑之問(wèn)將產(chǎn)生電場(chǎng),圍繞在信號(hào)路徑和返回路徑周圍也有磁場(chǎng)。如圖所示,基板材料為FR4的50Ω微帶線橫截面上的電力線和磁力線,可見,這些場(chǎng)并不僅僅局限于微帶線的正下方,而是會(huì)延伸到周圍的空間。這些延伸出去的場(chǎng)稱為邊緣場(chǎng)。

            

            根據(jù)電磁場(chǎng)基本理論,變化的電場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流,變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。那么,當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)(靜態(tài)網(wǎng)絡(luò))的布線進(jìn)入另一網(wǎng)絡(luò)(動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò))的邊緣場(chǎng)時(shí),一旦動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)上的信號(hào)電壓和電流發(fā)生變化,將會(huì)引起邊緣場(chǎng)的變化,邊緣場(chǎng)的變化又將在靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)上感應(yīng)出噪聲電壓或電流,這就是串?dāng)_產(chǎn)生的物理根源。

            這種兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間通過(guò)場(chǎng)相互作用被稱做耦合,耦合又可以分為容性耦合和感性耦合,而把耦合電容和耦合電感分別稱做互容和互感。

            互容和互感都對(duì)串?dāng)_有貢獻(xiàn),但要區(qū)別對(duì)待。當(dāng)返回路徑是很寬的均勻平面時(shí),如PCB上的布線,容性耦合和感性耦合大體相當(dāng)。因此,要精確預(yù)測(cè)耦合傳輸線的串?dāng)_,兩種因素都必須考慮。如果返回路徑不是很寬的均勻平面,比如引線,雖然容性耦合和感性耦合也都存在,但串?dāng)_主要來(lái)自于互感。這時(shí),如果動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)上有一個(gè)快速變化的電流,如上升、下降沿,將會(huì)在靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)上引起不可忽視的噪聲。

            d. 共阻抗耦合干擾抑制方法

            1)讓兩個(gè)電流回路或系統(tǒng)彼此無(wú)關(guān)。信號(hào)相互獨(dú)立,避免電路的連接,以避免形成電路性耦合。

            2)限制耦合阻抗,使耦合阻抗愈低愈好,當(dāng)耦合阻抗趨于零時(shí),稱為電路去耦。為使耦合阻抗小,必須使導(dǎo)線電阻和導(dǎo)線電感都盡可能小。

            3)電路去耦:即各個(gè)不同的電流回路之間僅在唯一的一點(diǎn)作電的連接,在這一點(diǎn)就不可能流過(guò)電路性干擾電流,于是達(dá)到電流回路間電路去耦的目的。

            4)隔離:電平相差懸殊的相關(guān)系統(tǒng)(比如信號(hào)傳輸設(shè)備和大功率電氣設(shè)備之間),常采用隔離技術(shù)。

            e. 容性耦合干擾抑制方法

            為了抑制電容性干擾可以采取以下措施:

            1)干擾源系統(tǒng)的電氣參數(shù)應(yīng)使電壓變化幅度和變化率盡可能地?。?/p>

            2)被干擾系統(tǒng)應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成低阻;

            3)兩個(gè)系統(tǒng)的耦合部分的布置應(yīng)使耦合電容盡量小。例如電線、電纜系統(tǒng),則應(yīng)使其間距盡量大,導(dǎo)線短,避免平行走線;

            4)可對(duì)干擾源的干擾對(duì)象進(jìn)行電氣屏蔽,屏蔽的目的在于切斷干擾源的導(dǎo)體

            表面和干擾對(duì)象的導(dǎo)體表面之間的電力線通路,使耦合電容變得最?。?/p>

            f. 感性耦合干擾抑制方法

            1) 干擾源系統(tǒng)的電氣參數(shù)應(yīng)使電流變化的幅度和速率盡量?。槐桓蓴_系統(tǒng)應(yīng)該具有高阻抗;

            2)減少兩個(gè)系統(tǒng)的互感,為此讓導(dǎo)線盡量短,間距盡量大,避免平行走線,采用雙線結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)縮小電流回路所圍成的面積;

            3)對(duì)于干擾源或干擾對(duì)象設(shè)置磁屏蔽,以抑制干擾磁場(chǎng)。

            4)采用平衡措施,使干擾磁場(chǎng)以及耦合的干擾信號(hào)大部分相互抵消。如使被干擾的導(dǎo)線環(huán)在干擾場(chǎng)中的放置方式處于切割磁力線最?。ōh(huán)方向與磁力線平行),則耦合的干擾信號(hào)最?。涣硗馊鐚⒏蓴_源導(dǎo)線平衡絞合,可將干擾電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消。

            4、

            a. 近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)

            干擾通過(guò)空間傳輸實(shí)質(zhì)上是干擾源的電磁能量以場(chǎng)的形式向四周空間傳播。場(chǎng)可分為近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)。近場(chǎng)又稱感應(yīng)場(chǎng),遠(yuǎn)場(chǎng)又稱輻射場(chǎng)。判定近場(chǎng)遠(yuǎn)場(chǎng)的準(zhǔn)則是以離場(chǎng)源的距離 r 也定的。

            r》λ/2π 則為遠(yuǎn)場(chǎng)

            r《λ/2π 則為近場(chǎng)

            我們常用波阻抗來(lái)描述電場(chǎng)和磁場(chǎng)的關(guān)系,波阻抗定義為Zo=E/H

            在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向垂直并且都和傳播方向垂直稱為平面波,電場(chǎng)和磁場(chǎng)的比值為固定值,為 Zo=120∏=377 歐。下圖為波阻抗與距離的關(guān)系。

            

            b. 減少的措施

            減小的措施主要有:

            1) 輻射屏蔽:在干擾源和干擾對(duì)象之間插入一金屬屏蔽物,以阻擋干擾的傳播。

            2) 極化隔離:干擾源與干擾對(duì)象在布局上采取極化隔離措施。即一個(gè)為垂直極化時(shí),另一個(gè)為水平極化,以減小其間的耦合。

            3) 距離隔離:拉開干擾源與被干擾對(duì)象之間的距離,這是由于志在近場(chǎng)區(qū),場(chǎng)量強(qiáng)度與距離平方或立方成比例,當(dāng)距離增大時(shí),場(chǎng)衰減很快。

            4) 吸收涂層法:被干擾對(duì)象有時(shí)可涂復(fù)一層吸收電磁波的材料,以減小干擾。



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