《电磁场与电磁兼容》期末考试A及答案

《电磁场与电磁兼容》期末考试A及答案

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北 京 交 通 大 学 考 试 试 题

课程名称：《电磁场与电磁兼容》 2010年－2011年度第二学期 A 卷

（请考生注意：本试卷共有九道大题）

题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 总分

得

分

阅卷人

一、请写出电磁兼容的三要素（6分） 答：骚扰源、耦合途径、敏感设备

二、可用于近似分析架设在地面上的天线特性的基本原理是什么？该原理的主要

内容以及实质是什么？（6分）

答：镜像原理：架设在理想导电平面上的天线，在任一观测点的场强为直射波与反射波的叠加。可以用一个镜像天线作为反射波的等效源。镜像天线的电流大小与实际天线相等，方向为使反射波与直射波在导电平面上满足边界条件，垂直天线的镜像天线垂直，电流方向与实际天线相同，大小相等，水平天线的镜像天线水平，电流方向与实际天线方向相反，大小相等。 实质：用集中镜像电流代替分布感应场电流。

三、图示滤波器的安装是否正确？如果不正确应如何改进？（8分）

答：不正确。滤波器没有良好接地，通过细线接地，高频效果很差。改进：去掉地

所在学院……………… 班级………………

姓

线，去掉绝缘层，使滤波器的金属外壳大面积地贴在金属机箱的导电表面上。

四、接地是解决电磁干扰问题的有效措施，但接地不良反而会增加干扰。请问为什

么？可以采用什么措施解决由地环路所引入的干扰？（8分）

答：（1.）地线存在阻抗，若接地不良，可能会引起地线阻抗干扰；地线可能会与设备构成环路，引起地环路干扰；此外多根地线之间或地线与设备之间还可能引起线间耦合干扰。（2）减小地线阻抗，以减小干扰电压；增加环路阻抗，以减小干扰电流，可通过隔离变压器、光电耦合器、共模扼流圈、平衡电路等来实现。

五、供电电源为50Hz、220V的台式计算机，要判定它的电磁兼容性能是否合格，

典型的需要对该计算机进行哪几项电磁兼容性能的测量？在抗扰度测试中，对被测计算机施加的干扰信号分别模拟实际应用中的哪些干扰？（10分）

答：（1）电磁骚扰发射测试和电磁抗扰度测试，其中电磁骚扰发射测试包括传导骚扰测试和辐射骚扰测试；电磁抗扰度测试包括静电抗扰度测试、浪涌抗扰度测试、电快速脉冲群抗扰度测试、射频辐射场抗扰度测试，射频场感应的传导抗扰度测试。（2）浪涌抗扰度测试模拟电源系统开关以及雷击的影响，感应雷

静电抗扰度测试模拟人体静电放电对设备的干扰

电快速脉冲群抗扰度测试模拟感应负载断电产生的干扰噪声

射频辐射场抗扰度测试模拟来自空间的电磁波产生的骚扰

射频场感应的传导抗扰度测试模拟低频电磁波在电缆上感应出共模电压或电流，以传导的方式对敏感设备造成的骚扰。

六、请画出测量空间某一点的电场强度的测量系统框图。已知天线在450MHz时的

天线校正系数是12dB，测量接收机的读数为37dBμV, 电缆损耗为3.2dB，求该测试点的电场强度是多少？（10分）

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答：

天线电缆测量接收机

电磁波

/()()()()uv m uv E dB v dB k dB L dB =++

37 3.212=++ /52.2uv m dB =

七、如果图中两导线间的分布电容为50pF ，导线对地分布电容为150pF ，导线1端

接1MHz 、10V 的交流信号源。请推导骚扰电压U 1和负载上的感应电压U 2之间的关系，并求当导线2端接的负载电阻R 分别为（1）无限大和（2）50Ω时，导线2的感应电压为多少？（16分）

1

2

C 12

C 2G

C 1G

U 1

U 2

R

解：2222111G G G

R j C R

X j C R R j C ωωω?

==++

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2

21212

1

X U U X j C ω=?

+

1211221G j C R U j C R j C R ωωω=?

++

121122

[]1G j C R U j C C R ωω=?

++ （1）R =∞时，21G R j C ω>>

11

G

R j C ω>>

则12

21122 2.5G

C U U V C C =?

=+

（2）R=50Ω时21G R j C ω<<

11

G

R j C ω<<

则21120.050.157U U j C R j j ωπ≈?==

八、信号源通过一根2m 长的信号线向某一设备传输上升沿时间为4ns ，大小为

35mA 的对称方波信号，方波信号的占空比为50%，周期为40ns 。信号源和该设备分别接地，两根信号线之间的间距为10cm ，整个系统放置于金属地面上，如图所示。求该方波信号的1次谐波在距离该系统3m 处辐射的最大骚扰场强。采用哪些方法和措施可以减小该方波信号的对外辐射？（20分）

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S

2m

解：设一次谐波电流为1I ，

sin()sin()2r n r n T n d I Id

n d n T

πτπππτ= d=0.5，3

3510,1,4r I A n ns τ-=?==

1sin()2100.022()0.510

Id I A π

ππ

=

= 由于形成环路，则为差模辐射

12vt m λ== 32r m λπ=>

因此为远场辐射，同时12,44

l l λλ<<因此可看成磁小环，则22122

12012020.1220.022()0.024()312A E I V m V m r ππλ???=?

=??=?? 抑制措施：减小环路面积，减小环路电流，减小信号频率或谐波分量。

九、用0.1mm 厚的镍板（0.2,600r r σμ==）来屏蔽某一低阻抗骚扰源，镍板距

离被屏蔽的骚扰源1m ，求该屏蔽体对骚扰源发射的100kHz 和2GHz 的电磁波的屏蔽效能。并请说明对低频磁场进行屏蔽的特点。（忽略多重反射）（16分） 解：由于为低阻抗骚扰源，故可知其近场主要为磁场干扰，故在近场不考虑电场的反射损耗。

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(1)f=100kHz 时， 3000()v

m f

λ=

= 31m λ>>可知屏蔽场在其近场 1.3145.38()r r A b f dB μσ== b=0.01cm

2

14.610lg 29.83()r H r

fd R dB σμ=+=在此不考虑对电场的反射损耗，故屏蔽效能

SE=A+H R =75.21（dB ）

（2）f=2GHz 0.15()v

m f

λ=

= 3λ<1m ，可知屏蔽场在其远场 b=0.01cm

1.316417.66()r r A b f dB μσ==

16810lg

40.22()r

p r R dB f

σμ=+= SE=A+p R =6457.88（dB ） 对低频磁场屏蔽的特点：

① 由于低频，故其吸收损耗很小，由于为磁场，故其近场的电磁波的反射损耗也

很小。

② 要选用磁导率大的材料，以提高其吸收损耗，但随频率升高，磁导率会下降；

高磁导率材料易饱和；机械加工会降低材料的磁导率。综上所述低频磁场难以进行屏蔽,总屏蔽效能低。 ③