第3章 辐射干扰及其特性

发生源种类与电磁场强度之间的关系概念图
2、高阻抗场与低阻抗场——波阻抗推导 以电偶极子为例：
Ile jkr H 4r 1 jk sin r Idl e jkr 1 Er j 2 jk cos 20 r r e jkr E j 40 r Idl 2 jk 1 2 sin jk r r
＝
2

μ和ζ为金属板的磁导率和电导率
金属板上的孔径
金属板有n个相同尺寸的圆孔、方孔和矩形孔，圆孔面积S、矩形孔面积
S’，金属板面积为F
设：∑S＜＜F，∑S’＜＜F，圆孔直径D ＜＜ λ ，矩形孔长边b ＜＜ λ ，金属板外侧表面磁场强度为H0,通过空洞漏泄到空间的磁场强度为Hh
则：圆孔－－－－Hh＝4n（S/F）3/2×H0
对自由空间，下式为波阻抗η：
E / H 120 377
波阻抗是一个实数，表示电场与磁场同相，电场变化最大时，磁
场变化也达到最大，反之亦然。故代表一个向r方向的行波，能流矢量 S = Eθ ×Hφ 由Eθ 转到 Hφ 方向，根据右手定则，母指方向即为能流
方向，与r径向一致
对于以磁流极子为干扰 源的感应场区，即磁场 源发生器近距场区间，
则将出现低阻抗场，以
ZH表示 ，干扰场主要是 磁场发生源起主要作用
高电流相当于低 阻抗
发生源种类与电磁场强度之间的关系概念图
当 r＞＞λ /2π 时，称为远场，这时上面3式可以简化为：
Idl jkr H j sin e 2r Idlk E j sin e jkr 4 0
三、 漏泄场的数学模型 无限长缝隙漏泄的磁场强度
Hg＝H0e－πt/g
Hg、H0－－－金属板前后两侧面上的磁场强度
t－－－金属板的厚度 g－－－金属板缝隙宽度
可见：缝隙越深越窄，电磁漏泄就越小
金属板上的电磁漏泄
无缝隙时，由于金属板的吸收损耗，通过金属板后 的干扰场强为： Ht＝H0e－t/δ Ht－－－金属板后侧面的磁场强度 δ－－－集肤深度（m）
可见：H和E都正比于 r-1，而此时的波阻抗：
E 0 k Z Z0 120＝377 H 0 0
此外，对小环天线，也可以得到类似公式，但在其近场（ r＜
＜λ/2π ）时， H正比于r-3， E正比于r-2，而波阻抗：
E 0 2r Z jZ0 ＜＜ Z 0 120＝377 H 0
4、辐射干扰的物理模型
1）物理模型
当 r ＞＞λ /2π （远区场）时，E/H =η ， η ＝120π Ω （自由空间） 在干扰源附近（r ﹤﹤λ/2π）（远区场）时， 如果干扰源具有大电流低电压，则磁场H起 主要作用，如果干扰源具有高电压小电流， 则电场E起主要作用， η＝120πΩ （自由空 间）
I (l )dl e jkr j
60 sin I 0 Le e jkr , (dl 0) r

上式中：
l 2 l 2
I (l )dl
I0－－－在天线中心的电流； Le－－－天线的有效长度， 天线的有效长度在确定一个接收天线两端的开路电压时很有用，它 有时用来表示发射天线的有效性。
① 电偶极子（电流元）辐射的数学模型
电偶极子由带有电流向量I，长度为dl 无穷小电流元组成。根据电磁场理
论，电偶极子在球座标下表示为：
Ile jkr H 4r
1 jk sin r Idl e jkr 1 Er j 2 jk cos 20 r r e jkr E j 40 r Idl
电偶极子（电流元）示意图
上述公式中：r－－－观察点到源的距离（m）
2 jk 1 2 sin jk r r
其他场量为零
ω－－－角频率， ω ＝2πf，f是频率（Hz）；k－－－相位常数，k＝2π/λ，λ是波长
l－－－电偶极子的长度（m） ； I－－－电流（A） ε0－－－自由空间介电常数， ε0＝8.8542×10－12F/m
ห้องสมุดไป่ตู้ 电磁辐射场区的划 分
B. 远区场 （辐射场）
当 r ＞＞ λ /2π 的区域，场随r －1 向外辐射，称为辐射场，场分量简化为：
30kIdl 60kIdl jkr E j sin e j sin e jkr r r E E kIdl H j sin e jkr 4r 120
场量 E、H 正比于因子e－jkr/r，表示从电流元发出的波，在远区 场时，是一个球面波。因为在等距离r各点具有相同的相位，等相位面 是一个球面，当r＞＞λ 时，球面即为平面，因此辐射场具有平面波的 各种性质。
远区场中任何电流分布的场
60 sin E j r 1 Le I0

l 2 l 2
④ 电磁辐射场区的划 分
A. 近区场（感应近区场）
当r＜＜λ /2π 的区域，呈现感应场性质，且电场与磁场相位 相差 90°，呈电抗场，是一个振荡的波，与静电偶极子相似，为
感应场；
在电子设备之间或者内部之间，如果两个系统距离足够小， 电磁辐射的干扰场就是感应场，其电场按照r－3关系衰减，其磁场
按照r－2关系衰减，
第3 章
辐射干扰及其性质
主要内容： 辐射干扰源及其数学模型
辐射干扰频谱
辐射干扰传输通道及其数学模型 接收器 减少辐射干扰的有效措施 常见电磁干扰对的计算 辐射干扰实例分析
第1 节
辐射干扰源及其数学模型
电磁辐射干扰－－－指以电磁波形式传播的干扰
辐射干扰三要素
• 辐射干扰源向外辐射能量的特性，如：方向性、 极化、调制特性、带宽等 • 辐射干扰传输通道，即介质（包括自由空间）
此时：H正比于 r-1， E正比于 r-3，而此时的波阻抗：
E 0 Z jZ0 ＞＞ Z 0 120＝377 H 2r 0
此时：波阻抗为容性高阻抗，正比于r-1，Z0为自由空间波阻抗
单极天线的近场又称为高阻抗场，以电场为主 单极天线称为高电压、小电流高阻抗源
低阻抗场
当 r＜＜λ /2π 时，称为近场，这时上面3式可以简化为：
1 jkr H Idl sin e 4r 2 1 1 Er j 3 Idl cos e jkr 20 r e jkr E j 3 Idl sin e jkr 40 r Idl
当一个天线有效长度为已知时，天线的辐射电阻可由式子：
Rr＝20（kLe）2 Ω 来求出；
辐射电阻的大小，意味着短天线辐射电磁波能量的本领。辐射电
阻越大，辐射功率越大！
④ 电磁辐射场区的划分
C.中区场
在近区场与远区场分界处附近，即 r =λ /2π 的区域附近， 场的各项均不能忽略，这一区域既有感应场也有辐射场。
2、 电磁干扰源分类
1）信息辐射干扰源： 发送设备、本地振荡器、设备功能的非线性、核电磁脉冲辐射等等
2）电磁噪声辐射干扰源：
银河系无线电辐射、太阳无线电辐射、大气中的无线电辐射； 闪电和雷暴的电场、大气中的电流电场、 大地表面的电场；
大地内部的电场、 大地表面的磁场、大地磁层、（大地表面的磁场 与大地磁层统称为自然磁场）； 电力线路辐射干扰源、荧光灯辐射、 降物静电放电辐射干扰； 人体静电放电辐射干扰、机动车干扰源、周围介质的非线性效应； 信息技术设备辐射干扰、工业、科学和医疗设备的辐射干扰
④ 电磁辐射场区的划 分
Idle jkr 1 H jk sin 4r r Idl e jkr 1 Er j 2 jk cos 20 r r e jkr E j 40 r Idl 2 jk 1 2 sin jk r r
② 磁偶极子（磁流元）的数学模型
磁偶极子 是面积为πa2 和电磁波的波长相比足够小的电 流环 不论观察点到干扰源相距多远，观察点总的场 强均可用下式表示： 磁偶极子示意图
Ia 2 jkr 1 jk H e ( 2 k 2 ) sin 4r r r Ia 2 1 jkr Hr e ( jk ) cos 2 2r r 0 Ia 2 jkr j E e ( k ) sin 4r r
a－－－磁偶极子的半径（m） 其他符号的意义与电偶极子 相同
其他场量为零
③ 磁偶极子的辐射
当r变大时，场分量含有r－1项是主要的，表示辐射场；
场分量含有r－2项是主要的，表示感应场；（电场按r－2衰减 ） 场分量含有r－3项是主要的，表示静态场；（磁场按r－3衰减 ）
这三种场都可以传输大量的电磁能量；
金属板上的孔径
注意：矩形孔按最不利原则考虑，即在长边b切断电流通路，破坏了金属板 上表面电流分部的情况下，用下式估算： 矩形孔－－－－ Hh＝4n（kS’/F）3/2×H0 , 其中矩形孔面积S’＝ab K---系数，
b 2 b b ; 1时, 1; 5时, 2.2; a a a b b ＞＞5时, ; 0.63b a 2a ln( ) a a＜＜b时, 按Hg H 0 e t / g 计算 k 3
第2章 电磁干扰源性质与传输
3、 辐射干扰源的数学模型
1）基本辐射形式：电偶极子（电流元）和磁偶极子（磁流元） ① 电偶极子辐射数学模型 电子设备中的电路连接线和印制板上的每根金属线，他们的长 度与电磁波的波长在同一数量级以上，这时可以起着发射和接 收天线作用 电偶极子 与电磁波波长相比足够短的电流元（l＜＜λ， l＜＜r ）
对电磁波能量的损耗程度
• 敏感设备：辐射干扰接收器的敏感度、方向性、
极化、选择性、带宽等
一、电磁辐射干扰源
1、构成辐射干扰源的两个条件： （1）有产生电磁波的源泉； （2）能把这个电磁波辐射出去：