1、,24 骚扰信号的传播,骚扰信号，由干扰源发生，经过一定的传播途 径到达接收机，造成干扰。,电导性耦合是最常见的传输耦合方式，骚扰通过连 接两元器件或设备（系统）之间的导线、电缆从骚扰 源直接传输至接收器。在低频情况下，导线表现为单 纯电阻，在高频情况下，还应该考虑导线的电感及杂 散电容。,241 传导骚扰的传播,电导性耦合、电阻性耦合，电容性耦合，电感性耦合,一、电导性耦合,圆截面导线的电阻和阻抗：一根均匀截面的导线的 直流电阻为,式中导线长度l的单位为m，导线横截面积S的单位为 m2，导线电阻率的单位为m。,在高频时，由于趋肤效应，电流向表面集中，趋 肤深度 可以表示为：,式中 为导体的磁
2、导率0r，f为频率，单位 是Hz，为电导率，单位是S/m。表中列出几种常用 导线材料的趋肤深度。,从表可以看出，对于一般导体如直径为0.8mm的 导线，当频率在100kHz以上时，趋肤效应就十分明显 了。在有趋肤效应的情况下， 因为高频电流只在截 面上靠近表面的部分流动， 所以导线的有效截面比 实际截面小，可以写为： ，导线的高频电 阻为,可以看出，导线的高频电阻比直流电阻大。下表 中列出了一根直径为0.2mm，长度为l0cm的铜导线的 高频电阻。,表为直径为0.2mm，长度为l0cm的铜导线的高频电阻,高频时，除了考虑高频电阻外，导线的电感将起 主要作用。对于一根长度为l，直径为D的导线，当
3、 l/Dl时，导线的电感为：,式中l和D的单位为m。,对于高频情况，LRRF，因此高频时导线的阻抗为*：,导线的总阻抗为：,一般情况下，对于高频信号，LRRFRDC，因此导线的阻抗主要是电感的感抗。频率越高，感抗越大，这对于信号的传输是很不利的。因此要求负载阻抗应和传输线的特性阻抗匹配，这样信号沿传输线传播没有反射，直至终端为负载电阻所吸收。,如图所示,放大器1中的骚扰信号通过电源,地线构成回路，在电源内阻ZC上产生一电压降ZCii,与电源产生的干扰电压Ui(如交流声等)叠加，形成一干扰电压 UiZciiUi 加在放大器2上。,二、电阻性耦合(共阻抗耦合）,、通过公用电源内阻的耦合,如图所示，
4、BG1的输出电流在公共接地回路的等效电阻ZC上产生一电压降i1ZC，作为干扰电压加在BG2的输入端。,、通过公共接地回路的耦合,由理论分析可以导出，接地平面上距离为l的两 点之间的阻抗为：,其中： ：接地平面上的直流表面电阻， ：接地平面上的射频表面电阻 K：射频表面电阻与直流表面电阻的比值，大于1的常数（趋肤效应）， 接地平面上两点间的阻抗，当l8时，可以变得相当大。,如图所示，几台设备通过一根公用导线接地时，接地线上的电流比较大，在接地线上将产生 电压降ZC（I1I2），各设备之间可能互相干扰。,、通过公用地线的耦合,对于电阻性耦合，以上各种公共阻抗（例如电 源内阻、公共接地回路的阻抗、公
5、用地线的电阻） 都很小，属于分布阻抗（分布电阻），在电路图 上都被忽略，但是在研究干扰时，成为干扰信号的 耦合途径。,例如：下图所示，接地板上两平行导线之间的电容耦合，C12是耦合电容，f 越高，电容耦合越强。C1、C2分别是两导线对地的电容*，等效电路如图244(b)、（c）、（d）所示。,三、电容性型耦合：,f 较高时，干扰信号和可以通过导线间的分布电 容从一个回路传到另一个回路，称为电容性型耦合。,244（b）等效电路 244（c）低频 244（d）高频,频率较高时，图244（d），干扰电压：,耦合系数：,一般情况下* ：,常见的传输线的耦合电容（表2-4-3，P38。利用电轴法计算）。
6、 例题* * : 两根无 限长平行导体圆柱 线，半径均为 a， 轴线间的距离为 d （d2a）,如图所 示, 求单位长度的 电容C0 。,用分贝表示：,左边导体上的A点：r2b(ha)，r1b(ha)，左边导体的电位为： 右边导体上的B点：r2b(ha)，r1b(ha)，右边导体的电位为：,解：利用电轴法求解。等效电轴 的位置如图中所示（ ），导体圆柱体外任一点的电位：,两导体间的电位差,单位长度的电容：,例如：如图246，接地板上两平行导线之间 的电感耦合* ，,三、电感性耦合，干扰信号通过导线间的分布电 感或线圈和变压器的漏磁，从一个回路传到 另一个回路。,等效电路如图所示， 干扰电压：,
7、M是单位长度的互感系数，利用复数计算：,设回路1匹配，,设回路2也匹配（R2RL2），,常见的导线及线圈间的互感：表244(P41)。,表245 两根平行导线之间的互感M（H）,242 辐射骚扰的传播,主要介绍近距离内辐射骚扰的传播。（不介绍远距离的 传播，例如：通过电离层和对流层的散射，山峰的绕射，这 些在电波传播课程中介绍）,一、辐射骚扰的发射和接收,、辐射骚扰的发射,天线辐射：广播、电视、通信、雷达，用天线 辐射。, 等效天线辐射：导线、传输电缆中通过高频电流， 就有天线辐射效应。, 设备的电磁泄漏:例如ISM设备机壳的缝隙、孔径., 放电辐射:电晕放电、火花放电、弧光放电、辉光 放电、
8、静电放电。,、辐射骚扰的接收, 天线接收., 等效天线接收：各种导线、电缆、机壳都有 天线效应，可以接受辐射骚扰信号。, 接收能力与骚扰信号的特性有关：,水平放置的天线，可以接收水平极化波骚扰信号;,垂直放置的天线，可以接收垂直极化波骚扰信号。,二、近区场的耦合（r 2),辐射源的近区是感应场，骚扰信号的传播没有 滞后效应, 近区骚扰场在被骚扰设备的等效天线 （导线、电缆、机壳）上产生感应电动势。,三、远区辐射场的传播,辐射源的远区是辐射场，骚扰信号以电磁波的 形式传播，传播的途径有：地面波传播、天波传播、 视距传播、反射传播和绕射传播等。,三、远区辐射场的传播,1、 自由空间电磁波的传播和衰
9、减（自由空间是 指无损耗的空间，如真空）, 辐射功率密度S和场强E,设一天线，输入功率为PT，增益为GT，则在距 天线r处最大辐射方向上的辐射功率密度：,由远区,可以解出* ：, 自由空间中的传播衰减,设一接收天线的有效接收面积为Ae，增益为GR，则：,接收天线的输出功率,定义自由空间中的传播衰减为：,用dB可以表示为：,可以看出，自由空间内的传播衰减与f 和r有关， r或f 增大1倍，衰减6dB * 。, 损耗媒质中的传播衰减（例如空气中）,由于空气对电磁波的吸收或散射，电磁波在传 播过程中有损耗，设损耗为A，定义为：,其中：E是接收点的实际场强（测量），E0是该点 的自由空间场强（计算）。
10、,A与辐射频率、传播距离、地面参数、气候条件 等因素有关。, 损耗媒质中的传播衰减为：,2、辐射骚扰的传播途径 表246 电磁波波段的划分, 地面波传播：沿地表面传播,地面波受地面参数(、干湿程度等)的影 响很大，f 越高，地面对电磁波的吸收越强，所以 地面波主要传播较低频率的电磁波（一般30 K30 MHz），例如长波和中波。地面波主要是垂直极化波。, 天波传播,天线发射的电磁波，在高空被电离层反射后到 达地面的接收点，称为天波传播。长波、中波、短 波都可以利用天波传播。天波传播受电离层的厚度 和高度的影响，并受到太阳、地球磁场的影响，还 与时间有关。, 视距传播,在超短波和微波段，由于频率
11、很高,电磁波沿地 面传播的损耗很大，又不能被电离层反射,主要采用 视距传播方式。,视距传播是指在发射天线和接收天线能互相“看 得见”的距离内，电波从发射天线直接传播到接收点， 也称为直接波或空间波传播。在接收点，除收到直射 波外，还可以接收到地面反射波，如图248所示*。 电视、调频广播、移动通信，微波接力通信都属于视 距传播。, 透射传播,干扰信号透过障碍物（如建筑物）的传播。,例如：电磁波穿过墙壁的损耗与墙壁的结构(钢筋混凝土结构、砖木结构）及干湿程度有关。测试表明，高大建筑物（钢筋混凝土结构 ）单层墙壁对电磁波的衰减约为510dB，单栋建筑物的衰减约为1520dB。, 绕射（衍射）传播,
12、干扰信号绕过传播路径上的障碍物的传播方式 （测量中，紧贴建筑物后信号很弱，远离一些，信 号又增强）。波长越长绕射能力越强，因此长波、 中波、短波绕射能力比较强，超短波（电视、调频 广播）、微波绕射能力比较弱，机壳上缝隙的泄漏 也是绕射传播。, 反射传播,干扰信号可以通过地面、建筑物、大型广告牌、 车辆的金属外壳的反射到达接收点。,四、辐射场与被干扰设备的耦合,1、辐射场通过天线的耦合干扰。,2、辐射场对导线（或回路）的耦合干扰。,很多电子设备用金属壳屏蔽，干扰场可以通过 引出的电源线或电缆耦合进入设备造成干扰。,设有两个设备A和B，通过两根平行导线连接，如 图249（a）所示，辐射场在导线上可
13、能产生 两种感应电压：共模骚扰和差模骚扰。, 在导线与系统地构成的回路上产生共模骚扰 电压UC，如图249(b)所示，等效电路如 图249(c)所示。,设辐射场为,若辐射场以电场为主(f 较 高时),在回路上产生的感 应电压：,若辐射场以磁场为主(f 较低时)，在回路上产生的感应电压：,UC在两根导线中产生方向相同、大小和相位也相同的电流i1、i2，UC称为共模电压，这种场对回路的耦合称为共模耦合。, 两根导线和设备（输出、输入端）构成的回 路上产生的差模骚扰电压UD，如图 2-4-10 (a)所示，等效电路如图 2-4-10(b)，计算 方法与上面相同。,UD在两根导线中产生方向相反、大小相
14、等的电流I1、i2，UD称为差模电压，这种场对回路的耦合称为差模耦合。,若辐射场以电场为主：,若辐射场以磁场为主：,单位电场和单位磁场在回路中产生的骚扰电压 与频率的关系如图2411、2412所示（推导： P4546）。可以看出，频率较高时，骚扰电压就比 较大了。,图2411 单位电场在回路中产生的骚扰电压 与频率的关系,图2412 单位磁场在回路中产生的骚扰电压 与频率的关系,、由(2-4-29)式、(2-4-31)(2-4-33)式*： l(2n1)，n1，2，出现 极大值( ) l2n，n1，2，出现极小值：,、f 每增加10倍，V1/E0（V1B0）增加20dB。,、辐射场对机壳的耦合
15、骚扰, 辐射场可以通过设备机壳上的孔径，缝隙的 衍射（绕射）进入设备内产生干扰，波长越 长绕射能力越强。, 机壳上没有孔径，缝隙，辐射场也可以通过 在机壳上产生的感应电流耦合到机壳内，由 于趋肤效应，机壳的导体板越厚，耦合到机 壳内的骚扰场越弱。,C：电容耦合， L：电感耦合， Z：共阻抗耦合， NC：近场耦合， FR：远场辐射。,243电磁骚扰耦合模型 综合241、242的内容，可绘出电磁骚扰的耦合模型，如图2413所示。,244 电磁骚扰的预测计算,建设一些电磁辐射的设备，都要求进行电磁辐 射环境预测。,例如: 电视发射塔 电视广播信号的覆盖范围， 周围的电磁环境。,电磁骚扰预测计算内容很
16、多，包括：地面波骚扰 场强的计算，天波骚扰场强的计算（中波、短波）， 视距传播骚扰场强的计算，超短波骚扰场强的计算 和微波骚扰场强的计算。只介绍一些基本的概念和 一些常见的例子。,1、电磁骚扰源： 骚扰信号的频率或频谱、辐射功 率PT、发射天线的增益GT，辐射方向性（ 方向 图、方向图函数F（,）、天线高度,一、一些基本参数：进行电磁干扰的预测计算,首先需要了解电磁骚扰源，被干扰设备和骚扰 场的一些基本参数。,3、骚扰场：辐射功率密度S（ 能流密度)，电场强 度E，磁场强度H (或B)，远（近）区场特性， 地面条件，环境条件(周围建筑物的分布),2、被干扰设备：工作频率、距骚扰源的距离r，接
17、收天线的增益GR，接收天线的高度,其中，PT：发射天线的输入功率（KW）， G T：发射天线的增益， r：距离（km）， A：衰减因子，F(h)为发射天线的高度因子 F（,）：发射天线的方向图函数。,二、地面波场强（例1）,长波和中波，通常采用地面波传播，在距离辐 射源r处地面波场强（峰值）的计算公式为*：,推导：,其中,d：干扰源和被干扰设备之间的距离km， ：大地的相对介电常数， ：大地的电导率， ：干扰信号的波长m。,1、地面波衰减因子,对于垂直极化波,对于水平极化波,表247 一些常用的地质参数,其中：h是天线的高度，是仰角，如图所示，,2、方向图函数,例如：对于单塔中波天线,对于常用
18、的中波单塔天线， h2（150KW） h4（10KW） 地面附近，0，F（）1。,再由（2435）式 A0.99995 在距发射天线500m，高度为1.6m处，0.1833 由（2436）式可以求出：,解：发射频率为972KHz，波长为308.6m；由表2-4-7, 对 于城市居民区， 代入垂直极化波公式可以求得：,例题：一中波广播发射天线建在城市居民区，高度为154 m，辐射功率为100KW，增益为1.5dB， 发射频率为 972KHz的垂直极化波。求距发射天线500m，高度为 1.6m处的电场强度。,F(h)取为1.2，再由（2434）式即可求出,接收点的场强： 其中： 是直射波的场强，
19、rr2r1，是波程差， 2/， R和分别是反射点处反射系数的模 和相位。,三、视距传播信号的场强（例2） 视距传播仍如图248所示，,对于水平极化波， 对于垂直极化波， 是反射点处的仰角，不同地质r和与频率的关系曲线，海水和地面上反射系数（包括R和）曲线如图2415（a）、（b）所示。,1、对于理想导体地面（例如钢板） 不论取何值 RH1，RV1 2、对于铺有金属网的地面， b是金属网孔的最大尺寸。,四、ISM设备的电磁泄漏场强（例3） ISM设备一般是通过机壳、机壳上的缝隙、孔洞、或连接电缆产生电磁泄漏。辐射场强受泄漏的功率、部位、设备的屏蔽效果等因素的影响，严格的理论计算比较困难，可以通过测量距设备30m处的辐射场强，再根据干扰场的传播衰减特性，预测计算30m以外的辐射场强。 其中：Er是距干扰源r处的场强（r30m）， E30是距干扰源30m处的场强，,n是平均衰减指数，取值范围如表248：,
