电磁兼容基础08 元件的非理想行为.ppt

P* 8.1 非理想行为 8.2 电路元件阻抗的定义方法 8.3 复坡印廷定理 8.4 导线的非理想行为 8.5 电阻的非理想行为 8.6 电容的非理想行为 8.7 电感的非理想行为 8.8 其它元件或设备的非理想行为 第八讲 元件的非理想行为 P* 8.1 非理想行为 P* 电路的基本元件包括：电阻、电容、电感及用于互连的导线。 在这里，元件的行为指元件的阻抗随相关因素的变化行为。 元件的阻抗主要受激励的频率和强度两种因素影响。 元件的理想行为：在理想状态下元件所表现出的阻抗特性，这种理想状态通常是元件在额定工作参数（电压、电流、频率）下状态下的特性。 例如：从市场上购买的一个50欧姆的电阻，往往隐含着其电阻值在直流或低频范围内为50欧姆，但不可以认为在任何情况下其电阻值都是50欧姆。 在电磁兼容分析中，由于元件处于较复杂的电磁环境中，电磁骚扰常常具有宽频带的特性，导致元件的工作状态不一定就是理想状态，因此要研究元件的非理想行为。 非理想行为的另一个方面就是要考虑非功能性的寄生参数的影响。 P* 8.2 电路元件阻抗的定义方法 P* 1、电压-电流的定义方式 该定义方式用元件两端的电压U除以通过的电流I，适合于测试。从建模计算的角度，在高频下两个点之间的电压与选取的积分路径有关，因此基于电压的方式来定义阻抗不具有唯一性。 2、功率-电流的定义方式 复功率P指该元件所消耗的复功率，其实部Pr代表有功功率，来源于元件的各种损耗（欧姆、极化、磁化）；其虚部Pi代表无功功率，来源于元件的储能。 功率-电流的定义方式避免了电压的不唯一性，可以在高频下使用。 P* 8.3 复坡印廷定理 P* 1、复坡印廷定理 对于闭合曲面S所包围的体积区域V，穿过S进入的电磁功率等于V内消耗的有功功率及吸收的无功功率 欧姆损耗 极化损耗 磁化损耗 磁场能量 电场能量 复坡印廷矢量 电导率 复介电常数 复磁导率 复坡印廷定理可用于高频情况下元件消耗的复功率的计算。 P* Example 1 P* 计算一根半径为a、长度为h、电导率为σ的直导线的直流电阻 解 假设电流为I, 直流时均匀分布在导线横截面，故有电流密度 从坡印廷矢量的角度，在导线表面 从导线表面进入的电磁功率 P* Example 2 P* 计算一圆形平板电容器的低频阻抗，极板半径为a、间距为h、填充介质的介电常数为ε。 解 时谐场，用相量形式。在电容器的侧面边界上 位移电流密度 在电容器的侧面边界上，磁场强度 P* Example 3 P* 计算在一半径为a、磁导率为μ的圆柱形媒质上沿径向密绕的线圈的单位长度的电感，假设单位长度的匝数为N。 解 时谐场，用相量形式。在电容器的侧面边界上 P* 8.4 导线的非理想行为 1、圆导线模型 P* 考虑半径为rw，电导率为σ的直导线， 以其中轴线为z轴，建立圆柱坐标系(ρ,φ, z) 考虑对称性 J0和N0分别为第一、二类零阶贝塞尔函数 假设电流已知，导出系数c1 P* 2、圆导线的内阻抗 P* 导线单位长度的内阻抗 导线单位长度直流电阻 8.4 导线的非理想行为 δ为透入深度 P* 2、圆导线的内阻抗 P* 内阻抗反映的是： 1）沿导线表面的电压与导线电流的比值； 2）导线内部电磁能损耗和储存状况 8.4 导线的非理想行为 P* 3、两种极限情况 P* 讨论1 低频情况 krw1 Li为低频时导线单位长度内电感，与恒定磁场中导出的结论相同； 低频时导线电阻与直流电阻相同。 8.4 导线的非理想行为 P* 3、两种极限情况 P* 讨论2 高频情况 krw1 高频时电阻远大于低频电阻 高频时内电感远小于低频时内电感 高频时内电抗远大于低频时内电抗 8.4 导线的非理想行为 直流时电流均匀分布在横截面，高频时近似只分布在一个透入深度内 P* 4、频率的影响 P* 导线相对内阻抗随导线相对半径的变化 8.4 导线的非理想行为 P* 5、电路板印制线 P* 印制线是一种截面为细长矩形的金属导线，一般蚀刻在印制电路板(PCB)的介质基底上，构成射频和微波频段的带状线传输系统。 8.4 导线的非理想行为 P* 5、电路板印制线 P* 1)电阻特性 直流及低频时，电流在导线横截面上均匀分布，电阻为 高频时，因集肤效应，电流主要分布在导线表面一个透入深度范围内，电阻为 2)电感特性 由于印制线的截面为厚度极薄的矩形，一般没有计算单位长内自感的解析公式。一般可以采用保角变换法和电磁场数值计算方法（如有限差分法、有限元法和积分方程法等）进行计算。与印制线外自感相比，内自感通常可以忽略不计。 w为印制线宽度，t为印制线厚度 8.4 导线的非理想行为 P* Example 4 P* Consider t