第3章干扰耦合机理案例.ppt

3.3 辐射耦合 　　辐射电磁场是骚扰耦合的另一种方式, 除了从骚扰源有意辐射之外, 还有无意辐射, 例如, 有短(小于λ／4)单极天线作用的线路和电缆, 或者起小环天线作用的线路和电缆, 都可能辐射电场或磁场。  　　辐射耦合的途径主要有: 天线―天线, 天线―电缆, 天线―机壳, 电缆—机壳, 机壳―机壳, 电缆―电缆。 　　对于辐射耦合, 电磁场理论中近场与远场的概念是十分重要的。  3.3.1 电磁辐射 　　当场源的电流或电荷随时间变化时, 就有一部分电磁能量进入周围空间, 这种现象称为电磁能量的辐射。 研究电磁辐射, 最简单的是电偶极子和磁偶极子的辐射。 实际天线可近似为许多偶极子的组合, 天线所产生的电磁波也就是这些偶极子所产生的电磁波的合成。  　　1. 电偶极子的电磁辐射 　　电偶极子是指一根载流导线, 它的长度Δl与横向尺寸都比电磁波长小得多。 假设沿长度方向上的电流是均匀的, 导线长度Δl比场中任意点与电偶极子的距离小得多, 即场中任意点与导线上各点的距离可认为是相等的。 偶极子经传输线接于高频源上, 如图3-22 (a)所示。 高频源的传导电流在偶极子两端会中断, 但偶极子两臂之间的位移电流与之构成了环路。  图 3-22 电偶极子辐射源 　　将电偶极子中心置于直角坐标原点, Δl沿y轴方向, 如图3-22(b)所示。 设电偶极子上电流作余弦(或正弦)变化, 即I=Im cosωt。 那么, 电偶极子在介电媒质中产生的电磁场(E和H)亦是时间的余弦(或正弦)函数。 自由空间的电荷密度ρ、 传导电流密度JC以及电导率σ均为零, 麦克斯韦方程的微分形式可表达为 (3-45) 式中: 　　为磁场强度(A/m); 为电场强度(V/m)； 　　为磁感应强度(T); 　　为电位移矢量(Q/m2)。  由上述方程组可解得电偶极子周围的电磁场为 (3-46) 式中: ImΔl为电偶极子的电矩(A·m); r为从坐标中心到观察点的距离(m); k为波数, 电磁波传播单位长度所引起的相位变化, 设电磁波的波长为λ, 则有k=2π/λ(rad/m)。 　 下面按照观察点到电偶极子的距离远近来讨论电偶极子周围电磁场各分量的表达式。  　　1) 近场区(又称感应场区) 　　在rλ/(2π)的区域内, kr1。 由(3-46)式可见, 电偶极子产生的场分量主要取决于1/(kr)的高次项, 即 (3-47) 　　2) 远场区(又称辐射场区) 　　在rλ(2π)的区域内, kr1。 由(3-46)式可见, 电偶极子产生的场分量主要取决于1/(kr)的低次项, 而且Eτ与Eθ相比可忽略, 因此在波的传播方向上的电场分量近似为零, 近似得 (3-48) 　　2) 远场区(又称辐射场区) 　　在rλ(2π)的区域内, kr1。 由(3-46)式可见, 电偶极子产生的场分量主要取决于1/(kr)的低次项, 而且Eτ与Eθ相比可忽略, 因此在波的传播方向上的电场分量近似为零, 近似得 (3-48) 　表3-4给出了几种导线及传输线的电感(自感)公式。 表3-5给出了导体的电阻公式。  表3-4 几种导线及传输线的电感(自感)公式 表3-5 导体的电阻公式 3.2 高频耦合 　　前面所研究的线间耦合是低频情况下的耦合, 即导线长度较波长小得多的情况, 在高频时, 导体的电感和电容将不可忽略。 此时, 电抗值将随频率而变化, 感抗随频率增加而增加, 容抗随频率增加而减小。 在无线电频率范围内, 长电缆上的骚扰传播应按传输线特性来考虑, 而不能按集总电路元件来考虑。  　　根据传输线特性, 对于长度与频率所对应的λ／4可以比拟(或大于)的导体, 其特性阻抗为　　　。 其端接阻抗应等于该导体的特性阻抗, 实际上这是不大可能的。 因此, 在其终端会出现反射, 形成驻波。 在无线电频率范围内, 许多实际系统中的驻波现象均有明显的骚扰耦合作用。  　　当频率较高, 其导线长度等于或大于1／4波长时, 前面的公式就不再适用了, 因为不能用集总阻抗的方法来处理分布参数阻抗。 此时, 区别电容耦合或电感耦合已没有意义, 需要用分布参数电路理论求解线上的电流波与电压波来计算线间的干扰耦合。  3.2.1 分布参数电路的基本理论 　 由电磁场理论可知, 在导线或传输线上有分布电阻及分布电感, 导线间有分布电容和分布电导。 在低频时, 或者说当波长远大于线长时, 这些分布参数对线 上传输的电流、 电压的影响很小, 而把电路作为集总参数电路来处理。 当频率很高使线长可以和波长相比较时, 线上的分布参数对电流、 电