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1、同轴编织电缆电磁泄漏发射 石长生 李国 林 ( 清华大学电子工程系) 摘 论文分析了同轴编织电缆电磁泄漏发扮的机理 ， 电缆传特模式分析 导出了屯流产生的辐射场公式. 要 证实了电揽编织层外表面电流是主要发升源。 论丈给出丁 浏全数据与计算结果吻合. 引言 同轴编织电 缆广泛用于电信息的传 输: 短电 缆多用来连接桌面设备. 长电缆用作计算机网络传输介质。当 信息在电缆中传输时伴随它会产生电 磁泄漏 发射.这不仅会造成电 磁污染， 破坏电磁兼容 性. 还可能使涉密信 J息泄漏、 危害信息安全. 最早研究同轴线泄漏问题的是S c h e ik u n o f f f 0 1 1 9 3 4 年)
2、 ， 他首次引入表面转移阻抗慨念对同轴编织电缆 电磁泄漏发射深入研究是由矿井 及坑道通信恶 求所推动的.工 9 7 5 年P . P . D e l o n g n e 和M. S a f e k = - 利用 编织层 转移阻抗边界条件导出了坑道中同袖编织电缆的二个传 输基棋 同袖线洪( C o a x i a l Mo d e ) 和单线凑 M o n o fi l a r Mo d e ) , J . R . Wa i t ( I 等许多学者在此领域开展了研究工作. 在这一研究成果指导下开发出辐射电 缆( R a d i a t i o n C a b l e ) 新品种. 例如A N D
3、 R E W公司的R T和R X L系列辐射电缆。在坑道中这种 辐射电缆利用 的泄漏 主要是传输摸贡k a本文讨论暴露于空问的 有限长普通同轴编织电 缆t 计算机网络中使用的电缆及连接信息设 备的同轴电缆) 的电磁泄IM , 发射问a. 二电磁泄漏发射机理 当电缆内有电磁波传输时. 成这种电磁发射的原因 的直接辐射 部份电f能量从电缆的编织层泄OR , 出来. 概括起来有三种效应.、 c - - u u l M J + c Y IL . 阳 木 孙 刀甩 哑 范 a d 发 射 简称 电 E : 发 射。 造 -Z-f r厘、 二是编织层孔晾发射效应. 三是电缆外表面电流 称为电滋泄漏发射 尸
4、 i 1/ofihlx:J ,s Wr$ya ,TZ4 ( C; . txyC,t x i q g i .F Thi L一 1,raihr15 E, 5 f0.1:f 1 .Z I; 4pT ,7 . E =R , l R ， 为转移电阻 编织层孔隙产生电磁泄漏是显而易 见的。 B e t h e 小 明小孔辐射可等效为电偶极子与磁偶极子的联合辐射。 的切向分量有关 孔理论可用来分析这种小孔产生的电磁发射， 该理沦证 偶极矩仅与孔几何尺 寸及所在处电场法向分RT与磁场 其中t为电偶极矩 E 功 二 口 n ， 为电场法向分量. a P二。. 氏 a m - n , c 俘，一 a c . t
5、. 为电极化 率. 币磁 A极矩 i- t 为6 1- 1 场强度. 孟 、 为磁限化率并矢L 对同轴编织电 缆的镇式分析表明这种导波机构可能存在二种性质不同的导行基波: 一为同轴线模 另一为 高包模( G o u b a u ) . 在编织层外 空间 都存在它们的场， 即在编织层外表面存在与这二种场相关联的表面电流. 与 二种模式对应的二种表面电流沿线分布情况还与各自导波机构的负载性质有关. 分析表明虽然这二种电流幅 度很小( 约为同轴线传输电流的万分之一) 、 却会产生比上述二种效应强得多的电 磁发射. 实验也证明它是电 缆 电磁发射的主要发射源。 三传 输模式分析 同轴编织电 缆传输基模
6、为T M模. 图( 1 ) 绘出电缆截面的几何图形。 这是多层同轴结构。 求解该问 题的难 点是建立准确的编织层边界条 件。 D e lo n g n e 等利用如下表面转移阻抗边界条件. E ;=E- ( p二b ) E .Z , 2 rz b ( H .- 一H ,- ) . ( p =b ) 其中上标一 ” 表示编织层外表面物理量. 上标“ 一” 表示编织层内表面物理量.Z r 为表面转移阻抗。 依据此边界条件不难求得基模特征方程 1Z ,-Z 一 1Z r 一 万 1Z , - Z , 一 “ 其 中 ， Z ， 一 面u : 丁 而 1,( u . a ) _ 12 rz (lm e
7、 - u . ) 1,( u . a ) I u . a u . K , ( u , c ) j 2 s u re , K, ( u , c ) u ,c I 呻吟 u 32 双 山 U 言 1 2 x - , K ; , 一u :二K : 一u = =K , 一u c=U -一K : K : 一 K a C . K : 一 K 2 k - K 一。 ， 。 一 笔 ) 由该特征方怪可解得两个传输基模: 同轴线模和高包( G o u b a u ) 棋。 两种基棋具有不同的物理特性. 同轴线模场结构与理想同 袖线中T E M棋十分接近; 相速近似等于C / / - c ( C为真空中光速。 为
8、电缆内介 质的介电常数) . 低子真空中 光速。 与理 想同轴线中T E M摸不同之处是编织层外仍存在电磁场， 它沿半径方向 延伸呈衰减. 且衰减的较快。存在 H ， 分金. 即编织层外表面存在模电流， 它成为产生电磁发射的源. 高包模场结构与同轴模不同. 突出 特点 是该镇主要电磁能盆集中在编织带外空间. 而同轴线模主要电磁能 量在编织层内 空间. 另外高包模 相速很接近于真空中光速， 因而它在编织层外空间沿半径方向场衰减速度大大 慢于同轴线模。 它的H ， 分量在 编织层外表面形成电流。 该电 流是电缆电磁 发射的发射源。 应指出 的是高包摸 的大小与电缆两端的条件有关 四电磁发射场 在诸
9、多电缆应用实例中考虑到电滋发射有二种情况， 其一观测点距电缆距离远大于电缆长度.短电缆( 如 连接桌面计算机与显示器的电 缆等) 属干这种情况。 第二种情况观测点 距电缆距离h小于电缆长度。 计算机网 络布线电缆长度很长通常属此情 况. 有 限长电 缆外空间的泄漏场由二 部分组成， 一是传输线模( 同轴线模和高包模) 在外空间 的场. 另一部份是 由电缆外表面棋电流产生的辐射场. 传输线模在外空间的场随径向距离增大而褒减在径向距离 h处同轴线模电场 : 分量为 E , ( h ) = Z r lh , ( u o h ) I , ( u , a ). 。 。 一 , / P 一 k 2 其中I
10、 半 径 为电缆内总电流 Z ，为编织层表面转移阻抗 p 为棋传播常数.h , ( X) 为变型贝塞尔函数 为电缆 电缆表面传输模电流产生的辐射场可利用位函数来计算. E =一 j- X 17 W X 一 y- z (4 %r 工 ( )e - 0 , 一 1. (z ) 一 。 】1)Ka ) eR d z 、 一 岚I( 9 、 ! 、 一 q . 、 、e 一 、嗜d z 9 ) 一 击 d z ( I 一 线 ， ) q 卜击 晶 (， ( ) 一 儿 ) 其中I。 为同轴线摸电流. 工 ， 为高包模电流。 q 。 为同 轴线模电荷。9 : 为高包模电 荷. 当观测点距离电缆大于工作波
11、长. 且大于电缆长度时 称处于“ 电缆长度时都称处于“ 近场区” . 在“ 远场区” 减. 而在“ 近场区.场有不同的空间衰减特性 远场区” . 而当观测点距离小于波长 或小于 电磁场空间分布特征之一是场强随距离R增大按照 1 / R的规律衰 五电磁发射场实验测量 破测电缆是计算机网络广泛使用的R G一5 8型细缆长为2 5 米. 主要结构参数如表(1) . 编 束 数导 线 数 导 线 直 径 介 质 直 径一 截 面 长 度 芯 直 径 1 6 4 0 . 1 5 2 m. 2 . 9 8 m m 2 . 9 5 mm 0 . 9 2 mm 实验中使用的信号源为 MA R C ON 1 2
12、 0 3 1 频率合成器. 它可提供频率稳定. 幅度稳定的正弦信号， 而且它自 S YL . tf+ 3 1 琶小。电11终端接 5 。 。匹配负载.实验中注意采用较好的屏蔽连接器， 确保其泄漏很小。 测试接收夭 线为S I A- 3 0 S双淮天线 它给出 经校准的天线系数。接收机为H P 8 5 9 4 E频谱分析仪. 乌浴 ; c z ALi h _ 田旅琢孺摇5 。 。匹配负 载. 发 射 攫 鬓 霆 凳 冀 禁 天 线 距 电 缆 米 ”合 电 “ 走 向 则 2 个 点 个 ” 率 入 “ 率 为 Od Bm .测 得 电 缆 电 ” 泄 漏 发 射 it n 茸 T, I 3i9
13、 : J . v o l . 1 3 . 1 9 3 4 . P P 5 3 2 -5 7 9 1= 6 m 处 电 场 (d B p v / m ) ，一 ， 8 m 处 电 场 (d B p v / m ) 测量值 计 算 值 测 量 值 计算值 频 率 ( M H , ) 2 05 7 . 5 I 5 7 . 4.5 3 . 5 5 2 . 9 3 05 2 . 8 5 4 . 04 8 . 551 . 4 5 05 8 . 05 4 . 4 5 4 . 05 6. 1 705 7 . 55 3 . 54 4 . 54 4. 2 P . P . D e l o g n e . a n d
14、 M. S a fa k R a d i o E l e c t r . E n g . . Vo l . 4 5 . n o . 5 1 9 7 5 p p 2 3 3 -2 4 0 J . R . Wa i t a n d D . A. Hil l I E E E t r a n s Mi c r o w a v e T h e o r y Te c h . v o l MTT一2 3 . n o . 5 . 1 9 7 5 . p p 4 0 1 -4 0 5 一IJFesl 少目nJ resLes 内 导 体( p a ) 介质 层( . K P 叻 编织 带( 6 i I P t b ,) 外 包 皮( b , 代 P c ) 图 1。 编织带同轴电统结构示意图
