《第8讲-信号传输回路的干扰控制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第8讲-信号传输回路的干扰控制（73页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsinghua University, Beijing, China 第8讲 信号传输回路的干扰控制清华大学电机工程与应用电子技术系工程硕士班2008.04Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsinghua University, Beijing, China 电 磁 兼 容 研 究 体 系Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsinghua University, Beijing, China 信号传输回路的干扰控制n电电磁骚扰骚扰
2、不论论是通过传导过传导 耦合还还是辐辐射耦合，最后 总总是通过过信号传输传输 回路耦合至接收器，造成对设备对设备 干 扰扰n控制辐辐射耦合的方法除了屏蔽和滤滤波外，在确定的 场场强和频频率条件下，主要是控制耦合回路引入的干扰扰n不同的情况，耦合的影响不同:p信号传输传输 回路有不同的结结构：平衡线线路(二根平 行传输导线传输导线 )和非平衡线线路(如同轴电缆轴电缆 )p不同的接地方式：发发射始端和接收终终端均悬悬浮 ，或两端均接地，或一端接地p不同的耦合模式：共模耦合和差模耦合Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsinghua University,
3、Beijing, China 信号传输回路的干扰控制1. 屏蔽电缆电缆 的电电磁耦合分析 2. 辐辐射共模耦合3. 辐辐射差模耦合 4. 信号传输电缆传输电缆 的空间电间电 磁场场防护护 5. 信号电缆电缆 皮电电流引入的干扰扰及其削弱方法 6. 信号传输传输 回路干扰扰耦合的控制 7. 电缆间电缆间 的串扰扰控制 8. 电缆电缆 屏蔽层层的接地 9. 电缆连电缆连 接器 10. 电缆电缆 的选选用及安装 Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsinghua University, Beijing, China 1.屏蔽电缆的电磁耦合分析 n扩扩散：外部
4、电电磁场场作用在屏蔽层层上，通过过屏蔽层层的 扩扩散进进入内部n穿透：电缆电缆 外皮导导体上的小孔或小缝缝隙存在，电电磁 能量可直接透入电缆电缆 内部Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsinghua University, Beijing, China 1.1 屏蔽电缆的电磁扩散 趋肤深度Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsinghua University, Beijing, China 1.2 屏蔽电缆的电磁扩散 n电电磁扩扩散机理p1930s，Schelkunoff研究了同轴圆轴圆 柱导导体，外 导导
5、体为为薄导导体管n对对于一个金属管，外部电电磁场场的磁场场分量才能在其 内部产产生比较显较显 著的响应应p外电场电场 分量：切向分量由于其散射而相互抵消 ；法向分量差不多全部终终止于导导体表面电电荷p外磁场场分量：在电缆电缆 外皮导导体中感应电应电 流，由 于趋趋肤效应应，电电流密度由外到里逐步减小l导导体较较薄或导导体材料透入深度较较大时时，在靠近电电 缆缆芯的内侧侧表面有一定的电电流密度，有电场电场 出现现。这这就是外 电电磁场场透入电缆电缆 内部的“扩扩散”过过程Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsinghua University, Beij
6、ing, China 1.2 屏蔽电缆的电磁扩散 n内部芯线线上的干扰扰可以通过过屏蔽的转转移阻抗 Zt 或转转 移导纳导纳 Yt 来描述 p屏蔽层层的保护护作用主要表现现在对电场对电场 的衰减作 用p衰减能力主要取决于转转移阻抗p转转移阻抗屏蔽层层内部产产生的电场电场 Ei与屏蔽层层中的电电流Is之 比p转转移导纳导纳 屏蔽层层的一部分电电荷作用在内部芯线线上的途 径在内部芯线线上的感应电应电 荷相当于电电流注入内 部电缆电缆 ，可以通过过屏蔽层层外部对对地电压电压 Vs以转转移导纳导纳 的形势产势产 生Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsingh
7、ua University, Beijing, China 1.3 转移阻抗和转移导纳 n转转移阻抗和转转移导纳导纳 定义义 n内导导体电压电压 和电电流轴轴向变变化率与屏蔽层层感应电压应电压 VS和感 应电应电 流IS的关系n对对于管状及编织编织 屏蔽电缆电缆 都适用n编织编织 屏蔽由于存在缝缝隙，转转移导纳导纳 和转转移阻抗都 被加强 Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsinghua University, Beijing, China 1.3 转移阻抗和转移导纳 n对对于管状屏蔽体，Schelkunoff推导导了转转移阻抗的 解析表达式 nJi
8、(*)和Yi(*)表示第一类类和第二类类柱面Bessel函数， 下标标表示阶阶数 Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsinghua University, Beijing, China 1.3 转移阻抗和转移导纳 n一般电缆电缆 屏蔽层层厚度小于内径，半径远远比波长长要小 nR0为为屏蔽层单层单 位长长度的直流电电阻，为趋为趋 肤深度， 为为屏蔽层层厚度p低频时频时 ，电缆电缆 屏蔽层层厚度远远小于趋趋肤深度 时时p高频时频时 ，电缆电缆 屏蔽层层厚度远远大于趋趋肤深度 时时 Copyright by Prof. He, Jinliang of TH
9、UTsinghua University, Beijing, China UT-141薄壁半硬性电缆的转移阻抗 Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsinghua University, Beijing, China 1.4 编织屏蔽的转移阻抗 n外部电磁场直接透入电缆芯中 产生干扰n若电缆外皮上有小孔存在，则 外部电磁场可直接透入电缆内 部 孔隙Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsinghua University, Beijing, China 1.4 编织屏蔽的转移阻抗 n线编线编 屏蔽电缆电缆 有许许
10、多菱形小孔，导导致电缆电缆 内部和外 部的电电感耦合，还导还导 致电电容耦合n穿透比扩扩散更难难于定量数学描述p小孔比较较小(电电学上)，可用等值值的电电偶极子及磁 偶极子来模拟拟Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsinghua University, Beijing, China 1.4 编织屏蔽的转移阻抗 n电缆外皮与地组成的回路和电缆芯与外皮组成的回路之 间的单位长度的互感M12n电缆芯导体与电缆外皮和外导体(即地)之间的单位长度 互电容C12n将线编电缆屏蔽上的菱形小孔用椭圆来近似，可得小孔 的电和磁极化率Copyright by Prof.
11、 He, Jinliang of THUTsinghua University, Beijing, China 1.4 编织屏蔽的转移阻抗 n编织编织 屏蔽电缆电缆 的转转移阻抗n转转移导纳为导纳为Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsinghua University, Beijing, China 1. 屏蔽电缆电缆 的电电磁耦合分析 2. 辐辐射共模耦合3. 辐辐射差模耦合 4. 信号传输电缆传输电缆 的空间电间电 磁场场防护护 5. 信号电缆电缆 皮电电流引入的干扰扰及其削弱方法 6. 信号传输传输 回路干扰扰耦合的控制 7. 电缆间电缆间 的
12、串扰扰控制 8. 电缆电缆 屏蔽层层的接地 9. 电缆连电缆连 接器 10. 电缆电缆 的选选用及安装 信号传输回路的干扰控制Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsinghua University, Beijing, China 2. 共模耦合n辐辐射共模耦合(CMC)和地回路耦合(GLC)的一般概念 Ground Loop CouplingCommon Mode Coupling“路”的概念“场”的概念Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsinghua University, Beijing, China
13、2.1 辐射共模耦合几种典型电缆耦合回路Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsinghua University, Beijing, China 2.1 辐射共模耦合Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsinghua University, Beijing, China 2.1 辐射共模耦合n 在确定的电缆长度l及离地面高度h的情况下，共模耦合CMC随频率增 加而增加，其斜率为20dB/10倍频程； n当频率达到 f = 150/l（MHz），即l = / 2时，CMC达到最大值 n 在同样的场频率条件下，CM
14、C正比于电缆与大地构成的耦合回路面 积hl，hl越大，CMC也越大Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsinghua University, Beijing, China 2.2 非平衡线路的共模耦合 非平衡线路示例Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsinghua University, Beijing, China 2.2 非平衡线路的共模耦合 非平衡线路的典型电路结构图Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsinghua University, Beijing, C
15、hina 2.2 非平衡线路的共模耦合 n两端均接大地情况 低频时 0高频 Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsinghua University, Beijing, China 2.2 非平衡线路的共模耦合 n信号或负载的“参考地”悬浮的情况n低频时GLC是很大的负数n随着频率增高，GLC呈线性增加，斜率为 20dB/10倍频程，直至波长达2倍电缆长度 Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsinghua University, Beijing, China 2.2 非平衡线路的共模耦合 n对于电子没备，CP
16、系线路的“ 参考地”对机壳或“大地”、或 机壳对“大地”的寄生电容，可 以用A/t来表示nA为电容平行板的面积(cm2)， t为电容两平行板间的距离 (cm)，A/t的单位为cmn对于信号及负载两端“参考地” 均接地的情况，A/tn一般只要知道Cp值，原则上 就可以对GLC加以计算，但实 际情况中要精确知道Cp值很 难，无法确定时，一般可取 A/t=100Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsinghua University, Beijing, China 2.3 平衡线路的共模耦合 Copyright by Prof. He, Jinliang of THUTsinghua University, Beijing, China 2.3 平衡线路的共模耦合 n平衡系统完全对称，显而易见Vo=0，则GLC=Vo/Vi=0 n平衡系统不完全对称，发射及接收两端均接地n当频率增大，连接电缆的阻抗Zw1、Zw2不能忽略时 Copyright
