电磁干扰传播和耦合理论

自动化控制系统抗干扰技术应用摘要：在工业自动化控制现场应用中，为了防止信号干扰，提高系统运行的稳定性和可靠性，文章主要分析了自动化控制系统应对各种干扰源通过两种干扰传播方式，以便在实际应用当中如何抑制干抚信号，并介绍了控制系统常用的干扰抑制措施。

关键词：DCS、PLC、干扰源、屏蔽、接地、PROFIBUS、S7-300、控制系统在工业控制现场中分布着各种各样的杂散电磁干扰信号，对DCS及PLC系统等弱电检测信号具有很强的干扰作用，甚至使整个系统瘫痪，如何在自动化控制系统中减少干扰信号的干扰，保证系统的稳定可靠运行，这就使得我们必须在应用过程当中正确地处理。

一般地，电磁干扰可在多个方面影响PLC：• 电磁场对系统有直接影响。

• 由总线信号导致的干扰耦合（PROFIBUS DP 等）• 通过系统布线产生的干扰耦合。

• 干扰通过电源和/或保护接地来影响系统。

一、两种干扰传播途径通常产生干扰有三个要素：干扰源、耦合路径、易受干扰的潜在电子器件（DCS及PLC系统各种卡件）。

干扰源可以通过空间的辐射或电磁耦合传递到DCS及PLC系统的CPU和信号采集卡件，也可以通过信号电缆的传输进入控制系统。

1、干扰源通过空间传播干扰源的电磁能量以场的方式向四周传播, 频率较高时，干扰信号可以通过导线间的分布电容从一个回路传导到另一个回路，这是电容耦合或电场耦合；干扰信号通过导线间的分布电感，从一个回路传到另一个回路为电感性耦合或磁场耦合；电磁场的干扰还可以通过天线发送至电子装置，即干扰的天线效应，由信号源－传输线－负载组成电流环路，就相当于磁场天线。

2、干扰源通过导线传播信号通过导线传输，实际的传输导线都存在分布电容和电感，尤其在传送频率高的情况下，分布电容和电感参数的影响更不能忽视。

当设备或元件共用电源或地线时，会产生共阻抗耦合；当脉冲信号通过传输线传播，在一定条件下，信号会发生波反射，反射会改变正常信号而产生有危害的冲击电压；干扰源通过磁场耦合在两根导线和设备构成的回路上产生感应电压，会产生差模干扰；干扰源通过电场耦合在一根导线与系统地构成的回路上产生的感应电压，会产生共模电压。

电磁干扰的原理及应用实例1. 电磁干扰的概述•电磁干扰（Electromagnetic Interference，简称EMI）指的是在电磁环境中，由于电磁波的传播引起的各种不期望的现象。

•电磁干扰可以导致电子设备的功能异常、性能下降甚至完全失效，对电磁兼容性的要求越来越高。

2. 电磁干扰的原理•电磁干扰的根本原因是不同电子设备之间的电磁相互作用。

•电子设备产生的电磁波可以被其他设备接收并产生干扰。

•发射端产生的电磁波通过传播介质传播到接收端，过程中可能受到其他设备的影响而产生干扰。

3. 电磁干扰的分类电磁干扰主要分为以下几类： 1. 传导干扰：通过传导媒介（如导线、电缆等）传播，如电源线上的干扰信号被传导到其他设备。

2. 辐射干扰：通过空气或真空中的辐射传播，如设备发射的无线电波被其他设备接收并产生干扰。

3. 耦合干扰：无线电波通过电磁场相互耦合产生干扰，如天线之间的相互干扰。

4. 接地干扰：地线的接地电阻不同会引起地电位差，从而产生干扰。

5. 传输线耦合干扰：传输线上的信号互相干扰，影响传输质量。

4. 电磁干扰的应用实例4.1. 无线通信系统•在无线通信系统中，电磁干扰可能导致通信质量下降，甚至无法正常通信。

•通过合理设计无线电设备，选择合适的工作频段，采用抗干扰技术等手段，可以减少电磁干扰对通信系统的影响。

4.2. 医疗设备•医疗设备对电磁干扰非常敏感，不能承受较强的外界干扰。

•对医疗设备进行电磁兼容性测试，选择合适的材料和设计，是确保医疗设备安全可靠的重要措施。

4.3. 航空航天领域•航空航天领域对电磁干扰的要求非常高，因为电磁干扰可能导致飞机的导航、通信等系统故障。

•在航空航天设备设计中，需要考虑电磁兼容性，采取干扰抑制技术，确保设备的可靠性和安全性。

4.4. 汽车电子系统•汽车中的电子设备日益增多，电磁干扰对车辆的正常运行产生严重影响。

•汽车电子系统需要经过严格的电磁兼容性测试，采取抗干扰措施，确保车辆的安全性和稳定性。

电路中的电磁感应与耦合技术电磁感应与耦合技术是现代电路设计与应用中的重要内容。

在电路中，电磁感应和耦合往往会引起信号干扰和信号衰减等问题，对电路的性能产生不良影响。

因此，掌握电磁感应与耦合技术的原理和方法，对于保证电路的稳定性和可靠性具有重要意义。

一、电磁感应技术电磁感应是指由于电场和磁场的变化而产生感应电流或感应电势的现象。

在电路中，电磁感应常常会导致信号串扰、电磁辐射等问题。

1. 电磁感应的原理根据法拉第电磁感应定律，当电磁场的磁通量发生变化时，会在闭合回路中产生感应电动势。

这个感应电动势可以导致回路中的感应电流产生，从而引起电路中的信号干扰。

2. 电磁感应的应用与解决方法电磁感应在电路中的应用十分广泛，如变压器、感应电动机等。

在设计电路时，为了减小电磁感应带来的干扰，可以采取以下方法：（1）合理布局电路，减小电磁感应耦合；（2）采用屏蔽技术，对特定的电路进行屏蔽，防止干扰；（3）优化电路结构，减小信号回路的面积，降低电磁感应的程度。

二、耦合技术耦合技术是指电路中不同部分之间的相互作用与联系。

在电路设计中，耦合常常会产生电路阻抗的变化、信号波形的失真等问题。

1. 耦合的原理耦合可以分为电磁耦合和电容耦合两种形式。

电磁耦合指不同电路之间通过磁场进行能量传递和信号传输，电容耦合指不同电路之间通过电容进行能量传递和信号传输。

2. 耦合的应用与解决方法在电路设计中，耦合的应用很广泛，如电磁感应耦合、电容耦合等。

为了解决耦合带来的问题，可以采取以下方法：（1）合理选择元件并进行匹配，提高电路的匹配度；（2）使用滤波器等组件，对电路中的干扰信号进行滤除；（3）减小不同电路之间的距离，降低耦合的强度。

三、电磁感应与耦合技术的应用案例1. 高频电路中的电磁感应与耦合技术应用在高频电路中，电磁感应与耦合技术是十分重要的。

例如，在射频电路设计中，为了减小电磁感应带来的干扰，可以采用布局合理、屏蔽技术、优化结构等方法，确保信号的传输质量和稳定性。

1、传导耦合导线经过有干扰的环境，即拾取干扰信号并经导线传导到电路而造成对电路的干扰，称为传导耦合，或者叫直接耦合。

在音频和低频的时候由于电源线、接地导体、电缆的屏蔽层呈现低阻抗，故电流注入这些导体时容易传播，当噪声传导到其他敏感电路的时候，就能产生干扰作用。

在高频的时候：导体的电感和电容将不容忽视，感抗随着频率的增加而增加，容抗随着频率的增加而减小。

jwL,1/jwC解决方法:防止导线的感应噪声，即采用适当的屏蔽和将导线分离，或者在骚扰进入明暗电路之前，用滤波的方法将其从导线中除去；2、共阻抗耦合当两个电路的电流经过一个公共阻抗时，一个电路的电流在该公共阻抗上形成的电压就会影响到另一个电路。

3、感应耦合a）电感应容性耦合干扰电路的端口电压会导致干扰回路中的电荷分布，这些电荷产生电场的一部分会被敏感电路拾取，当电场随时间变化，敏感回路中的时变感应电荷就会在回路中形成感应电流，这种叫做电感应容性耦合。

解决方法：减小敏感电路的电阻值，改变导线本身的方向性屏蔽或者分隔来实现。

b）磁感应耦合干扰回路中的电流产生的磁通密度的一部分会被其他回路拾取，当磁通密度随时间变化时就会在敏感回路中出现感应电压，这种回路之间的耦合叫做磁感应耦合。

主要形式：线圈和变压器耦合、平行双线间的耦合等。

铁心损耗常常使得变压器的作用类似于抑制高频干扰的低通滤波器。

平行线间的耦合是磁感应耦合的主要形式要想减少干扰，必须尽量减少两导线之间的互感。

4、辐射耦合辐射源向自由空间传播电磁波，感应电路的两根导线就像天线一样，接受电磁波，形成干扰耦合。

干扰源距离敏感电路比较近的时候，如果辐射源有低电压大电流，则磁场起主要作用；如果干扰源有高电压小电流，则电场起主要作用。

对于辐射形成的干扰，主要采用屏蔽技术来抑制干扰。

电磁耦合原理及公式电磁耦合是指两个或多个电磁场通过其中一种方式进行相互作用或耦合的现象。

电磁耦合在许多领域中都有广泛的应用，如电磁感应、电磁波传播、电磁干扰等。

对于电磁耦合现象的研究，可以用一些数学公式来描述和解释。

在电磁耦合中，最常见的公式之一就是麦克斯韦方程组。

麦克斯韦方程组是描述电磁场变化规律的基本方程，可以用来解释电场和磁场之间的相互作用。

麦克斯韦方程组可以用下面的公式表示：-电场的高斯定律：∇·E=ρ/ε0-磁场的高斯定律：∇·B=0-电场的法拉第电磁感应定律：∇×E=-∂B/∂t-磁场的安培电流定律：∇×B=μ0j+μ0ε0∂E/∂t其中，E代表电场，B代表磁场，ρ代表电荷密度，ε0代表真空介电常数，j代表电流密度，t代表时间，∇表示梯度运算符。

除了麦克斯韦方程组，另一个重要的公式是电磁波的传播速度公式。

根据麦克斯韦方程组的推导，可以得到电磁波的传播速度公式为：v=1/√(μ0ε0)其中，v代表电磁波的传播速度，μ0代表真空磁导率。

除了以上的基本公式，还有一些与电磁耦合相关的衍生公式和计算方法。

例如，对于电磁感应现象，可以使用法拉第定律来计算产生的感应电动势：ε = -dΦ/dt其中，ε代表感应电动势，Φ代表磁通量，t代表时间。

对于电磁辐射和辐射场的计算，可以使用雷诺兹电磁辐射公式：P = (1/6πε0c^3)，d^3p/dt^3，^2其中，P代表辐射功率，ε0代表真空介电常数，c代表光速，p代表总电流源，t代表时间。

此外，电磁耦合还涉及到电磁波在媒介中的传播问题，可以使用麦克斯韦方程组在不同媒介中的形式以及边界条件来求解相应的电磁场分布。

总之，电磁耦合是电磁场相互作用或耦合的现象，可以通过一系列的数学公式和方程来描述和解释。

其中，麦克斯韦方程组是研究电磁耦合最重要的基本公式之一，还有一些衍生公式和计算方法可以用于特定的问题求解。

esd测试耦合干扰的原理ESD（Electrostatic Discharge）测试是一种用于评估电子设备抗静电放电能力的测试方法。

在现代电子设备中，静电放电可能会对电子元器件造成损坏甚至完全破坏，因此对设备的耦合干扰进行测试是非常重要的。

本文将介绍ESD测试耦合干扰的原理及其重要性。

ESD测试耦合干扰是指在ESD测试过程中，由于测试设备本身的限制或测试环境的干扰，导致测试结果出现误差或不准确的现象。

这种干扰可能来自测试设备的电磁辐射、电磁感应、共模干扰等。

ESD 测试耦合干扰的产生是由于测试设备和测试环境之间存在电磁耦合，从而影响了测试设备对被测设备的正常测试。

为了更好地理解ESD测试耦合干扰的原理，首先需要了解ESD测试的基本原理。

ESD测试是通过模拟或实际的静电放电过程，对被测设备进行电磁兼容性测试。

静电放电是指当两个物体之间存在电势差时，通过导体或半导体的接触或放电点之间发生的突发放电现象。

在ESD测试中，通常使用ESD发生器模拟人体或机器静电放电，将放电电流或电压施加到被测设备上，以评估其抗静电放电能力。

然而，由于测试设备和测试环境的电磁耦合，ESD测试可能会受到干扰，从而产生耦合干扰。

这种干扰可能会导致测试结果的偏移或不准确，进而影响对被测设备的评估和判定。

ESD测试耦合干扰的主要原因包括以下几个方面：1.电磁感应：测试设备产生的瞬态电磁场可能会感应到被测设备上的电流或电压，从而影响测试结果。

这种感应可能来自测试设备的高频信号、电源线、地线等。

2.电磁辐射：测试设备产生的电磁辐射可能会通过空气传播到被测设备上，从而产生干扰。

这种辐射可能来自测试设备的高频信号、射频信号等。

3.共模干扰：测试设备和被测设备之间共享相同的地线或电源线，当测试设备上的电流或电压发生变化时，可能会对被测设备产生共模干扰。

为了减小ESD测试耦合干扰对测试结果的影响，需要采取一些措施来降低干扰的影响。

首先，可以在测试设备和被测设备之间增加隔离屏蔽，减小电磁感应和电磁辐射的干扰。