2.电磁干扰的电磁耦合及发射机理

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。

干扰产生的原因与消除的方法1.电磁辐射干扰产生的原因与消除的方法1.1传输线消除外部电磁干扰的原理显示系统的传输线主要是同轴电缆，此外也有部分使用双绞线。

不论是同轴电缆还是双绞线，它们都具有抗电磁干扰的能力。

同轴电缆是采用屏蔽的方法抵御电磁干扰的。

同轴电缆由外导体和内导体组成，二者是以电缆中心点为加以的同心圆，因此叫做同轴电缆。

在内外导体之间有绝缘材料作为填充料。

外导体通常是由钢丝纺织而成的网，它对外界电磁干扰具有良好的作用。

内导体处于外导体的严密防护下，因此，同轴电缆具有良好的抗干扰能力。

双绞线是采取平衡的方法消除外界电磁干扰的。

在经线的一对线中，两条导线的物理特性（材料、线径）完全相同，且按照一定的规则进行纽绞。

这样，外界干扰源与每条线的电磁耦合参数完全相等，产生干扰电流也完全相等，而流经终端负载的方向相反，相互抵消，达到消除干扰的目的。

1.2强电磁辐射对线路的干扰与消除综上所述，传输线具有抵御外部电磁干扰的能力，因而可有效的传输信号。

传输线具有抵御外部电磁干扰的能力通常用干扰防卫度来表达，其定义是：干扰源信号强度与传输线中产生的干扰信号强度的比值，再取其对数。

干扰防卫度越大，表示抗干扰能力越强。

传输线的干扰防卫度足以抵御通常情况下的各种干扰。

但是，当干扰源过强，超过了传输线干扰防卫度，就会对图像信号产生干扰。

这些强电磁干扰主要有以下两种：第一，附近有强电磁辐射源。

第二，布线设计不当，强电线路对传输线产生的干扰。

强电磁辐射源通常有大功率电台或有电磁辐射的电器设备。

强电磁辐射产生的干扰在图像上的表现是网状波纹干扰。

对于此种干扰，可采取以下方法消除干扰。

第一，尽可能避开干扰源，显示系统设备和线路要与辐射源保持一定距离。

第二，选择屏蔽性能好的电缆。

同轴电缆的外屏蔽网的编织密度直接影响到电缆的干扰防卫度，编织密度越大，防卫度越高。

因此，应选择编织密度较大的电缆。

市场上的电缆品牌较多，质量亦有差异。

因此，要注意选择质量好的电缆。

电磁耦合作用机理研究提要：本文论述了电磁环境的相关概念，分析研究了电磁的耦合方式和作用机理，为下一步的深入研究，提供理论基础。

关键词：电磁环境；耦合方式；作用机理随着科学技术的不断发展和人类活动的不断拓展，微电子技术、计算机技术应用到了社会生活的方方面面，大量技术含量高、内部结构复杂的电工、电子产品得到广泛应用，使之日益信息化和电磁敏感化。

复杂电磁环境对地球和人类产生的影响越来越引起人们的关注。

因此，研究电磁的耦合作用机理具有重要的意义。

一、电磁环境相关概念电磁环境是指存在于空间所有电磁现象的总和。

各种人为电磁辐射和自然电磁辐射构成了复杂的电磁环境，其中人为电磁辐射包括移动电话机、无线电对话机、广播电视电台发射机、卫星、雷达等等，雷电、静电、地磁场、太阳黑子活动、宇宙射线等构成了自然电磁辐射源。

电磁辐射作用的形成需要同时具备以下三个要素：电磁波源，指产生电磁波的元器件、设备、系统或自然现象；耦合通道，指把能量从波源耦合或传播到敏感设备上，并使该设备产生响应的通道或媒介；敏感设备，指对电磁波发生响应的设备。

通常将这三个要素称为电磁耦合的三要素，如图1所示。

二、电磁辐射的耦合方式（一）天线耦合全体暴露于电磁场的金属导体均可认为是天线，“前门”耦合（“front-door”coupling）就是指电磁脉冲或微波能量通过目标上的天线耦合到电子系统内。

因此，可以按天线的设计特性计算耦合强度，当电磁波频率与天线设计频率相等时，耦合最大。

（二）孔缝耦合一般情况下，电子设备封装在由传导材料构成的容器中。

由于设备散热通风、缺口、裂缝以及馈电、信号传输的需要，容器不可能完全密封，存在着不同类型的孔缝，这就为电磁辐射提供了耦合途径。

“后门”耦合（“back-door”coup ling）就是高能电磁脉冲能量通过目标上的孔洞、缝隙耦合进入系统，干扰或毁坏电子设备。

当波长小于孔缝尺寸时，电磁波将毫无阻挡地进入屏蔽体内；当波长大于孔缝尺寸时，电磁波将被阻挡；当存在尺寸和电磁波长相比拟的孔缝时，电磁波的耦合就很严重，将产生共振。

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。

CAN（Controller Area Network）总线是一种广泛应用于汽车及工业自动化领域的多主通讯系统。

由于它使用差分信号传输，通常具有较好的抗干扰能力，但在恶劣的电磁环境中，仍可能出现EMC（Electromagnetic Compatibility）干扰问题。

CAN信号的EMC干扰机理主要包括以下几个方面：1. **电磁辐射干扰（Radiated Interference）**：- 辐射干扰是指干扰源通过空间辐射的方式对CAN信号产生影响。

例如，其他电子设备的工作产生的高频电磁波可能耦合到CAN总线上，引起信号误码。

2. **电磁感应干扰（Inductive Interference）**：- 当电流变化时，会在周围产生磁场，这个磁场可能会穿过PCB板并对邻近的CAN信号线产生感应电压，造成信号干扰。

3. **电容耦合干扰（Capacitive Coupling）**：- 电容耦合是干扰信号通过电容方式耦合到CAN总线上的。

这种干扰可能发生在相邻的走线之间，或者通过共同的电源或地线传播。

4. **共模干扰**：- 共模干扰是指干扰信号通过电路的共同路径（如公共地线或电源线）传播。

这种干扰可能影响CAN总线的完整性，导致数据错误。

5. **差模干扰**：- 差模干扰是指干扰信号直接作用于CAN总线的差分信号线上。

这种干扰可能会改变CAN信号的差分电压，导致数据错误。

6. **地回流干扰**：- 地回流干扰是指由于地线或电源线的电阻，导致电流不能有效回流，从而在CAN总线信号线中产生干扰。

为了减少这些干扰，可以采取以下EMC设计措施：- **电路布局**：合理布局电路，尽量减少走线长度，使用专门的CAN信号线，并避免与高功率信号线相邻。

- **屏蔽**：对CAN总线和敏感电路采用屏蔽措施，如使用屏蔽电缆和屏蔽罩，以减少辐射和感应干扰。

- **滤波**：在CAN总线入口处使用滤波器，以减少高频噪声的影响。

电磁兼容原理电磁兼容是指不同电子设备之间能够协调共存，不互相干扰，并能在同一电磁环境中正常工作的能力。

在现代电子技术高度发达的时代，电磁兼容成为了一个重要的问题。

本文将介绍电磁兼容的原理以及如何通过适当的设计来提高设备的电磁兼容性。

一、电磁兼容的原理1. 电磁耦合电子设备之间的互相干扰主要是通过电磁耦合传递的。

电磁耦合可以分为导线耦合和空间耦合两种形式。

导线耦合是指电磁干扰通过导线传递，例如电源线、信号线、地线等。

当一个设备产生电磁辐射时，通过导线就会传递到其他设备，造成干扰。

空间耦合是指电磁波通过空气传播，直接干扰其他设备。

这种干扰主要通过电磁波的辐射或者敏感部件的接收来实现。

2. 电磁辐射任何电子设备在工作时都会产生电磁辐射。

这些电磁波会以一定的频率振荡并传播到空气中。

不同频率的电磁波对其他设备的干扰程度也不同。

电磁辐射可以通过适当的设计进行控制。

例如，在电路板布局上可以采用良好的地线规划、信号和电源线的分离等方法来减少辐射。

3. 电磁感应电子设备在接收到其他设备的电磁波时也会产生干扰。

这是因为电磁波产生的电场和磁场可以感应到设备中的导线、元器件等。

对于感应干扰，可以采取屏蔽、过滤等措施来减少干扰。

例如，在信号线上可以添加屏蔽层，以减少外部电磁波对信号线的感应。

二、提高电磁兼容性的设计原则1. 地线设计良好的地线设计是提高电磁兼容性的重要手段。

地线应该具有低的阻抗，以便将电磁干扰引流至地。

同时，地线应该规划合理，避免形成地线回路，增加传导噪声的可能性。

2. 信号和电源线分离在电路板布局设计中，将信号和电源线分离是减少电磁耦合的有效方法。

信号线和电源线在布线时应尽量保持距离，并采用交错敷铜等技术来减少彼此之间的相互影响。

3. 屏蔽和过滤对于敏感的信号线或电路，可以采用屏蔽或过滤器来减少外部电磁波的干扰。

屏蔽层可以采用金属材料制作，对电磁波进行屏蔽。

过滤器则可以针对特定频率的干扰进行滤波，以保证信号的准确传输。

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。