原创 第二章电磁辐射与远近场基本概念

第二章   电磁辐射与远近场基本概念

§1 电、磁偶极天线

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(一)        电偶极天线公式

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（二）磁偶极天线公式

（四）磁偶极的等效磁矩

电、磁偶极远场表达式对照

（五）电磁对偶性：

§2 波阻抗、远近场概念与区分

远近场的分界点

    工程中，实际的辐射干扰源大致分为两类：类似于对称振子天线的非闭合载流导线辐射源和类似于变压器绕组的闭合载流导线辐射源。由于电偶极子和磁偶极子是上述两类源的最基本形式，实际的

    远近场的划分是根据两类基本源的场随1/r（场点至源点的距离）的变化而确定的，为远近场的分界点，两类源在远近场的场特征及传播特性均有所不同。

表3给出了两种场源在远、近场的能量密度。从表中可以看出，两类源的近场有很大的区别，电偶极子的近场能量主要为电场分量，可忽略磁场分量；磁偶极子的近场能量主要为磁场分量，可忽略电场分量；两类源在远场时，电场、磁场分量均必须同时考虑。

屏蔽类型依据上述分析可以进行以下分类：

近场的物理特性

n      电偶极的近场以电场为主，其波阻抗大于 377

n      磁偶极的近场以磁场为主，其波阻抗小于 377

n      电偶极近场性质: 感应场(直流电压也能产生，如电容器)，波阻抗大于377

n      磁偶极近场性质: 感应场(直流电流也能产生，如直流线圈)，波阻抗小于377

远近场探头判别法

方法1： 测场的衰减特性

方法2： 通过波阻抗测量  （用电、磁两个探头在同一点测）

近场探头Z-11

小于51.52  磁场近场

大于51.52  电场近场

近场探头定位干扰源

1）近场测量的目的

近场测量方法得到的信息，能定位干扰源，从而采取相应措施以减少电磁干扰。EMC标准认证测试，是远场测试。远场测试能给出频率信息，即哪些频点超标了，但是没有位置信息。为了通过测试，需要从源头上来采取措施，所以需要应用近场测量来寻找干扰源。

2）近场探头的用途

?? 主要应用于查找干扰源，判定干扰产生的原因。

?? 可以检测器件或者是表面的磁场方向及强度。

?? 可以检测磁场耦合的通道，从而调整连接器或者是显示器位置

?? 可以检测模块附近的磁场环境情况。了降低干扰，寻找到真正的干扰源或者是其传播的途径是非常有必要的，通过近场测量可以很方便的实现定位的功能，甚至可以精确到IC引脚以及具体的走线。

3）测量仪器

　　谈到测量电信号，电气工程师首先想到的可能就是示波器。示波器是一种将电压幅度随时间变化的规律显示出来的仪器，它相当于电气工程师的眼睛，使你能够看到线路中电流和电压的变化规律，从而掌握电路的工作状态。但是示波器并不是电磁干扰测量与诊断的理想工具。这是因为：
A.　 所有电磁兼容标准中的电磁干扰极限值都是在频域中定义的，而示波器显示出的时域波形。因此测试得到的结果无法直接与标准比较。为了将测试结果与标准相比较，必须将时域波形变换为频域频谱。
B.　电磁干扰相对于电路的工作信号往往都是较小的，并且电磁干扰的频率往往比信号高，而当一些幅度较低的高频信号叠加在一个幅度较大的低频信号时，用示波器是无法进行测量。
C.　示波器的灵敏度在mV级，而由天线接收到的电磁干扰的幅度通常为V级，因此示波器不能满足灵敏度的要求。
　　测量电磁干扰更合适的仪器是频谱分析仪。频谱分析仪是一种将电压幅度随频率变化的规律显示出来的仪器，它显示的波形称为频谱。频谱分析仪克服了示波器在测量电磁干扰中的缺点，它能够精确测量各个频率上的干扰强度。
　　对于电磁干扰问题的分析而言，频谱分析仪是比示波器更有用的仪器。而用频谱分析仪可以直接显示出信号的各个频谱分量。

4）用近场测试方法确定辐射源

　　对于机箱的泄漏，要用近场探头进行探测。近场探头可以看成是很小的环形天线。由于它很小，因此灵敏度很低，仅能对近场的辐射源进行探测。这样有利于对辐射源进行精确定位。由于近场探头的灵敏度较低，因此在使用时要与前置放大器配套使用。

5）用近场探头检测机箱的泄漏

　　如果设备上外拖电缆上没有较强的共模电流，就要检查设备机箱上是否有电磁泄漏。检查机箱泄漏的工具是近场探头。将近场探头靠近机箱上的接缝和开口处，观察频谱分析仪上是否有感兴趣的信号出现。一般由于探头的灵敏度较低，即使用了放大器，很弱的信号在探头中感应的电压也很低，因此在测量时要将频谱分析仪的灵敏度调得尽量高。根据前面的讨论，减小频谱分析仪的分辨带宽能够提高仪器的灵敏度。但是要注意的是，当分辨带宽很窄时，扫描时间会变得很长。为了缩短扫描时间，提高检测效率，应该使频谱分析仪的扫描频率范围尽量小。因此一般在用近场探头检测机箱泄漏时，都是首先用天线测出泄漏信号的精确频率，然后使仪器用尽量小的扫描频率范围覆盖住这个干扰频率。这样做的另一个好处是不会将背景干扰误判为泄漏信号。
　　对于机箱而言，靠近滤波器安装位置的缝隙是最容易产生电磁泄漏的。因为滤波器将信号线上的干扰信号旁路到机箱上，在机箱上形成较强的干扰电流，这些电流流过缝隙时，就会在缝隙处产生电磁泄漏。

更多，可以参考

1.电磁干扰测量与诊断

http://www.china95598.com/news/cemc/2007/10/0710241518056_2.htm

2. 手持单探头EMI调试方案  

3. 基于近场探头的电力电子系统EMC故障诊断，<<电力电子技术 >>2007年06期，冯利民 , 钱照明        

4. 地磁屏蔽原理

   http://www.emckairong.com/products_c/products_cy.htm

§3 地面上方的偶极子，有限长电振子