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  • 發布時間:2020-10-05 16:38 原文鏈接: 電場、磁場與天線的關系(一)

    一、電場與磁場

    電場(E場)產生于兩個具有不同電位的導體之間。電場的單位為m/V,電場強度正比于導體之間的電壓,反比于兩導體間的距離。磁場(H場)產生于載流導體的周圍,磁場的單位為m/A,磁場正比于電流,反比于離開導體的距離。當交變電壓通過網絡導體產生交變電流時,會產生電磁(EM)波,E場和H場互為正交同時傳播,如圖1所示。

    圖1 產生電磁(EM)波,E場和H場互為正交

    同時傳播電磁場的傳播速度由媒體決定;在自由空間等于光速3×108 m /s。在靠近輻射源時,電磁場的幾何分布和強度由干擾源特性決定,僅在遠處是正交的電磁場。當干擾源的頻率較高時,干擾信號的波長又比被干擾的對象結構尺寸小,或者干擾源與被干擾者之間的距離r>λ/2π 時,則干擾信號可以認為是輻射場即遠場,它以平面電磁波形式向外輻射電磁場能量進入被干擾對象的通路。干擾信號以泄漏和耦合形式,通過絕緣支撐物等(包括空氣)為媒介,經公共阻抗的耦合進入被干擾的線路、設備或系統。當干擾源的頻率較低時,干擾信號的波長λ比被干擾對象的結構尺寸長,或者干擾源與干擾對象之間的距離r<λ/2π,則干擾源可以認為是近場,它以感應場形式進入被干擾對象的通路。近場耦合用電路的形式來表達就是電容和電感,電容代表電場耦合關系,電感或互感代表磁場耦合關系。這樣輻射干擾信號可以通過直接傳導方式引入線路、設備或系統。圖2是輻射場中近場、遠場、磁場、電場與波阻抗的關系圖。

    圖2 輻射場中近場、遠場、磁場、電場與波阻抗的關系圖

    二、天線檢測信號的方法

    天線具有兩種轉換的功能:轉換電磁波為電路可以使用的電壓和電流,轉換電壓和電流為發射到空間的電磁波。信號是通過電磁波傳輸到空間中的,電磁波由分別用V/m和A/m來度量的電場和磁場構成。依據要檢測的場的種類,天線具有特定的結構。如圖3(a)所示的設計來拾取電場的天線由棒子和金屬板構成,而如圖3(b)所示的用來拾取磁場的天線則由線環構成。有時電子電氣產品中的一部分(如電纜、長印制線等)就會無意識地具有這樣的特性而成為天線。EMC其中一個很重要的任務就是關注并消減這些無意識的天線。當電場(V/m)碰上天線時,它沿長度方向感應一個相對于地的電壓值(m·V/m=V)。與天線互連的接收機檢測天線與地之間的電壓。這種天線模型也可以等效為測量空間中電位的電壓表的一條引線,另一條電壓表引線是電路的地。

    圖3 用來拾取電場和磁場的天線形狀

    一些天線由線環構成。這些天線探測磁場而不是電場,它們是磁場天線。正像流過線圈的電流可以產生穿過線圈的磁場一樣,當磁場通過線圈時線圈中也會感應出電流。磁場天線的兩端被固定在一個接收電路上,這樣可以由環天線引入的電流來探測磁場。磁場一般垂直于場的傳播方向,所以環面應該與波傳播方向平行來檢測場。輻射電場的天線具有兩個互相絕緣的單元。最簡單的電場天線是偶極子天線,它的名字非常自然地暗示了它有兩個單元。兩個導體元作用類似電容器極板,只是電容板間的場是輻射到空間中,而不是被限制在兩極板之間。另外,構成磁場天線的線圈類似電感,它的場被輻射到空間而不是禁錮在一個封閉的磁路中。


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