干扰信号的特性电磁兼容.ppt

23 骚扰信号的特性,231 频谱,、定义：任何骚扰信号都可以利用傅里叶级数（对于周期性骚扰信号）或傅里叶积分（对于非周期骚扰信号）分解成不同频 率简谐信号的迭加，这些简谐信号的 幅值随频率变化的函数（Cn或F()，称为骚扰信号的频谱。,例1：单一频率信号的频谱是一段直线，如下图所示。,例2：下图是电子楼顶测试场地背景电磁噪声的频谱，上面是水平极化波的频谱，下面是垂直极化波的频谱，可以看出背景电磁噪声中各种信号的频率及其幅度的大小。,、周期性骚扰信号的频谱,大多数功能性骚扰源产生的都是周期性骚扰信号。设f（t）是一周期性骚扰信号，可以用傅里叶级数展开为,其中：0是基波，n 0是各次谐波。n0频率分量的幅度：,例如：求一周期性方波信号的频谱,如图所示，T是方波的周期。,把（233）式代入（232）式*：,欧拉公式,可以画出周期性方波信号f(t)的频谱曲线，设，利用（234）式可以算出基波和各次谐波的幅度，如下表。,所以周期性方波信号f(t)可以展开为：,利用表中的数据可以画出周期性方波信号的频谱，如图所示。,完整的周期性方波信号的频谱如图-3-5所示*。,可以看出周期性骚扰信号频谱的特点：,、离散性：周期信号的频谱由不连续的谱线组 成，谱线间隔为0，每条谱线代表一个正 弦分量。,、谐波性：周期信号频谱的每一条谱线，只能 出现在基频的整数倍的频率上。,、收敛性：各次谐波的幅值随频率的增加而减 小，频谱是收敛的。,除了基波和各次谐波信号以外，干扰源（如发射机）还可能产生一些寄生信号，频率低于或高于基波频率，但不是基波频率的整数倍，称为非谐波骚扰。非谐波骚扰信号的电平一般低于谐波骚扰信号,在一些情况下也可能成为严重的干扰。,、非周期性干扰信号的频谱（大多数非功能性干扰源）,、设f(t)是一非周期性干扰信号，可利用傅 里叶积分展开为：,其中F（）是非周期性干扰信号f(t)的频谱函数。,例题：一尖脉冲,求频谱函数F()。,解：把f（t）代入（237）式，,F()1,非周期性信号的频谱：一个周期性信号，当T时 就称为非周期性信号。,例如：图236,一个周期性方波信号，T就成为一 个孤立的矩形脉冲信号。T，谱线间隔减小，谱 线变密,T时,谱线间隔0，谱线成为连续的。,非周期性骚扰信号的频谱是连续的，也是收敛的。一些常见的脉冲信号的频谱如表21所示（P21）*。下面介绍脉冲信号的两个重要的参数：,脉冲宽度 矩形脉冲：图237,矩形脉冲的脉冲宽度就是。任意脉冲：幅度下降为峰值的1e（0.368）时的 宽度，图238,例：高斯脉冲：，求频谱宽度。,、频谱宽度：幅度下降为峰值的1/e时的频谱宽度。,频谱宽度为，如图。,脉冲骚扰和平滑骚扰,平滑骚扰：骚扰信号在接收机输入端产生的 电压,峰值与平均值之比不超过倍时，称为平滑骚扰。如机内热噪声和连续波骚扰；或脉冲持续时间与重复周期能相比拟时的脉 冲骚扰也属于平滑骚扰（前一个脉冲还未消 失，后一个又出现）。,脉冲骚扰:骚扰信号在接收机输入端产生的 电压，峰值与平均值之比超过倍时，称为脉冲骚扰；或脉冲持续时间远小于重复 周期(后一个骚扰脉冲到来之前，前一个骚 扰脉冲已完全消失，间隔时间较大）。,带宽和波形,、窄带骚扰和宽带骚扰,“窄带”和“宽带”是相对于接收机的带宽的。,接收机的带宽：接收机的总选择性曲线上，低于中点某一规定电平的宽度，用Bn表示，n是所规定电平的分贝数，例如，B6：6dB带宽，B3：3dB带宽.,例题：在图中，设纵轴是电压U，求6dB带宽和3dB带 宽电平下降的倍数。,解：用dB表示电压的定义为,设U下降n倍Un，,则,可以算出：U6dB，n2；U3dB，n1.4。,窄带骚扰：骚扰信号的频谱宽度小于接收的 带宽，一般为几十Hz几百KHz。例如：连续波、调幅波、低调频系数的调频波等（广播、电视、通讯发射设备、高频焊接 等有确定频率的设备）,宽带骚扰：骚扰信号的频谱宽度大于接收机 的带宽，一般为几十几百MHz。例如：脉冲干扰（雷达发射机、放电辐射）,、骚扰信号的波形,正弦波 连续波,矩形波、锯齿波、尖脉冲、窄脉冲 脉冲波,由骚扰信号的波形可以了解信号幅度的大 小、幅值对时间的分布，起始时间(前沿)，持续时间（宽度），时间滞后，相位滞后,波形的畸变（失真）.,幅度,幅度是指骚扰信号的电压，电流的大小 传导干扰 或场强、辐射功率密度（能流密度）的大小 辐射干扰,对于连续波骚扰，幅度可用峰值、准峰值、平均值表示。,对于脉冲骚扰，频谱是连续的，幅度可用频谱密度表示，例如：dBV/MHz,dBm/MHz等。,时域分析与频域分析,、时域分析：分析骚扰信号的波形，例如：幅 值对时间的分布，脉冲的前沿和宽度，时间 滞后，相位滞后，波形的畸变，是以时 间轴t为坐标表示干扰信号。,表达式：波形函数f（t），例：矩形脉冲,测量仪器：示波器,、频域分析：分析骚扰信号的频谱分布（幅值 与频率的关系），是以频率轴f（或）为坐 标表示干扰信号。,表达式：频谱函数F()，例：矩形脉冲,测量仪器：频谱分析仪，测量接收机，选频 电压表。,、时域和频域的转换：利用傅里叶级数或傅里 叶积分。,例如：对于非周期性骚扰信号,频域时域：,时域频域：,235 出现率,1、周期性骚扰：周期性重复出现。,2、非周期性骚扰：没有周期性，但肯定出现，而 且是可以预测的。,3、随机骚扰：没有规律，是不可预测的。,236 极化特性,设骚扰信号沿z轴正方向传播，等相位面是xy平面。一般情况下，辐射场强E、H在等相位面上都有两个分量，下面以E为例讨论。,一、若Ex，Ey相位相同：,这里设初相位为0。在z0的等相位面上，,合场强大小：,方向：,可以看出：Ex，Ey相位相同，合场强的大小随 t 变化，合场强的方向不变，电场矢量只在如图所示的一直线上变化，这种波称为线极化波。如果电场矢量只在水平方向上变化，称为水平极化波，如果电场矢量只在竖直方向上变化，称为垂直极化波。,二、若Ex，Ey相位相差2,1、若Ex和Ey振幅相等，ExmEymEm，在z0的等相位面上，,合场强：大小,方向：,t（2316）,所以合场强大小不变，方向以角速度 旋转，E 的端点的轨迹是一个圆，如图所示，这种波称为圆极化波。由(2314)式可以导出,也可以看出的端点的轨迹是一个圆。,上式为椭圆方程，说明E的端点的轨迹是一个椭圆，这种波称为椭圆极化波。如果Ex和Ey的相位差，E 的端点的轨迹也是一个椭圆,但与坐标轴斜交。,2、若Ex和Ey振幅不相等，在z0的等相位面上,两式移项，平方相加得：,237 共模骚扰与差模骚扰,对于设备的两个输入端（信号线或电源线）:,1、如果两输入端骚扰信号的方向、幅度、相位 都相同共模骚扰；,2、如果两输入端的骚扰信号的方向相反、幅度 相同差模骚扰。,例如：设有两个设备A和B，通过两根平行导线连 接，如图所示，辐射场在导线上可能产生 两种感应电压：,、在导线与系统地构成的回路上产生感应电压 UC，如图2316所示，,等效电路如图2317，产生共模骚扰；,、两根导线和设备（输出、输入端）构成的回 路上产生感应电压UD，如图2318所示，,等效电路如图2319，产生差模骚扰。,238 近区场和远区场（对辐射干扰）,以偶极子天线为例，如图，,辐射场强为：,、近区场及其特点,近区场条件：,近区场分布：由（2324）式，（2319）（2322）式可以写为：,近区场的特点：,、（2325）（2327）式中 H 的表 达式和与恒定磁场中一个电流元产生的磁场 的表达式相同，Er、E的表达式与静电场中 一个电偶极子产生的电场的表达式相同 辐射源近区的场是似稳场。,、近区场内电场和磁场相位相差90，很容易 算出平均密度矢量:,所以近区场是感应场。,、近区场中,E和H之间没有确定的比例关系，需要分别测量E和H。,、在近区场中，,E、H随距离的增大衰减得很快，所以测量探头应当比较小。,、远区场及其特点,远区场条件：,远区场的特点：,、H相位相同，互相垂直，都垂直于传 播方向，是辐射场（），是横电磁波（TEM波）。,、H都正比于sin，所以远区场的辐射 具有方向性。,远区场的特点：,、电场和磁场之比：,所以测量远区辐射场时，只需要测量E、H、Sav中的一个量,另外两个量可由计算得出。,、近区场和远区场之间，称为Fresnel区（兼有 感应近区场和辐射远区场的特点）。,、应用：近区场和远区场的性质不同，场分布 的特点不同，所以：测量方法不同，使用的测量仪器、天线（或探头）不同，测量数据处理和分析的方法不同。,、对于面天线（口径辐射）一般把r10 称为近区，称为远区。,