电子设备互连电缆的电磁兼容分析

0 引言

随着电子技术和信息技术的迅速发展，电子设备已经广泛应用于人类生活的各个方面。繁多的电子设备产生各种频率的电磁波，造成电磁环境（EME）日益复杂，而恶劣的电磁环境又反过来影响电子设备的性能。

在电子设备朝着集成化、小型化、轻型化的方向发展过程中，电子设备的电缆敷设密度急剧增加；电子信号的传输频率越来越高，由此带来的电磁干扰问题影响了系统性能、降低了设备的可靠性。因此，研究电子设备的电磁干扰和电磁兼容问题具有重要的理论和实际意义。

电子设备之间以及电子设备内部，互连电缆间的电磁耦合能够导致系统性能降低甚至失效。大量的电磁干扰（EMI）信号通过互连电缆间的电磁耦合来传播。为保证整个系统安全可靠地工作，必须解决电子设备互连电缆间的电磁耦合带来的不良影响，从而保证整个电子系统的电磁兼容性。

1 电缆间电磁耦合模型

电子设备中不同类型的信号电缆密集敷设，容易产生电磁干扰问题。大多数电缆间电磁耦合现象发生在同一束或邻近的电缆之间。这种耦合通常用电路理论来分析，在低频的情况下，可用集中参数模型来表示；在高频的情况下，需要用分布参数模型来描述。电子设备内各模块间互连电缆以及模块内PCB印制线间的距离较小，相互间干扰主要属于近场感应耦合。互连电缆间的感应耦合主要指通过线间的电容C及互感M而形成电场耦合和磁场耦合两种耦合形式。

1.1 电场耦合

电容实际上是由两个导体构成的，因此，两根导线就可以构成一个电容。这种电容通常称为导线之间的寄生电容。正因为寄生电容的存在，一根导线中的能量能够耦合到另一根导线上。这种通过导线的电容使某一电路对另一电路形成电力线交链的耦合称为电容耦合或电场耦合。其耦合模型如图1所示。

当导线的长度远小于信号波长时，可以用集中参数模型来描述电场耦合，用电路分析的方法来计算电磁耦合量。利用等效电路图2，可以求得导线1中的干扰电压在导线2中产生的干扰电压。

由于此时不考虑C1G的影响，则有：

（1）。

其中， （2），

Z2为C2G的容抗与R的并联，即

（3）。

将式（2）和（3）代入式（1）中得到：

（4）。

其中，C12是两导体之间的电容，C1G是导体1与地之间的电容，C2G是导体2与地之间的电容，R是导体2与地之间的电阻。

图1 两导线间电场耦合模型

图2 两导线间电场耦合等效电路

1.2 磁场耦合

磁场耦合又称电感性耦合，是指两个存在磁场交链的通路之间的感应耦合。电感性耦合是由于干扰源的交变电流产生的交变磁场引起的，变化的磁场在邻近回路中引起变化的磁通，从而在该电路中产生感应电压，其耦合模型如图3所示。

图3 两导线间磁场耦合模型

图4 两导线间磁场耦合等效电路

根据电磁场理论，时谐场产生的感应电压为：

（5）。

其中，M为两电路间的互感，为干扰回路的电流向量，为交变电流的角频率。

作者：陈国凡   来源：中国无线电