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1、第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 第第8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 8.1 电磁波谱电磁波谱 8.2 无线信道特性无线信道特性 8.3 无线电视距中继无线电视距中继 8.4 短波电离层反射信道短波电离层反射信道 8.5 地表面波传播地表面波传播 8.6 不均匀媒质散射信道不均匀媒质散射信道 8.7 电磁干扰的特性电磁干扰的特性 8.8 电磁兼容电磁兼容 习习 题题 第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 8.1 电磁波谱电磁波谱 8.1电磁波谱按频率高低排列的电磁波称为电磁波谱，它可分
2、为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和射线等。电磁波谱的划分及各频段的应用领域如表8-1所示。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 表8-1电磁波谱的划分第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 电离层反射信道通常只用于短波波段。当频率高于40MHz时，由于其波长只有几米或更短，因此可以通过把高增益的天线（阵）安装在较高的塔上来实现通信。在这种情况下，是采用视距传播方式进行通信的，如电视广播、电话业务的微波视距线路等。无线电波的划分及各频段的主要应用如表8-2所示。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电
3、磁干扰与电磁兼容 表8-2无线电波频段的划分及主要应用第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 8.2 无线信道特性无线信道特性 8.2.1无线电波在自由空间信道的传播将收、发天线置于自由空间中，假设发射天线的增益为Gt、资用功率为Pin，接收天线的增益系数为Gr，并假设馈线与天线良好匹配，且两天线的最大辐射方向相对、极化最佳匹配，如图8-1所示，则根据公式（7-4-24），在距离发射天线r处的接收天线所接收的功率为第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 （8-2-1）图8-1发射和接收示意图第第8 8章章 无线信道、无线信道、
4、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 将输入功率与接收功率之比定义为自由空间信道的基本传输损耗：（8-2-2）将上式取对数得=32.45+20lgf(MHz)+20lgr(km)-Gt(dB)-Gr(dB)(8-2-3)第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 【例8-1】某卫星通信信道，发射天线的增益为22dB，接收天线的增益为18dB，收发距离为14500km，载波中心频率为5.904GHz，（1）该信道的基本传输损耗为多少？（2）若发射机发射功率为25W，输入到接收机的功率为多少？第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 8
5、.2.2无线信道特性 反映无线信道特性的有信道损耗、衰落、失真及容许带宽等。1.信道损耗 电波在实际的信道中传播时除传输损耗外还有能量的损耗。这种能量损耗可能是由于大气对电波的吸收或散射引起的，也可能是由于电波绕过球形地面或障碍物时而引起的。在传播距离、工作频率、发射天线、输入功率和接收天线都相同的情况下，设接收点的实际场强为E、功率为Pr，而自由空间的场强为E0、功率为Pr，第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 定义信道的衰减因子A(8-2-4)因此，信道损耗(ChannelLoss)Lb为（8-2-5）第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼
6、容电磁干扰与电磁兼容 若不考虑天线的影响，即令Gt=Gr=1，则实际的信道损耗为 Lb=32.45+20lgf(MHz)+20lgr(km)-A(dB)（8-2-6）式中，前三项为自由空间损耗Lbf，A为实际信道的损耗。不同的传播方式、传播媒质，信道的传输损耗是不同的。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 2.衰落现象 衰落(ading)，一般是指信号电平随时间的随机起伏。根据引起衰落的原因分类，大致可分为吸收型衰落和干涉型衰落。吸收型衰落，主要是由于传输信道电参数的变化，使得信号在信道中的衰减发生相应的变化而引起的。如大气中的氧、水汽以及由后者凝聚而成的云
7、、雾、雨雪等都对电波有吸收作用。由于气象的随机性，这种吸收的强弱也有起伏，因此形成信号的衰落。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 由这种机理引起的信号电平的变化较慢，所以称为慢衰落(SlowFading)，如图8-2(a)所示，它通常是指信号电平的中值（五分钟中值、小时中值、月中值等）在较长时间间隔内的起伏变化。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 图8-2信号的衰落(a)慢衰落；(b)快衰落第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 干涉型衰落，主要是由随机多径干涉现象引起的。在某些传输方
8、式中，由于收、发两点间存在若干条传播路径，典型的如短波电离层反射信道、不均匀媒质散射信道等；且在这些传播方式中，传输媒质具有随机性，因此使到达接收点的各路径信号的时延随机变化，致使合成信号幅度和相位都发生随机起伏。这种起伏的周期很短，信号电平变化很快，故称为快衰落(FastFading)，如图8-2(b)所示。快衰落叠加在慢衰落之上，在较短的时间内观察时，前者表现明显，后者不易被察觉。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 3.失真与容许带宽 无线电波通过信道除产生传输损耗外，还会产生失真(Distortion)，包括振幅失真和相位失真。产生失真的原因有两个：
9、一是信道的色散效应，二是随机多径传输效应。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 色散效应是由于不同频率的无线电波在信道中的传播速度有差别而引起的信号失真。载有信号的无线电波都占据一定的频带，当电波通过信道传播到达接收点时，由于各频率成分传播速度不同，因而不能保持原来信号中的相位关系，引起波形失真。至于色散效应引起信号畸变的程度，则要结合具体信道的传输情况而定。多径传输也会引起信号畸变。这是因为无线电波在传播时通过两个以上不同长度的路径到达接收点，如图8-3(a)所示，接收天线检拾的信号是几个不同路径传来的电场强度之和。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁
10、干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 图8-3多径传输效应第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 设接收点的场是两条路径传来的相位差为=的两个电场的矢量和。最大的传输时延与最小的传输时延的差值定义为多径时延。对所传输信号中的每个频率成分，相同的值却引起了不同的相差。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 例如对f1，若1=1=，则因二矢量反相抵消，此分量的合成场强呈现最小值；而对f2，若2=2=2，则因二矢量同相相加，此分量的合成场强呈现最大值，如图8-3(b)所示，其余各成分依次类推。显然，若信号带宽过大，就会引起较明显的失真。
11、所以，一般情况下，信号带宽不能超过1/，称为容许带宽(AllowableBandwidth)，即（8-2-7）第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 4.电波传播方向的变化 当电波在无限大均匀、线性信道内传播时，射线是沿直线传播的。然而电波传播实际所经历的空间场所是复杂多样的：不同媒质分界处将使电波折射、反射；媒质中的不均匀体，如对流层中的湍流团将使电波产生散射；球形地面和障碍物将使电波产生绕射；特别是某些传输信道的时变性，使射线轨迹随机变化，从而，到达接收天线处的射线入射角随机起伏，使接收信号产生严重的衰落。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁
12、兼容电磁干扰与电磁兼容 8.3 无线电视距中继无线电视距中继 8.3.1视线距离设发射天线高度为h1、接收天线高度为h2（图8-4），由于地球曲率的影响，当两天线间距离rrv时，两天线互相“看得见”，反之，当rrv时，两天线互相“看不见”，距离rv为收、发天线高度分别为h2和h1时相互能看见的距离，简称视距。图8-4中,AB与地球表面相切，a为地球半径，由图可得到以下关系式：第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 图8-4视线距离第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 将地球半径a=6370103m代入上式，即有（8-3-1）
13、（8-3-2）式中h1和h2的单位都是m。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 图8-5大气层对电波的折射第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 当考虑大气的不均匀性对电波传播轨迹的影响时，视距公式应修正为(8-3-3)第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 8.3.2大气对电波的衰减 大气对电波的衰减主要来自两个方面，一是云、雾、雨等小水滴对电波的热吸收及水分子、氧分子对电波的谐振吸收，热吸收与小水滴的浓度有关，谐振吸收与工作波长有关；二是云、雾、雨等小水滴对电波的散射，散射衰减与小水滴半
14、径的6次方成正比，与波长的4次方成反比。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 当工作波长短于5cm时，就应该计及大气层对电波的衰减，尤其当工作波长短于3cm时，大气层对电波的衰减将趋于严重。就云、雾、雨、雪对微波传播的影响来说，其中降雨引起的衰减是最为严重的，对10GHz以上的频率，由降雨引起的电波衰减在一年中相当多的时间内是可观的。因此在地面和卫星通信线路的设计中需要考虑由降雨引起的衰减。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 8.3.3场分析 在视距信道中，除了自发射天线直接到达接收天线的直射波外，还存在从发射天线经由地
15、面反射到达接收天线的反射波，如图8-6所示。因此接收天线处的场是直射波与反射波的叠加。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 图8-6直射波与反射波第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 设h1为发射天线高度，h2为接收天线高度，d为收、发天线间距，E为接收点场强，E1为直射波，E2为反射波。接收点的场强为E=E1+E2(8-3-4)其中(8-3-5)第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 通常两天线间距离dh1,h2，则有：（8-3-6）式中，F称为路径因子（PathFactor)：F=1+
16、|R|e-jk(r-r)-（8-3-7）第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 而（8-3-8）将其代入式（8-3-7）得：（8-3-9）当地面电导率为有限值时，若射线仰角很小，则有：RHRV-1 （8-3-10）第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 式中，RH为水平极化波的反射系数；RV为垂直极化波的反射系数。对于视距通信信道来说，电波的射线仰角是很小的（通常小于1），此时路径因子为（8-3-11）第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 当收、发射天线的高度均为40，接收点场强随收、发天线
17、间距的变化曲线如图8-7所示。当收、发天线的间距为4km时，接收点场强随收、发天线架设高度的关系如图8-8所示。由图可见，接收点场强随收、发天线的间距d和天线的架设高度作起伏变化，这是直射波与反射波相干涉的结果。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 图8-7 接收点场强与收、发天线间距的关系第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 图8-8 接收点场强与收、发天线架设高度的关系第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 8.4 短波电离层反射信道短波电离层反射信道 8.4.1电离层概况 电离层(I
18、onosphere)是地球高空大气层的一部分，从离地面60km的高度一直延伸到1000km的高空。由于电离层电子密度非均匀分布，因此，按电子密度随高度的变化，相应地分为D,E,F1,F2四层，每一个层都有一个电子浓度的最大值，如图8-9所示。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 图8-9电离层电子浓度的高度分布第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 8.4.2无线电波在电离层信道中的传播仿照电波在视距信道中的讨论方法，将电离层信道分成许多薄片层，每一薄片层的电子密度是均匀的，但彼此是不等的。自由电子密度为Ne的各向同性均匀信
19、道的相对介电常数为(8-4-1)第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 折射率为（8-4-2）其中f为电波的频率。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 当电波入射到空气电离层界面时，由于电离层折射率小于空气折射率，折射角大于入射角，射线要向下偏折。当电波进入电离层后，由于电子密度随高度的增加而逐渐减小，因此各薄片层的折射率依次变小，电波将连续下折，直至到达某一高度处电波开始折回地面。可见，电离层对电波的“反射”实质上是电波在电离层中连续折射的结果。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 参看
20、图8-10，在各薄片层间的界面上连续应用折射定律可得：n0sin0=n1sin1=nisini（8-4-3）式中，n0为空气折射率，n0=1,0为电波进入电离层时的入射角。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 图8-10电离层对电波的连续折射第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 设电波在第i层处到达最高点，然后即开始折回地面，则将i=90代入上式得（8-4-4）或（8-4-5）第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 1）最高可用频率由式（8-4-5）可求得当电波以0角度入射时，电离层能把电
21、波信号“反射”回来的最高可用频率为（8-4-6）式中，Nmax为电离层的最大电子密度。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 图8-110一定，频率不同时的射线第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 2）天波静区由式（8-4-4）可得电离层能把频率为f的电波“反射”回来的最小入射角0min为（8-4-7）第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 图8-12频率一定，通信距离与入射角的关系第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 3）多径效应由于天线射向电离层的是一
22、束电波射线，各根射线的入射角稍有不同，它们将在不同的高度上被“反射”回来，因而有多条路径到达接收点（见图8-13），这种现象称为多径传输。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 图8-13多径效应第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 4）最佳工作频率fopt电离层中自由电子的运动将耗散电波的能量，使电波发生衰减，但电离层对电波的吸收主要是D层和E层，因此为了减小电离层对电波的吸收，天波传播应尽可能采用较高的工作频率。然而当工作频率过高时，电波需到达电子密度很大的地方才能被“反射”回来，这就大大增长了电波在电离层中的传播距离，
23、随之也增大了电离层对电波的衰减。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 为此，通常取最佳工作频率fopt为fopt=0.85fmax（8-4-8）第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 还需要注意的是，电离层的D层对电波的吸收是很严重的，晚上，D层消失，致使天波信号增强，这正是晚上能接收到更多短波电台的原因。总之，电离层反射信道具有以下特点：（1）传输信号的频率是个很重要的问题，频率太高，电波穿透电离层射向太空；频率太低，电离层吸收太大，以致不能保证必需的信噪比，因此信号频率必须选择在最佳频率附近。第第8 8章章 无线信道、无
24、线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 （2）电离层反射信道随机多径效应严重，多径时延较大，信道带宽较窄。（3）不太稳定，衰落严重，在设计电路时必须考虑衰落影响，使电路设计留有足够的电平余量。（4）电离层所能反射的频率范围是有限的，即带宽有限，一般是短波范围。（5）由于高空电离层信道不易受到人为的破坏，在军事通信上有重要意义。（6）短波电离层反射信道，是远距离通信的重要信道之一。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 8.5 地表面波传播地表面波传播 设有一直立天线架设于地面之上，其辐射的垂直极化波沿地面传播，若大地是理想导体，则接收天线接收到的仍是垂直
25、极化波（如图8-14）。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 实际上，大地并非理想导电信道，垂直极化波的电场沿地面传播时，就在地面感应出与其一起移动的正电荷，进而形成电流，从而产生欧姆损耗，造成大地对电波的吸收，于是沿地表面形成较小的电场水平分量，致使波前倾斜，使垂直极化波变为椭圆极化波，如图8-15所示。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 图8-14理想导电地面的场结构第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 图8-15非理想导电地面的场结构第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与
26、电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 设发射天线的辐射功率为，D为考虑地面影响后发射天线的方向系数，A为地面波信道的衰减因子，若不考虑地球曲率半径的影响,则在距发射天线r处的接收点的场强为（8-5-1）其中，（8-5-2）（8-5-3）第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 从以上讨论可以得到地面波传播信道有如下特点：（1）信道的损耗与地面的电导率有关。（2）信号频率越高信道损耗越大。（3）地面波传播信道的信号比较稳定。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 8.6 不均匀媒质散射信道不均匀媒质散射信道对流层散射信道具有下列特点：（1）
27、由于散射波相当微弱，即信道的传输损耗很大（包括自由空间传输损耗、散射损耗、大气吸收损耗及来自天线方面的损耗，一般超过200dB），因此对流层散射通信要采用大功率发射机、高灵敏度接收机和高增益天线。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 （2）随机性严重。由于湍流运动的特点，散射体是随机变化的，它们之间在电性能上是相互独立的，因而它们对接收点的场强贡献是随机的。这种随机多径传播现象，使信号产生严重的快衰落。这种快衰落一般通过采用分集接收技术来克服。（3）这种散射信道的优点是：容量较大、可靠性高、保密性好，单跳跨距达(300800)km。（4）对于无法建立微波中继
28、站的地区，如海岛之间或跨越湖泊、沙漠、雪山等地区，可以采用对流层散射信道进行通信。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 图8-16不均匀媒质传播第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 8.7 电磁干扰的特性电磁干扰的特性 8.7.1电磁干扰的分类 无线电接收的好坏不仅取决于信号强度的绝对值，更主要的取决于信号强度与噪声强度的比值，即信号噪声比，简称为信噪比SNR（SignalNoiseRatio）。若按噪声源对系统的作用情况来分类，通常将噪声分为内部噪声和外部干扰两大类。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容
29、电磁干扰与电磁兼容 8.7.2自然噪声 自然噪声包括天电噪声、宇宙噪声及其他自然噪声。天电噪声又称为大气噪声，它主要来自雷电的辐射。雷电是一种大功率、宽频带的无线电脉冲的辐射源。宇宙噪声是指宇宙空间的射电源（如太阳、月亮等）辐射的电磁波到达地面而形成的噪声。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 8.7.3人为干扰 人为干扰可能是有意干扰源或无意干扰源。按干扰的性质一般可分为宽带和窄带两大类，从作用的时间看，长期作用的为连续干扰源，短期间歇作用的为间歇干扰源，偶然瞬间作用的则为瞬间干扰源。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容
30、 人为干扰源很多，现仅介绍几种典型的人为干扰源。1.其他电台 其他发射机，特别是大功率发射机将对本系统构成干扰，这种干扰可能是同频干扰、邻道干扰、谐波干扰或寄生干扰。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 2.工业、科研和医疗设备科研和医疗设备产生的射频干扰能量并不低于通信系统本身的能量，这些设备一般产生正弦波信号，如塑料焊机和预热器等，频率为30MHz至1GHz，在距这些设备300m处，测得的电平约（060）dBm。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 3.本机振荡器 超外差接收机的本机振荡器产生的振荡信号及数字计算机中时
31、钟振荡器产生的同步重复脉冲，均可以经电源线传导或经机壳直接辐射，这些干扰均可能超过标准界限值。4.转换开关 电源突然与负载接通或断开，或调整电压均造成电流的瞬间变化。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 5.电机 带整流子的直流电机，其电刷与整流子接触时将产生接触噪声干扰，而电刷离开一个整流子时（换向）将产生换向火花干扰。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 6.其他 凡能引起电火花或电弧的一切设备都是电磁干扰源，如火花式高频电焊机，汽车、摩托车的点火系统，气体放电管，高压传输线的电晕放电，机器绝缘体或其他附件两端的局部静
32、电放电和核爆炸产生的核电磁脉冲等。表8-3列出了几种分布于无线电波频段内的典型辐射源。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 表8-3几种典型辐射源 第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 8.7.4干扰的传播途径 电磁干扰的传播途径有三种：辐射、感应和传导。若干扰是由干扰源辐射的电磁波传播到达被干扰部件地区所造成的，称为远场辐射干扰。本系统以外的广播电台、无线电通信台、雷达等都属于强辐射源。此外，发射机通过机柜、电源线、信号线泄漏的辐射波，则为弱辐射源。这种干扰一般是通过天线进入被干扰的接收系统的。第第8 8章章 无线信道、
33、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 当干扰源与被干扰部件之间距离较小时，如接触开关、继电器等产生的电场或磁场，通过空间的电磁耦合引入被干扰部件，这种传递方式称为近场感应。磁场通过电感性耦合，电场通过电容性耦合而进入到电路中。干扰通过干扰源和被干扰电路之间的公共阻抗而引入被干扰电路的传递方式称为传导。这种方式是通过公共电源内阻或公共接地电阻而引入干扰信号的。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 总之，干扰的构成主要有三个因素，即干扰源、合适的干扰途径及接收者。现代接收系统都具有相当的选择性或抗干扰能力。要造成电磁干扰至少一方面频率要合适，另一方面干
34、扰信号要有一定的强度。要完全抑制干扰是很困难的，但可以采取一定的技术措施来保证电子系统可靠的工作。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 8.8 电磁兼容电磁兼容 电磁兼容（EMC）包括两个方面的含义。第一，指电子系统与周围其他电子系统之间，在规定的电磁环境中互相兼容的能力。换句话说，任一电子系统在设计中必须考虑当它正常工作时产生的电磁干扰不影响其他电子系统的正常工作，同样，其他电子系统的干扰也不致影响到本系统的正常工作。第二，是指电子系统在自然界的电磁环境中按照设计要求工作的能力。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 8.
35、8.1电磁兼容设计 在设计中首先要考虑合理地利用无线电频谱。所谓频谱利用问题包含两个方面的意思。第一是频谱的分配。由于无线电是一有限资源，为了合理使用无线电资源，消除电磁辐射对各种武器、设备、人员的危害，预防系统间和系统内各设备的相互干扰，国际上成立了EMC组织进行协调，各国均成立了专门机构对此进行管理，并制定了相应的规范，一切电子设备必须经过这些专门机构的鉴定和批准才能进入市场。在国际上，频率是由国际电信联盟分配的。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 进行电磁兼容设计需要考虑两个重要参数：1）敏感门限电平使系统或设备不能正常工作的干扰临界电平称为敏感的门
36、限电平。2）电磁兼容性安全系数 电磁兼容性安全系数m(dB)定义为m=Ps-Pl（8-8-1）第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 8.8.2屏蔽屏蔽就是利用导电或导磁材料制成盒状或网板而将电场或磁场的影响限制在某空间区域，即在某给定空间防止来自外部的电磁干扰或防止自内向外的电磁干扰。也就是说用铜或铝等低阻材料或磁导率高的磁性材料制成所需形状的容器，将需要隔离的空间包围起来，这种防止电磁波干扰所采取的方法称之为屏蔽（Shield）。屏蔽可分为三种，即电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 1.电屏蔽
37、电屏蔽（ElectricalShield）又称为静电屏蔽。它的作用是防止静电场的影响，消除两个设备或两个电路之间由于分布电容耦合所产生的影响。如图8-17所示，有一带正电荷Q的导体A置于金属盒B中。由高斯定理不难证明,金属盒的内表面感应产生-Q电荷，在金属盒的外表面集结+Q电荷，由外表面电荷所建立的电场将干扰其他设备。如果将金属盒接地，金属盒与地等电位，盒外的+Q流入大地，盒内电荷产生的电场将不影响其他设备的工作，也就是说金属盒使盒内电荷产生的电力线不能达到盒外部，从而达到屏蔽的目的。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 从图8-18更易于看出屏蔽接地的效果
38、，图8-18表示了导体A与A间的联系，在金属盒不接地时，其等效电路如图8-19(a)所示；当金属盒接地后，其等效电路由图8-19(b)示出。由该图可知，接地金属壳消除了A与A间的电容耦合，即构成了盒体内部与盒体外部设备间的静电屏蔽，因此，称为对外静电屏蔽或有源静电屏蔽。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 图817静电屏蔽第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 图8-18屏蔽盒不接地第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 图8-19等效电路(a)屏蔽盒不接地的等效电路；(b)屏蔽盒接地的等效
39、电路第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 若被屏蔽的源是交流源，则在地线上由于正负电荷的交变流动将存在一与源频率相同的交变电流。当频率很低时，此地线为一短线，盒仍起屏蔽作用。但若频率较高时，接地线为一长线，它将产生辐射，因此对有源体的静电屏蔽不适用于高频，即使在低频时也不能达到完全屏蔽，一般说频率在10kHz以下时采用静电屏蔽。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 若将一空心金属盒放在静电场中，如图8-20所示，在金属盒的两侧将感应产生相反性质的电荷，外部的电场对盒体内部不产生作用，称为对内静电屏蔽或无源屏蔽。无源屏蔽可以
40、不接地，但由于屏蔽盒的存在，一方面将引起电力线的畸变，另一方面将造成邻近电路或设备之间静电耦合的增大。如图8-20(b)所示，若将屏蔽壳接地，就可以消除A和B之间静电耦合的增大部分，因此对无源静电屏蔽也需接地。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 图8-20无源静电屏蔽(a)金属盒不接地；(b)金属盒接地第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 静电屏蔽最常用的材料为导电良好的铜或铝，要求不高时也采用薄钢板。对于有源静电屏蔽，其屏蔽效果主要取决于金属壳体的接地质量。屏蔽体与地间的阻抗越小，屏蔽效果越好。屏蔽的效果一般用屏蔽前后
41、同一点场强的比值来表征。在线性电路中，由于干扰电压与干扰场强成正比，所以将电屏蔽等效为电路进行分析时，屏蔽效果又可定义为屏蔽前后同一元件上干扰电压之比，即（8-8-2)第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 如果将上式用分贝表示，则（8-8-3）第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 2.磁屏蔽磁屏蔽（MagneticShield）是利用高导磁率材料将磁场封闭在它的厚壁之内，一般用于10kHz以下的低频。如果将磁干扰源屏蔽于高磁导率材料制成的壳中，称为对外磁屏蔽或有源磁屏蔽。此时，其产生的磁力线的绝大部分将集中于磁阻很低的壳体
42、内，只有极少的磁力线从壳体内泄漏到壳体外部。泄漏的磁通称为漏磁通。漏磁的多少取决于壳体材料的磁导率与壳体的厚度。多层磁屏蔽可以减少漏磁。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 3.电磁屏蔽 在第4章中我们分析了平面电磁波入射到两种不同介质的分界面上时将产生反射和折射，一部分能量反射回第一种媒质，另一部分能量透入到第二种媒质。若第二种媒质为一良导体，则平面波在其中传播时的衰减常数可近似为（8-8-4）第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 式中，和分别为良导体的磁导率和电导率。因此，电磁能量在电导率较大的良导体中衰减很快，或者说
43、电磁能量只能进入良导体表面的很小距离，我们用趋肤深度(SinkDepth)来描述，其表达式为（8-8-5）显然，频率越高，趋肤深度越小。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 8.8.3接地 为电源和信号提供回路和基准电位称为接地(Ground)。接地的主要目的是防止电磁干扰，消除公共阻抗的耦合，同时，也是为了人身和设备的安全。接地与屏蔽结合起来可解决干扰的大部分问题。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 为了减小干扰，需合理设计接地线，常用的有：单点接地系统、多点接地系统和混合接地系统。在单点接地系统中，将整个电路系统中某
44、一点看作接地参考点，所有对地的连接都接到这一点上，如图8-21所示，它要求各接地连线的长度远小于波长。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 图8-21单点接地系统第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 在这种接地方法中，各支路电位仅与本身电流、地线电阻有关，各支路在自己的地线上产生的干扰电势不会干扰其他支路。但这种体系不能用于高频。因为地线的感抗随频率升高而增大，同时各地线间电感耦合和电容耦合也增大，因此产生相互干扰。这种接地方法，地线连接线多而长、结构庞杂，使用不便。为了降低地线阻抗，在高频时多采用多点接地系统。在电路系统
45、中每一级或每一装置都各自用接地线分别就近接地，如图8-22所示。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 图8-22多点接地系统第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 在电路系统中每一级或每一装置都各自用接地线分别就近接地，如图8-22所示。这样每个支路的干扰电流仅能在本支路中循环，对其他支路的影响较小。在多点串联接地系统中，如图8-23所示，地线中各段（OA、AB、BC段等）存在电阻和电感，从而造成各支路之间的干扰。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 图8-23多点串联接地系统第第8 8章
46、章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 8.8.4滤波 滤波是抑制干扰的重要手段之一。滤波技术比屏蔽技术的成本低、产品体积小、重量轻。电磁干扰滤波器的特点是：（1）干扰源的阻抗值变化范围很大，故电磁干扰滤波器通常工作在阻抗失配的状态；（2）电磁干扰的频谱范围很宽，从低频到超高频直至甚高频，故电磁干扰滤波器不能用简单的集总参数来表示它的高频特性；第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 （3）要求电磁干扰滤波器可以在大电流和高电压的情况下长期工作，对干扰波有较高的衰减特性，而对传输信号的衰减应很小。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰
47、与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 在设计好滤波器后，应注意正确安装，否则会产生不良效果。通常应注意：（1）滤波器最好安装在干扰源出口处，并与干扰源一起置于同一屏蔽盒内。若干扰源内腔空间有限，则应安装在靠近干扰源线出口的外侧，滤波器的屏蔽壳体与干扰源壳体进行良好搭接。（2）滤波器的输入与输出线必须分开，相互隔离，防止相互之间的耦合。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 （3）滤波器元件的接线应尽可能短，防止在某个频率上由于线分布电感和其中的电容元件产生谐振，各电抗元件可相互垂直安装，避免相互间的影响。（4）滤波器接地线上有很大的短路电流，需防止产生电磁干扰。（5）
48、注意导电线间的相互隔离，避免相互交叉以减小耦合。焊接在同一插座上的每根导线都必须进行滤波，否则会破坏滤波特性。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 8.8.5电磁辐射的危害 电磁能量对人体及设备的主要危害是，由于其产生的热效应和场效应。正如上所述，电磁干扰就是由于电磁场的场效应而产生的对信号接收的危害。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 目前各国的辐射危害标准不尽相同，该参数还未成为相关产品的必检参数。相信通过进一步的研究，在不远的将来，手机及其他辐射设备对人体安全的指标将成为强制标准。一些国家规定的射频辐射危害标准如表
49、8-4所示。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 表8-4射频辐射危害标准 第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 习习 题题 8.1什么是衰落？简述引起衰落的原因。8.2什么是传输失真？简述引起失真的原因。8.3某无线移动信道中，发射机发射功率为1kW，发射天线的增益为6dB，载波中心频率为900MHz，接收天线的增益为1.5dB，收发距离为10km，求输入到接收机的功率。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 8.4什么是视距传播？简述视距传播的特点。8.5某无线视距传播信道中，发射天线
50、高度为225m，接收天线高度为16m，该信道的极限传播距离为多少？8.6什么是天波传播？简述天波传播的特点。8.7设电离层最大密度Nmax=10 12个/m3，入射角 0=45，求此时的最高可用 频率。第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 8.8何谓天波传播的静区？8.9试分析夜晚听到的电台数目多且杂音大的原因。8.10什么是地面波传播？简述地面波的波前倾斜现象。8.11不均匀信道传播方式主要有哪些？简述对流层散射传播的原理。8.12电磁干扰主要有哪些来源？第第8 8章章 无线信道、无线信道、电磁干扰与电磁兼容电磁干扰与电磁兼容 8.13电磁干扰的主要传播途