2.2 导体的泄漏与天线效应
电场(E)由导体上的电压产生,磁场(M)由环路中流动的电流产生。导体上的各种电信号均可产生磁场和电场,因此,所有导体都可将其上的电信号泄漏至外部环境中,同时也将外部场导入信号中。
在远大于所关心频率的波长(λ)的1/6处,电场和磁场汇合成包含电场和磁场的完整电磁场(平面波)。例如:对于30MHz,平面波的转折点在1.5m;对于300MHz,平面波的转折点在150m;对于900MHz,平面波的转折点在50m。因此随着频率的增加,仅仅把导体视为电场或磁场的发射和接收器是不够的,如图16示。
随频率增加的另一个效应是:当波长(λ)与导体的长度比拟时,会发生谐振。这时信号信号几乎可以100%转换成电磁场(或反之)。例如,标准的振子天线仅是一段导线,但当其长度为信号波长的1/4时,便是一个将信号转变成场的极好的转换器。
虽然这是一个很简单的事实,但对于使用电缆及连接器的技术人员而言,认识到所有的导体都是谐振天线这一点很重要。 显然,我们希望它们都是效率很低的天线。如果假定导体是一个振子天线(很适合我们的目的),我们就可以利用图17来帮助我们分析。
图17 电缆长度与天线效率
图17的纵轴表示导体长度(单位:米),为了便于观察,将图15的频谱复制出来。最右边的斜线给出了导体成为理想天线时导体的长度与频率的关系。
很明显,在常用的频段内,即使很短的导体也能产生发射和抗扰度问题。可以看到,在100MHz处,1米长的导体就是很有效的天线,在1GHz处,100mm的导体就成为很好的天线。这个简单的事实就是使EMC被称为“黑色艺术”的主要原因。
前几年, 日常生活中广泛使用的频率都较低,典型的电缆不能成为很有效的天线,这就是为什么电气配线“惯例”趋于过时的原因。
图17中,中间的斜线表示虽然导体没有成为高效的天线,但仍有可能引起问题的导体长度。左边的斜线表示导体的长度极短,其天线效应可忽略的情况(特别严格的产品除外)。有人说:“没问题,我已经接地了”,你听这话多少次了?在EMC业界人士中,射频是色盲是经常的笑话。因此不能将传输射频信号的黄/绿色导线(美国标准中规定安全地线为黄/绿色)想象成很好的地,并且,所有用于接地的导体也都是天线。
|