【導(dǎo)讀】許多電磁噪聲干擾實(shí)際上是以無(wú)線電波通過(guò)空間傳導(dǎo)的。本文講述噪聲的空間傳導(dǎo)及其應(yīng)對(duì)措施。本文將首先討論電路之間的干擾（短距離問(wèn)題），隨后講述天線理論（遠(yuǎn)距離問(wèn)題）以及如何屏蔽以防止這種問(wèn)題。為了簡(jiǎn)化闡釋?zhuān)行┈F(xiàn)象可能通過(guò)我們獨(dú)特詮釋方法進(jìn)行極其簡(jiǎn)略的說(shuō)明。
電磁感應(yīng)
(1) 磁場(chǎng)傳輸噪聲
通常電流流過(guò)導(dǎo)線會(huì)在導(dǎo)線周?chē)纬纱艌?chǎng)。如圖6所示這個(gè)磁場(chǎng)會(huì)影響周?chē)娐返默F(xiàn)象稱(chēng)為電磁感應(yīng)。從電路的角度看，可以認(rèn)為感應(yīng)電壓由于如圖6(b)所示兩個(gè)電路間的互感系數(shù)M而出現(xiàn)在受影響的電路內(nèi)。圖中與M相連的線圈指的是電路導(dǎo)線等形成的電流環(huán)路電感，并不代表特定的元件。
類(lèi)似于靜電感應(yīng)的情形，當(dāng)噪聲源電流In變大和互感系數(shù)M變大時(shí)，電磁感應(yīng)引起的噪聲電壓V2升高。另外當(dāng)噪聲源和受害方之間的距離縮短且電流的并聯(lián)部分變大時(shí)，互感系數(shù)M也會(huì)變大。
(2) 電流環(huán)路引起問(wèn)題
衡量互感系數(shù)M的大小時(shí)需要考慮整個(gè)電流環(huán)路。例如，對(duì)于上述浮動(dòng)靜電容量示例中采用的細(xì)線（間隙10mm，并聯(lián)長(zhǎng)度100mm，直徑1mm），只有相關(guān)部分的互感大約為40nH。
但電流始終需要返回的線路（地線等）。例如這個(gè)返回的線路采用較長(zhǎng)的路徑，如果兩條線路距離下方的地面100mm，則互感增至約100nH。（因?yàn)檫@個(gè)估算未包括線路兩端的電路，所以在考慮兩端的電路后可能數(shù)值會(huì)更高）相比之下，例如返回的線路采用最短的路徑，如果線路距離下方的地面1mm，則互感降低到約為0.5nH。如上所述，互感值會(huì)因電流返回線路的布設(shè)方式而有所差異。若要降低互感，需要減少線路兩端的電路以及地面形成的電流環(huán)路總面積。
圖6 電磁感應(yīng)
(3) 如何降低電磁感應(yīng)
為了降低電磁感應(yīng)，通常會(huì)采用以下措施:
(i)增加距離（降低互感）。
(ii)縮小線路等的電流環(huán)路面積。
電流環(huán)路應(yīng)彼此垂直（降低互感）
(iii)設(shè)置電磁屏蔽（用金屬板蓋住噪聲源或受害方）。
(iv)降低噪聲源的電流。
(v)將EMI靜噪濾波器連接到接收器（旁通電容器，鐵氧體磁珠等）
如上所列之一，下一節(jié)將講述電磁屏蔽。
電磁屏蔽
(1) 無(wú)需使用磁體就可以屏蔽磁場(chǎng)
電磁屏蔽的示例如圖7所示。將一個(gè)金屬板放在噪聲源和受害方之間，以便切斷穿過(guò)此金屬板的磁通量。因?yàn)榍袛啻磐康倪@種效果主要是通過(guò)流經(jīng)金屬板的渦電流實(shí)現(xiàn)的，所以金屬板不需要是磁體，但一定要流過(guò)電流。換言之，如果金屬板內(nèi)存在間隙，屏蔽效果會(huì)明顯變差。
另外還要注意的是直流電流或低頻波引起的磁場(chǎng)無(wú)法用電磁屏蔽來(lái)阻擋。這種情況需要使用磁屏蔽，后文將會(huì)講述這點(diǎn)。
(2) 大多數(shù)情況需接地
原則上如圖7(b)的電路所示，電磁屏蔽不需要接地。但如果屏蔽了一條電纜，電纜的兩端就應(yīng)該接地。這是因?yàn)閷⑵帘蝺?nèi)表面用作電流的返回線 路，可以達(dá)到最小化電流環(huán)路面積的效果。例如，一種理想的屏蔽電纜是同軸電纜，這種電纜將外導(dǎo)體用作信號(hào)電流的返回線路。這就使得外部磁場(chǎng)的電流環(huán)路面積 幾乎等于零。[page]
在多數(shù)靜噪對(duì)策中，會(huì)同時(shí)涉及電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)。因此如果用于電磁屏蔽的金屬板接地，同時(shí)也可以用作靜電屏蔽。所以許多情形中也會(huì)將電磁屏蔽接地。
圖7 電磁屏蔽
無(wú)線電波的發(fā)射和接收
(1) 距離增加時(shí)無(wú)線電波傳輸噪聲
除了靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)外，空間噪聲傳導(dǎo)還可能出現(xiàn)在轉(zhuǎn)換為無(wú)線電波后，如圖4-2-7所示無(wú)線電波在空間傳播并干擾其他電路。
靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)是出現(xiàn)在較近距離內(nèi)的現(xiàn)象，感應(yīng)降低的效果與距離的平方或立方成反比。所以可以將電路彼此分隔開(kāi)。盡管經(jīng)無(wú)線電波的干擾會(huì)隨著距離而降低，但降低的程度并不大，所以噪聲可傳播的距離相對(duì)較遠(yuǎn)。
因此可以說(shuō)近距離內(nèi)的空間傳導(dǎo)主要是由電場(chǎng)或磁場(chǎng)的感應(yīng)造成的，而遠(yuǎn)距離內(nèi)的空間傳導(dǎo)主要是由無(wú)線電波的感應(yīng)造成的。
(2) 近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)
這些現(xiàn)象是發(fā)射噪聲的天線周?chē)碾姶艌?chǎng)結(jié)構(gòu)所引起的。相對(duì)靠近天線的區(qū)域稱(chēng)為近場(chǎng)，相對(duì)遠(yuǎn)離天線的區(qū)域稱(chēng)為遠(yuǎn)場(chǎng)。大致而言，如圖8所示轉(zhuǎn)換的距離大約為到噪聲源的λ/2π。
轉(zhuǎn)換距離與頻率成反比。盡管10HMz的距離最遠(yuǎn)達(dá)到5m，但100MHz大約為50cm，1GHz大約為5cm。如果在常規(guī)的電子設(shè)備內(nèi)部，就需要考慮1GHz以上頻率范圍（手機(jī)和無(wú)線局域網(wǎng)等使用的頻率范圍）內(nèi)無(wú)線電波引起的感應(yīng)。
(3) 波阻抗
在空中以無(wú)線電波傳輸?shù)脑肼暤钠渲幸粋€(gè)特征是電場(chǎng)與磁場(chǎng)的比例是恒定的（377歐姆）。電場(chǎng)與磁場(chǎng)的這個(gè)比率稱(chēng)為波阻抗。對(duì)于近場(chǎng)而言，電場(chǎng)或磁場(chǎng) 會(huì)有一個(gè)強(qiáng)度較高，這可能會(huì)形成熱點(diǎn)，使得波阻抗很高或很低。屏蔽效果會(huì)因此受到影響。由于遠(yuǎn)場(chǎng)的波阻抗是恒定的，所以屏蔽效果穩(wěn)定。
(4) 天線
發(fā)送和接收無(wú)線電波的電路稱(chēng)為天線。要實(shí)現(xiàn)噪聲抑制，就需要制造一個(gè)盡量不發(fā)射也不接收電波的電路。這意味著設(shè)計(jì)的電路不應(yīng)該形成有效的天線。近場(chǎng)，遠(yuǎn)場(chǎng)和天線將在后文獨(dú)立的章節(jié)內(nèi)進(jìn)一步講述。
(5) 將電磁屏蔽用于屏蔽
如上所述，使用電磁屏蔽來(lái)屏蔽無(wú)線電波。這意味著電磁屏蔽會(huì)同時(shí)阻擋高頻磁場(chǎng)和電場(chǎng)。電磁屏蔽的效果將在獨(dú)立的章節(jié)內(nèi)講述。
圖8 近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)的轉(zhuǎn)換
[page]磁屏蔽
電磁屏蔽對(duì)包括直流磁場(chǎng)交流電源等超低頻磁場(chǎng)沒(méi)有任何效果。這種情況下，可采用磁屏蔽。磁屏蔽會(huì)如圖9所示用磁體包圍目標(biāo)對(duì)象，將磁力線旁路引至磁體內(nèi)，從而降低了目標(biāo)對(duì)象周?chē)拇艌?chǎng)。為了改善旁路效果，需要使用導(dǎo)磁率較大的更厚材料。
圖9 磁屏蔽（概念圖）
如何讓屏蔽更輕
(1) 難以制造完美的屏蔽
為了完全阻擋空間傳導(dǎo)（目標(biāo)不低于40 dB），如圖10所示需要用屏蔽材料覆蓋住目標(biāo)對(duì)象的所有外圍。但屏蔽的部件大，重量和成本就是問(wèn)題。
圖10 屏蔽配置
如圖4和圖6所示，即使只是在中間放置屏蔽板或是在極端的情況下，將地線敷設(shè)到有問(wèn)題的線路兩端（稱(chēng)為防護(hù)線），也具有一定程度的屏蔽效果。但這種不完整的屏蔽預(yù)期只能達(dá)到最高約10dB的效果。
(2) 消除導(dǎo)體傳導(dǎo)區(qū)域內(nèi)的噪聲
電路需要一根天線來(lái)發(fā)射和接收噪聲。如果可以在這根天線和電路之間插入EMI靜噪濾波器來(lái)消除噪聲，就可以消除噪聲導(dǎo)體傳導(dǎo)區(qū)域內(nèi)的噪聲，因此不需要屏蔽。
圖11 使用EMI靜噪濾波器抑制空間傳導(dǎo)
盡管通常將采用電容器和線圈的低通濾波器用作EMI靜噪濾波器，但各元件對(duì)噪聲抑制的優(yōu)勢(shì)會(huì)因噪聲感應(yīng)機(jī)制而有所差異。
[page](3) 靜電感應(yīng)濾波器
例如，如圖12所示的靜電感應(yīng)，假定由于調(diào)和噪聲的浮動(dòng)靜電容量CS的靜電容量較小，而使得電路阻抗非常高。這種情況下，旁路電容器要比鐵氧體磁珠等阻抗元件更有優(yōu)勢(shì)。
圖12 對(duì)靜電感應(yīng)有效的濾波器配置示例
(4) 電磁感應(yīng)濾波器
對(duì)于如圖13所示的電磁感應(yīng)，重點(diǎn)是降低噪聲源側(cè)的電流以及噪聲接收器側(cè)的電壓。阻抗元件對(duì)降低電流有優(yōu)勢(shì)，而旁路電容器則有利于降低電壓。
上述闡釋只是定性分析，阻抗的水平會(huì)因頻率而異。但在考慮噪聲感應(yīng)機(jī)制的情形下選擇電路，可以有效實(shí)施噪聲抑制。
圖13 對(duì)電磁感應(yīng)有效的電路配置示例
