電磁兼容中的近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)
01 近場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)的區(qū)別
騷擾通過(guò)空間傳輸實(shí)質(zhì)上是騷擾源的電磁能量以場(chǎng)的形式向四周空間傳播。場(chǎng)可分為近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)。
近場(chǎng)又稱感應(yīng)場(chǎng)。近場(chǎng)的性質(zhì)與騷擾源的性質(zhì)密切相關(guān)。
如果騷擾源是高電壓，小電流的源，則近場(chǎng)主要是電場(chǎng)。如下圖所示偶極子天線模型，天線兩極間有一定電壓但電流較小，主要是空間的位移電流。則在偶極子天線附近，電場(chǎng)大于磁場(chǎng)。
實(shí)際中，進(jìn)出EUT的電纜與參考大地之間就形成一個(gè)偶極子天線，只不過(guò)兩根天線的夾角不是上圖的180°，而是0°。即進(jìn)出EUT的電纜與參考大地平行，兩者之間的寄生電容上會(huì)有共模的位移電流。
如果騷擾源是低電壓大電流的源，則近場(chǎng)主要是磁場(chǎng)。如下圖所示的環(huán)形天線模型。則天線周圍的磁場(chǎng)大于電場(chǎng)。
實(shí)際中，PCB走線的環(huán)路，進(jìn)出EUT的電纜正負(fù)極之間的差模電流回路，都是環(huán)形天線，都會(huì)向外輻射信號(hào)，同時(shí)也容易接收其它設(shè)備發(fā)出的干擾信號(hào)。
我們常用波阻抗來(lái)描述電場(chǎng)和磁場(chǎng)的關(guān)系
Z0 = E / H
則，對(duì)于上面所說(shuō)的偶極子天線，其E大于H，則Z0較大，所以電場(chǎng)源又稱高阻抗場(chǎng)源；
對(duì)于上面所說(shuō)的環(huán)形天線，其H大于E，則Z0較小，所以磁場(chǎng)源又稱低阻抗場(chǎng)源。
對(duì)于高阻抗場(chǎng)源，隨著離天線距離的增加，空間中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)都減小，但
因此，波阻抗隨距離的增加而減小。
對(duì)于低阻抗場(chǎng)源，隨著離天線距離的增加，空間中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)都減小，但
則波阻抗隨著距離的增加而增加。
無(wú)論場(chǎng)源是電場(chǎng)源還是磁場(chǎng)源，當(dāng)離場(chǎng)源的距離大于λ/2π以后，都變成了遠(yuǎn)場(chǎng)，又稱輻射場(chǎng)。這時(shí)電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向垂直并且都和傳播方向垂直，稱為平面波。
這時(shí)電場(chǎng)和磁場(chǎng)比值為固定值，波阻抗Z0 = 120*π，電場(chǎng)和磁場(chǎng)都以 1/r (r為距離) 的速率隨距離減小。
遠(yuǎn)場(chǎng)是平面波，比較容易分析和測(cè)量，只需測(cè)量電場(chǎng)就能算出磁場(chǎng)。近場(chǎng)比較復(fù)雜，電場(chǎng)和磁場(chǎng)不易互相轉(zhuǎn)換，需要分別測(cè)量。同時(shí)由于近場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的強(qiáng)度隨距離的變化強(qiáng)烈，所以，位置的微小變化都會(huì)引起較大的測(cè)量誤差。
對(duì)于距離較遠(yuǎn)的系統(tǒng)間的電磁兼容問(wèn)題，一般都用遠(yuǎn)場(chǎng)來(lái)分析。對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)，特別是同一設(shè)備內(nèi)的問(wèn)題，基本上都是近場(chǎng)耦合問(wèn)題。
02 近場(chǎng)&遠(yuǎn)場(chǎng)與電磁屏蔽
看圖，屏蔽機(jī)理分析，根據(jù)電路理論，電磁場(chǎng)入射到屏蔽機(jī)箱，由于機(jī)箱的阻抗很低，電磁場(chǎng)會(huì)在屏蔽體上感應(yīng)出渦流。其實(shí)就是電磁場(chǎng)穿過(guò)閉合回路感應(yīng)出電流，此時(shí)機(jī)箱表面一圈圈電流，有點(diǎn)像水的漩渦，故稱作渦流，像上面圖中的紅色虛線，就是渦流環(huán)路！
（注意這里說(shuō)的是變化的電磁場(chǎng)，因?yàn)楦鶕?jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，如果是靜電場(chǎng)或靜磁場(chǎng)，閉合回路磁通量不產(chǎn)生變化，也就不會(huì)產(chǎn)生渦流了。）
那么，有渦流，電流又會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，由于和原來(lái)的電磁場(chǎng)方向相反，此時(shí)就會(huì)抵消原電磁場(chǎng)，這就是屏蔽效能使用電路分析的原理。
所以，提到電磁場(chǎng)，必須要了解電磁場(chǎng)的傳播特性，在大家看書時(shí)，都會(huì)提到電磁場(chǎng)的波阻抗。
這是自由空間波阻抗圖。
分析電磁波在空間傳輸?shù)奶匦詴r(shí)，波阻抗是一個(gè)非常重要的概念…波阻抗是表征電磁波傳輸特性的主要參數(shù)，波阻抗隨電磁波傳輸特性而變化。說(shuō)白了就是電磁波在空間傳輸時(shí)的阻抗，一般，電磁場(chǎng)在空間傳輸，分近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)。
近場(chǎng)區(qū)：是指到輻射源的距離小于λ/2π的區(qū)域；分為電場(chǎng)波阻抗和磁場(chǎng)波阻抗；如果場(chǎng)源特性以電場(chǎng)為主，則波阻抗很大，稱為高阻抗場(chǎng)。
如圖，近場(chǎng)區(qū)電場(chǎng)的特性，波阻抗很大！如果場(chǎng)源特性為以磁場(chǎng)為主，則波阻抗很小，稱為低阻抗場(chǎng)。
遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)：到輻射源的距離大于λ/2π米的區(qū)域，此區(qū)域電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量相當(dāng)，波阻抗恒定，為377Ω，可認(rèn)為是均勻平面波。
遠(yuǎn)場(chǎng)時(shí)，為均勻平面波，波阻抗一致！一般認(rèn)為交變電壓源近場(chǎng)為高阻抗場(chǎng)，主要分量為電場(chǎng)；而交變電流源近場(chǎng)為低阻抗場(chǎng)，主要分量為磁場(chǎng)。
了解自由空間波阻抗有何意義？
其實(shí)了解了波阻抗，對(duì)電磁場(chǎng)屏蔽很重要！對(duì)于高阻抗場(chǎng)，由于波阻抗很大，主要是依靠反射損耗增加屏蔽效能；因?yàn)槠帘误w阻抗很低…阻抗失配。
而對(duì)于低阻抗場(chǎng)，由于波阻抗很小，反射損耗已經(jīng)可以忽略，主要是依靠吸收損耗增加屏蔽效能。因?yàn)椴ㄗ杩剐。帘误w阻抗也很小，所以反射不起作用。
