16
17
噪声源电压为Ui，Ui在导体Z1回路上产生的电流为I，则在Z2回 路上产生的感应电压为：
由式可见，电感性耦合的噪声大小正比于 A.噪声源回路的电流I变化率di/dt； B.互感M。 一般而言，噪声源回路的电流I变化率是不可控的，有效的方法是如何减
小互感M。减小互感M的方法有： A.拉开回路之间的耦合距离，包括回路之间的相对位置； B.尽可能减小噪声回路和感应回路的环路面积； C.采用电磁屏蔽，包括双绞电缆和同轴电缆的使用。
A 干扰源
B
I 负载
23
如果对导线AB增加屏蔽体，并按图连接。电流在流经负载后， 全部通过导体的屏蔽体返回到干扰源的地。由于流过屏蔽体上的电 流也产生磁通，且与导体产生的磁通大小相等而方向相反，这样在 屏蔽体的外面，不存在磁通，即导线AB被电磁屏蔽了。
A 干扰源
B 负载
24
如果将干扰源和负载都接地,当信号源和负载都接地时，由于流 过屏蔽体的电流I2小于导线AB内的电流I，所以I2所产生的抵消磁通 也比原来的小。
同轴电缆是一种特制的用金属编织网作屏蔽的电缆，在很大的 范围内，具有均匀不变的低损耗的特性阻抗，可用于从直流到甚高
。 频乃之超高频的频段
34
下图是在低频时屏蔽双绞线和同轴电缆的接地方法。它们均采用
图 单端接地，以避免因地电位差造成的环流，影响屏蔽的效果。
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屏蔽双绞线和同轴电缆一端屏蔽和两端屏蔽的效果比较
因为CL远大于Cs，所以上式又可简化为
5
当RL阻抗远大于CL和Cs的阻抗时，感应的噪声电压正比于CS和 CL的比值，和噪声电压的频率无关。
感应的噪声电压的频率特性如图所示。 Un
f
6
1.2 电容性耦合的抑制措施
电容性耦合噪声的大小，正比于下列因素： 1）噪声电压； 2）噪声频率； 3）两导体间的分布电容； 4）受感应体的对地阻抗。
上述的诸因素中，噪声电压、噪声频率、受感应体的总电阻值 往往是不可控的。所以抑制电容性耦合的最基本方法是减少与噪声 导体间的分布电容。而减少两导体间的分布电容的最简单的方法就 是加大与噪声导体之间的距离。
但有时候受条件限制，无法用加大与噪声导体之间的距离来减 少两导体间的分布电容时，此时采用静电屏蔽的方法是十分有效的。
当然这是有前提的，电流I的频率远大于导线的截止频率，否 则，大部分返回电流也将从地面回路返回，也不能减小回路的包围 面积。
28
我们常用屏蔽导线来防止外界磁通对导线的影响，其实这不是 利用屏蔽体的磁屏蔽特性实现屏蔽的，而是将非磁性屏蔽体包在导 体周围，并让它成为流经导线返回电流的一个通路，起到使电流的 回路所包围的面积最小，使接收外界磁通影响为最小 。
线缆的静电屏蔽和电磁屏蔽
徐义亨
1
本章阐述用屏蔽来抑制静电感应和电磁感应的基本原理和方法。
电缆之所以重要是因为它不仅是控制系统中最长的部分，容易 通过近场的耦合对控制系统产生干扰；而且它还类似于一根拾取和 辐射噪声的高效天线。
本章我们将讨论与此有关的三种类型的耦合： 1）电容性耦合。它起源于线路间电场的相互作用。 2）电感性耦合。它起源于线路间磁场的相互作用。 3）电磁场耦合。它是电场和磁场相结合的混合作用的耦合。故也被 称为电磁耦合或辐射耦合。
11
这里,我们讨论的是受感应导体屏蔽的情况。如果我们将噪声导 体进行屏蔽并接地,同样可以起到抑制电场耦合的作用。所以在工业 现场，无论是电源电缆，或者是信号电缆，都应采用屏蔽型电缆。
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采用屏蔽的效果要比拉开间距显著
AC 110V
d
S 20mm
1M欧
20mm
2个继电器 电感50H 内阻700欧
500欧
2
1 电容性耦合噪声和其抑制方法
1.1 耦合机理
两导线间的电容性耦合如图所示。Cs为噪声导体（如电源线）
和受感应导体（如信号线）间的分布电容，CL为受感应导体的对地
电容，RL为受感应导体的总电阻值，Z为CL和RL的并联阻抗。US为噪
声电压，设Un为感应的噪声电压。
噪声
受感应
导体
CS
导体
噪声 电压 US
19
2.2 回路之间的相对位置与耦合程度的关系
I
5A
10A
15A
Uab
40mV
85mV
130mV
20
I
5A
10A
15A
Uab
100mV
190mV
280mV
21
一般而言，两个回路的平面相互垂直比平行其耦合要小。两个回 路的环形面积愈小愈好。
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2.3 对作为噪声源的导线施行的电磁屏蔽
图所示的导线AB流过电流时，便成为向外界发出磁通的噪声源。
如果屏蔽体接地，因为屏蔽层上的电压为零，所以受感应导体 上的噪声电压也为零。
由于受感应导线不可能全部封闭在屏蔽体内（包括导体两端外 露和编织屏蔽层的空隙）,所以实际情况要复杂一些。
为了获得良好的电场屏蔽，需要做到： 1）最大限度的减小中心导线延伸到屏蔽之外部分的长度； 2）为屏蔽层提供一个良好的接地。
CL
RL Un
并联阻抗Z
3
利用Cs和Z之间的分压公式就可以求出在受感应导体和地 之间产生的噪声电压Un为：
当噪声电压的频率较低时，阻抗RL远小于CL和Cs的阻抗时， 则为:
感应的噪声电压Un正比于噪声源的频率f、受感应导体的总电 阻值RL、受感应导体的对地电容CL以及噪声电压US。
4
当噪声电压的频率较高时，RL阻抗远大于CL和Cs的阻抗时，则 为:
0.25V～0.7V
12V～30V
0.15V～0.6V
7V～20V
0.05V～0.3V
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2 电感性耦合噪声和其抑制方法
2.1 耦合机理 从物理学可知，线圈切割磁力线会感应出电动势。反之，线圈
不动，周围的磁力线发生变化，也同样会在线圈两端感应出电动势。 所以一根导线，当流过它的电流大小发生变化时，在其周围就会产 生出变化的磁场。若在这个交变的磁场中有另一个电路回路，就会 在回路中感应出电动势。这两部分通过磁力线形成的耦合，其程度 可用互感M来表示。
电感性耦合 不变
电容性耦合 变化
如电缆屏蔽层单端接地， 将接地端断开
不变
变化
噪声源回路的负载变化
变化
不变
说明 见式（2.2） 见2.1.4章节 因为di/dt发生变化
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另外， 高电压回路，容易成为电容性耦合的噪声源； 大电流回路，容易成为电感性耦合的噪声源。 电容性耦合噪声对受影响的电路是属于共模噪声； 电感性耦合噪声对受影响的电路是属于串模噪声。
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3 电磁场耦合噪声和其抑制方法
3.1 近场和远场（感应场和辐射场）
辐射源附近称近场，距离大于λ/2π（λ为电磁波的波长）的 地方称远场，这是一种约定。
波长和传播速度以及频率的关系如下式所示。 λ=c/f
式中：c--传播速度（3×m/s）； f--频率（Hz）。
39
例如，10MHz的电磁干扰的远场界区约为5m左右，30MHz的电磁 干扰的远场界区约为3m左右，100MHz的电磁干扰的远场界区约为 0.5m左右。如果30kHz,近场范围可达1.6公里。
29
2.5 双绞线的电磁屏蔽原理及其 应用
1）对作为噪声源的导线实施电磁屏蔽
环内有磁通产生
环外磁通 基本被抵消
30
2）对信号线实施电磁屏蔽
外磁通
外磁通在导线上 的感应相互抵消
31
双绞线的屏蔽效果随每单位长度的绞合数的增加而提高（见 表）。
表中的噪声衰减度系指平行导线时的干扰磁场值和采用双绞线 后的干扰磁场值之比。但是，每单位长度的绞合数愈大，耗资也 大，从表2.2看，绞距为50mm左右就可以了。
由实验可知（实验数据见后表），用编织网进行屏蔽的话，感 应出的噪声很小。若用增加两线间的距离d，还是能感应出几十伏的 噪声电压。所以，静电屏蔽抑制电容性耦合噪声的效果一般要比拉 开间距减小分布电容的效果来得显著。
14
线间距离d(mm) 0
170 510
感应的噪声电压
导线
编织网屏蔽导线
40V～90V
在近场中，噪声一般是通过前述的电容性耦合和电感性耦合的 方式传播到控制系统中去的。
在远场中，对控制系统的干扰是通过能量向四方的辐射方式进
行的。
40
3.2 波阻抗
由上述可知，在近场，干扰的耦合主要是通过电场，或者通过 磁场。而在远场，辐射的电磁场在空间的传播是由于电场和磁场的 相互作用。
例如，在一根导线上流过直流电流，则在导线周围会产生磁力 线，而沿导线产生电力线（即电场的方向和磁场的方向是垂直的）。 这样就产生了磁场和电场。当电流发生变化，导线周围的磁场和电 场也相应发生变化，这种变化在空间中的传播就是电磁波，它的传 播速度等于光速。
噪声衰减度
比例
dB
1
0
14：1
23
71：1
37
双绞线（1绞/50.8mm)
112：1
41
双绞线（1绞/25.4mm)
141：1
43
金属导管内平行线
22：1
27
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2.6 同轴电缆的效用以及屏蔽体的接地
双绞线和屏蔽双较大的电容，故不适用于高频或高阻抗回路。
一端接地 80dB 70dB
两端接地 27dB 13dB
在高频时（大于1MHz)屏蔽体可以两端接地。或者，一端接地，
另一端通过小电容再接地。这样，在低频时，电容有较大的阻抗，
可认为是一端接地；高频时，电容阻抗变小，则成为两端接地。高
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2.7 电容性耦合与电感性耦合噪声的比较
判断方法
噪声变化情况
减小受干扰的信号回路 的负载阻抗