近场与远场

一、近场与远场的区别

        骚扰通过空间传输实质上是骚扰源的电磁能量以场的形式向四周空间传播。 场可分为近场和远场。

        近场又称感应场。近场的性质与骚扰源的性质密切相关。

1、如果骚扰源是高电压，小电流的源，则近场只要是电场。如下图所示偶极子天线模型，天线两极间有一定电压但电流较小，主要是空间的位移电流。则在偶极子天线附近，电场大于磁场。

    实际中，进出EUT的电缆与参考大地之间就形成一个偶极子天线，只不过两根天线的夹角不是上图的180°，而是0°。即进出EUT的电缆与参考大地平行，两者之间的寄生电容上会有共模的位移电流。

2、如果骚扰源是低电压大电流的源，则近场主要是磁场。如下图所示的环形天线模型。则天线周围的磁场大于电场。

    实际中，PCB走线的环路，进出EUT的电缆正负极之间的差模电流回路，都是环形天线，都会向外辐射信号，同时也容易接收其它设备发出的干扰信号。

3、我们常用波阻抗来描述电场和磁场的关系

Z0 = E / H

则，对于上面所说的偶极子天线，其E大于H，则Z0较大，所以电场源又称高阻抗场源；

       对于上面所说的环形天线，其H大于E，则Z0较小，所以磁场源又称低阻抗场源。

 4、对于高阻抗场源，随着离天线距离的增加，空间中的电场和磁场都减小，但

     因此，波阻抗随距离的增加而减小。

5、对于低阻抗场源，随着离天线距离的增加，空间中的电场和磁场都减小，但

     则波阻抗随着距离的增加而增加。

6、无论场源是电场源还是磁场源，当离场源的距离大于λ/2π以后，都变成了远场，又称辐射场。       这时电场和磁场方向垂直并且都和传播方向垂直，称为平面波。

     这时电场和磁场比值为固定值，波阻抗Z0 = 120*π，电场和磁场都以 1/r (r为距离) 的速率随距离减小。

7、远场是平面波，比较容易分析和测量，只需测量电场就能算出磁场。近场比较复杂，电场和磁场不易互相转换，需要分别测量。同时由于近场场强的强度随距离的变化强烈，所以，位置的微小变化都会引起较大的测量误差。

8、对于距离较远的系统间的电磁兼容问题，一般都用远场来分析。对于系统内，特别是同一设备内的问题，基本上都是近场耦合问题。

二、波长

    电磁波在空气中的传播速度接近光速。

 波长λ = C / f = 3x10^8 / f (频率f单位Hz)

    如，f=10MHz，λ=30米    

    近场远场分界线  r =λ/2*3.14=4.77米。

    即频率为10MHz的电磁波发射源，在离发射源大于4.77米时，为远场，小于4.77米时，为近场。

三、米法

    当评估产品产生的辐射发射时，测量天线主要测量1m或3m或10m处的辐射信号。这也是我们常说的1米法、3米法、10米法。

    对于骚扰信号频率的升高，天线所在位置对越高频的骚扰来说就越接近远场。

四、位置

        EUT内部，比如滤波器中的元件之间也会产生近场耦合效应，从而降低滤波器的滤波效果。比如两级共模滤波的电感之间，距离较近，则两个电感之间就会产生电场和磁场的耦合。

    以共模电感为例，其周围的电磁场泄露见下图，可见要避免在其上下两绕组开口处放置敏感器件，此两处漏磁场密度最高，强度最大。

     在进行EMI滤波器的元器件布置时，也要考虑漏磁场，漏电场的影响。

五、开关电源中的电场与磁场

 1、上图可看出开关电源输入/输出电缆对地产生的共模电流会产生磁场，即电缆可看成一根天线。

2、开关电源内部的高DV/DT的点，也会通过对壳寄生电容产生位移电流，类似偶极子天线。

3、开关电源内部的高DI/DT环路，可看出环形天线。

参考文献：

1、和军平，陈为《电源线EMI滤波器内部杂散电磁耦合及其作用》

2、陈开宝，陈为《环形共模电感近磁场泄露分析》

3、陈为《EMI(1级2级)滤波器设计方法.pdf》