导线与导线的耦合及解析

在汽车电器中，总是把内部连接导线捆扎成一捆电缆。这样既整齐美观，又坚固且便于固定，还有利于维修检查。但是，这样使电缆内部存在着不同程度的导线之间的耦合感应作用，严重的会使设备遭受干扰而导致性能降级或功能不正常。

电缆中导线之间的耦合干扰是最常见的干扰耦合模式之一，它是对系统内部设备之间进行电磁兼容分析的典型干扰方式。图4-10所示为各种电磁干扰耦合路径的统计结果。由图可知，导线间的耦合最为严重，约占60%，是电磁兼容设计中必须认真对待的问题之一。

图4-10 电磁干扰的耦合路径统计简图

在系统内部，设备（或电路）相互之间的连接导线是构成电缆的基本单元。为了便于分析，我们把常用的连接导线归为4类：塑胶绝缘导线、屏蔽导线、双绞线和同轴电缆线。

任何两个设备的相互联系都可通过导线构成闭环回路，其结构形式可归纳为单线对地闭合结构和双线结构两类。在这两种基本结构形式中，由于使用了不同类型的导线，所以在实际工程中，导线相互间的耦合可以有许多不同的组合，如图4-11所示，大约有8种不同的组合，即在两个单线对地回路中有两根塑胶导线之间的耦合、两根屏蔽线间的耦合、一根屏蔽线与一根塑胶导线的耦合；在双线往返回路中有两根塑胶导线间的耦合、两根屏蔽线间的耦合、两根扭绞线的耦合、同轴电缆线内外层的耦合和两个双线回路相互串扰的耦合。

图4-11 设备之间连线结构的不同组合

两根导线平行放在一起，其中一根线中一段有信号源E_S及内阻抗Z₀₁，导线另一端有负载阻抗Z_L1，回路通过地平面构成闭环。另一根导线中仅有阻抗Z₀₂和Z_L2，也是单线对地结构。两个回路有公共地平面，如图4-12所示。图中有信号源的导线为发射线，被感应的导线为接收线，两导线平行重叠的长度即有效长度。

根据感应耦合基本原理可知，在两导线间同时存在磁场耦合和电场耦合。在信号源频率较低时，导线的长度l远小于信号波长λ（l≤λ），可以用集中的互感参数M₁₂和互容参数C₁₂来表示电磁耦合。每根导线在其回路中还有导线电阻对信号电流的影响、导线的自感效应及对地的电场感应，也分别用等效集中参数r、L、C₀来描述。

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图4-12 在公共地平面上的两平行导线

考虑到以上综合电磁效应，图4-12所示的共地双线相互间的感应耦合可以表示为图4-13所示的等效电路，这样就把导线间的电场感应和磁场感应近似描述成集总参数电路。若信号源和各阻抗参数已知，即可计算出接收导线回路中Z₀₂和Z_L2的感应电压和电流。

导线对导线感应耦合的分析，一般必须按照以下4个步骤来进行。

1）根据电缆的布局确定被分析导线的结构参数。为了设计电缆的布局，可以把线间距作为缺省值，由允许的耦合系数来确定导线的最小间距。

2）由结构参数计算一次参数。

3）根据导线相互间的实际有效耦合长度和信号源的波长确定相应的分析计算方法。

4）分析和计算耦合电压和电流。

图4-13 耦合模型的等效电路