导线辐射解析：近场与远场电磁理论及PCB电磁兼容设计策略

本篇文章主要介绍了导线辐射在电磁兼容（EMC）领域的基础理论，特别是在近场区和远场区的电磁场特性。导线中的电流（I）、长度（L）、与观察点的距离（D）以及自由空间的阻抗（Z0，即377欧姆）和电流频率对应的波长（）是计算辐射强度的关键参数。 1. 近场区：在近场区域内，磁场（H）的辐射强度与频率无关，适用于直流情况，随距离的平方衰减，表达式为 H = I L / (4D^2) A/m。电场（E）的辐射强度则随频率增加而减小，并且随距离的三次方衰减，公式为 E = Z0 I L  / (8 ^2 D^3) V/m。波阻抗（ZW）在近场区随距离变化，ZW = Z0（/2D） 。 2. 远场区：到了远场区，电场和磁场的辐射衰减速率相同，都与距离成反比，H = I L / (2 D) A/m 和 E = Z0 I L / (2 D) V/m。在这个区域，电场与磁场的比值恒定，等于Z0，即377。电场和磁场随频率的增加是线性的，与电流环路的情况不同。 文章还提到了PCB（印制电路板）电磁兼容设计中的相关概念，如脉冲信号的频谱分析、地线和电源线噪声的处理、寄生电容的影响、地线网格的设计以及电源线噪声消除的方法。其中，差模辐射和共模辐射是线路板辐射的两种基本机制，电流环路是共模辐射的一个实例，而在实际电路中，考虑了电路元件如ZG（输入阻抗）、ZL（负载阻抗）和ZC（等效阻抗）对辐射的影响。 对于近场区和远场区的计算，作者提供了具体的数学表达式，如近场区的电磁场强度与频率和距离的关系，以及远场区的环路面积对辐射的影响。这些公式对于评估和控制电子设备的电磁辐射至关重要，尤其是在电磁兼容性测试和设计过程中。 本文深入浅出地讲解了导线辐射的基本原理及其在电磁兼容设计中的应用，对工程师理解和解决电磁干扰问题具有实际指导意义。