1625屏蔽双绞线的抗电磁干扰特性研究 黄家平1 王明皓2 雷虹2 吕朝辉2 臧家左2 (沈阳航空工业学院电子信息工程学院，沈阳 110136)1 (沈阳飞机设计研究所，沈阳 110035)2 摘 要： 本文主要研究外部电磁场对屏蔽双绞线的干扰耦合情况。 根据场对线的耦合机理搭建实验测试平台， 对非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线的干扰耦合情况进行了测试。对比分析了屏蔽双绞线在2MHz- 100MHz的频段 内，不同屏蔽情况下的干扰耦合特性。测试结果表明：屏蔽双绞线在完全屏蔽的情况下，其抗干扰的能力最 好。 关键词：屏蔽双绞线，电磁干扰，耦合电压 The Study on Anti-electromagnetic interference characteristic of STP HUANG Jiaping 1, WANG Minghao 2, LEI Hong2 , LV Zhaohui2, ZANG Jiazuo 2 (School of Electronic and Information Engineering , Shenyang Institute of Aeronautica Engineering , Shenyang ,110136)1(Shenyang Aircraft Design and Research Institute , Shenyang , 110035)2 Abstract: This article mainly studies the interference coupling of external electromagnetic field to STP. According to the coupling mechanism of the filed to wire，it has put up the experimental test platform which tested the Interference coupling of UTP and STP. In the 2MHz- 100MHz frequency range, Compared and Analyzed the Interference coupling of different shielded form of STP. The test results indicated that the anti- interference capability of STP is best when it is completely shielded. Keywords: STP; EMI; Coupling voltage 1 引言 双绞线采用一对互相绝缘的金属导线互相绞合 的方式来抵御一部分外界电磁波干扰，更主要的是 降低自身信号的对外干扰1。把两根绝缘的铜导线 按一定密度互相绞在一起，可以降低信号干扰的程 度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线 上发出的电波抵消。双绞线作为综合布线工程中最 常用的一种传输介质与其他传输介质相比，双绞线 虽然在传输距离，信道宽度和数据传输速度等方面 均受到一定限制，但抗干扰能力强、布线容易、可 靠性高、使用方便、价格较为低廉，所以是目前应 用比较多的传输介质,广泛应用于工业控制系统以及 干扰较大的场所。 双绞线可分为非屏蔽双绞线 （Unshielded Twisted Pair，UTP）和屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，STP）两种1。STP在线径上要明显精过UTP，而 且由于它具有较好的屏蔽性能，所以也具有较好的 电气性能。 本文主要研究外部电磁场对UTP和STP干扰耦 合情况，研究了STP在2MHz- 100MHz的频段内， 不同裸露情况下的干扰耦合特性。根据场对线的耦 合机理搭建测试实验平台，并对UTP和STP的干扰 耦合情况进行实验测试 2 双绞线的耦合机理 2.1 外部电磁场对线的耦合 当电磁波照射到平行传输线上时，如图1所示， 将出现场到线的耦合问题，沿线会引起分布小电压 源2。在线上会产生共模和差模电流，如图2所示。 所谓共模电流是指两导线上振幅相差很小而相位相1626同的电流，而差模电流是指两导线上振幅相等而相 位相反的电流。只有差模电流才流经终端阻抗，因 此在更多的应用场合中，它才是唯一有用的电流。 在传输线的终端，其共模电流为零。离开终端后， 共模电流迅速增加，并比差模电流值要大的多。沿 线任意一点，导体中流过的电流通常都是差模和共 模电流之和3。在本文中我们主要研究STP的抗电 磁干扰特性，主要通过测试外部电磁场耦合到双绞 线上的电压对其进行研究。 图 1 电磁场照射到双线传输线上 IDMICMIDMICMXZ dUDM/2dUCM /2dUDM/2dUCM /2+-+图 2 传输线中的共模电流与差模电流 2.2 处在电磁场中的双绞线 众所周知，双绞线能够有效的抑制电磁干扰， 这不仅因为双绞线的两根线之间具有很小的回路面 积，而且双绞线上相邻两回路上感应出的电流具有 相反的方向，因此可以相互抵消1。 感应电流入射电磁波图 3 双绞线模型 根据以上理论，处在电磁场中的双绞线，双绞 线终端感应电流的通用表达式(推导过程见文献4， 5)： dxELZLZcdxlEZcDdlLlZsLlZclEDIRRlLRRllo+=0000) 0 ()sinhcosh()(1)(sinh)(cosh )(1 0dxLELZLZcdxEZcDdlLZsLZclEDIRRlLRRlloL+=0000)()sinhcosh() 0 (1sinhcosh )(1其中： l是双绞线的螺距，Ro是螺旋线半径，Zc-特征阻抗，Zo-输入端阻抗,Zs-输出端阻抗，传输线的 传播常数，E(l)表示线上任意一点处的电场强度。 LZoZsZcLZcZsZcZoDsinh)(cosh)(2+=3 实验测试 实验设备：金属接地平台、天线、频谱分析仪、 放大器、场强计、铜网、航空连接器等。 本研究以场对线的耦合理论为基础，搭建了的 实验平台，框图如图4 所示。 图 4 测试搭接 整个测试过程在密封的微波暗室中进行。实验 中，我们将被测双绞线放置于金属接地平台上，其 一端接50欧姆负载，另一端与频谱分析仪相连，外 部场采用辐射的方式用天线对其进行辐射。其中， 频谱分析仪放置于屏蔽小室中，欧姆负载包在铜网 中。 实验注意事项：实验过程中，必须保证铜网、 屏蔽小室、线缆屏蔽层等的接地以及设备的屏蔽情 况。尽量消除除天线以外的外界干扰，因为这些情 况都将给测试结果带来很大的负面影响。 16274 测试结果及分析 根据搭建的实验平台，测试屏蔽双绞线在不同 屏蔽情况下，与外部干扰的耦合情况。测试线缆的 长度为2m，外部场的辐射频率为2MHz- 100MHz， 分别对非屏蔽双绞线，屏蔽双绞线，以及屏蔽双绞 线的不同裸露情况的抗干扰能力进行了测试。实验 结果如下： 2m，2MHz-100MHz-70-60-50-40-30-20-100100000010000000100000000频率（Hz）频谱幅度（dBuV）非屏蔽双绞线 屏蔽双绞线（端部裸70mm）图 5 测试结果 1 图5是2m的非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线(端部 裸70mm)比较，可以看出屏蔽双绞线上的耦合电压 相对非屏蔽双绞线上的耦合电压来说，并没有明显 优势，甚至在有些频点，其耦合电压大于非屏蔽双 绞线上的耦合电压。两者的抗干扰能力基本差别很 小。 2m，2MHz-100MHz-80-70-60-50-40-30-20-100100000010000000100000000频率（Hz）频谱幅度（dBuV）非屏蔽双绞线 屏蔽双绞线（端部屏蔽300mm）图 6 测试结果 2 图6是2m的非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线(端部 屏蔽300mm)比较， 相当于图5 中裸露的部分加以屏 蔽，可以看出，屏蔽双绞线的抗干扰能力较图5明 显增强。 2m，2MHz-100MHz-100-90-80-70-60-50-40-30-20-100100000010000000100000000频率（Hz）频谱幅度（dBuV）非屏蔽双绞线屏蔽双绞线(屏蔽连续）图 7 测试结果 3 图7是2m的非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线(屏蔽 连续)情况比较，可以看出，屏蔽双绞线的耦合电压 幅度下降很大，对比图5 、图6两种情况，该种情 况的耦合电压最小，抗干扰能力最好。 5 结论 通过实验数据可知，屏蔽双绞线在屏蔽连续的 情况下的抗电磁干扰能力明显优于非屏蔽双绞线。 但是一旦屏蔽不连续，其抗干扰能力就会减弱，甚 至有些频点比非屏蔽双绞线的抗干扰能力还差。所 以在实际应用中，对屏蔽双绞线的抗电磁干扰特性 来说，屏蔽连续性是极其重要的。 1628参 考 文 献 1 Clayton R.Paul. 电磁兼容导论M.闻映红等译.北京:机械工业出版社,2006 2 Albert A,Smith,JR.外界电磁场对传输线的干扰M.翟启明,张贵元,译.太原:山西科学教育出版社,1984 3 杨克俊.电磁兼容原理与设计技术M.北京：人民邮电出版社，2004.8 4 CD.Taylor,and J.P.Castillo. On the response of a terminated twisted- wire cable excited by a plane- wave electromagnetic field .IEEE Transmission lines on EMC, 1980, EMC- 22(1):16- 19 5 A.A.Smith,Jr. Coupling of external electromagnetic field to transmission lines. New Yoek:Wiley,1977 作者简介： 黄家平，女，硕士研究生，主要研究领域航空电子信息；王明浩，男，研究员，主要研究领域飞机航电系统的设计和研究等；雷 虹，女，研究员，主要研究领域飞机 EMC 设计和系统验证；吕朝辉，男，高级工程师，主要研究领域飞机 EMC 检测和系统验证；臧家左，男，助理工程师，主要研究领域 EMC 系统软件仿真和应用。 屏蔽双绞线的抗电磁干扰特性研究屏蔽双绞线的抗电磁干扰特性研究作者：黄家平， 王明皓， 雷虹， 吕朝辉， 臧家左 作者单位：黄家平(沈阳航空工业学院电子信息工程学院,沈阳 110136)， 王明皓,雷虹,吕朝辉,臧家左(沈阳飞机设计研 究所,沈阳 110035)本文链接：http:/d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_7206494.aspx