电磁兼容中的近场和远场

01 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。

如果骚扰源是高电压，小电流的源，则近场主要是电场。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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

02 近场&远场与电磁屏蔽

看图，屏蔽机理分析，根据电路理论，电磁场入射到屏蔽机箱，由于机箱的阻抗很低，电磁场会在屏蔽体上感应出涡流。其实就是电磁场穿过闭合回路感应出电流，此时机箱表面一圈圈电流，有点像水的漩涡，故称作涡流，像上面图中的红色虚线，就是涡流环路！

（注意这里说的是变化的电磁场，因为根据法拉第电磁感应定律，如果是静电场或静磁场，闭合回路磁通量不产生变化，也就不会产生涡流了。）

那么，有涡流，电流又会产生电磁场，由于和原来的电磁场方向相反，此时就会抵消原电磁场，这就是屏蔽效能使用电路分析的原理。

所以，提到电磁场，必须要了解电磁场的传播特性，在大家看书时，都会提到电磁场的波阻抗。

这是自由空间波阻抗图。

分析电磁波在空间传输的特性时，波阻抗是一个非常重要的概念…波阻抗是表征电磁波传输特性的主要参数，波阻抗随电磁波传输特性而变化。说白了就是电磁波在空间传输时的阻抗，一般，电磁场在空间传输，分近场和远场。

近场区：是指到辐射源的距离小于λ/2π的区域；分为电场波阻抗和磁场波阻抗；如果场源特性以电场为主，则波阻抗很大，称为高阻抗场。

如图，近场区电场的特性，波阻抗很大！如果场源特性为以磁场为主，则波阻抗很小，称为低阻抗场。

远场区：到辐射源的距离大于λ/2π米的区域，此区域电场分量和磁场分量相当，波阻抗恒定，为377Ω，可认为是均匀平面波。

远场时，为均匀平面波，波阻抗一致！一般认为交变电压源近场为高阻抗场，主要分量为电场；而交变电流源近场为低阻抗场，主要分量为磁场。

了解自由空间波阻抗有何意义？

其实了解了波阻抗，对电磁场屏蔽很重要！对于高阻抗场，由于波阻抗很大，主要是依靠反射损耗增加屏蔽效能；因为屏蔽体阻抗很低…阻抗失配。

而对于低阻抗场，由于波阻抗很小，反射损耗已经可以忽略，主要是依靠吸收损耗增加屏蔽效能。因为波阻抗小，屏蔽体阻抗也很小，所以反射不起作用。