先上图:
金属导体里,由于电流产生内部磁场,磁场再次感生的电流会将内部的电流抵消,这样整体导致导体内部电流趋于减少,表面电流趋于增多,而且频率越高这个效应越明显,或者说频率越高导体的电流层就越薄。
特定于右图的同轴电缆来说,在高频领域,会使两极电流聚集在内芯导体的外表面和外屏蔽层的内表面。这时候,外屏蔽层的外表面就空出来了,可以再导通另一路电流,是为共模电流。
针对天线应用,看下图更详细一些:
如果同轴线缆接的是一套平衡天线,例如振子理想电气对称的偶极,那么没有趋肤效应时,两臂振子上的电流(I左、I右)应该是一样的,对应于内芯、屏蔽层里的两方向电流(I1、I2)也是一样的(幅度一样,相位差180度);
但是实际情况里,趋肤效应存在,在外屏蔽层跟天线其中一个振子的连接处,电流有了两个流向:一个是沿着振子,另一个是沿着外屏蔽层的外表面。这时候,同轴电缆的外表面相当于是第三根振子了,会发生辐射。
这是发射的情况。天线发射/接收是互易的。对于接受来说,馈线附近的干扰也会通过共模电流进到接收机中。
上图仅仅是拿偶极天线这种平衡天线进行图示。共模电流不仅仅局限于偶极等天线系统中;只要馈线里有共模电流,都会参与辐射。其他非平衡振子天线,例如端馈、各种斜拉天线等,也会存在共模电流问题。
对于天馈系统来说,共模电流发射时会造成辐射效率损失、影响辐射方向图、出现非预期的极化干扰、对电台的干扰等等;接收时会随馈线引入更多的噪声,等等。
如何抑制共模电流?一个比较简单有效的方式是在馈线上串上一个磁芯,利用大电感抑制共模电流。
有人会问馈线里要跑发射信号的大电流啊,不会造成影响么?不会的。馈线的芯、屏蔽层的电流相差180度(或说流向相反),通过磁芯时产生的效应相互抵消了。这对幅度一样、相位相反的电流就是异模电流,也就是想要输送到振子上去的信号电流。
至于外屏蔽层外表面上单独一路的共模电流,则在经过磁芯时因为遇到很大的感抗,被极大抑制掉了。这就是电流巴伦,或者说扼流圈(choke)的工作原理。
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