电子产品辐射发射的抑制

一、 序言  

电子电气设备在正常工作时，同时向周围空间辐射电磁骚扰，可能影响其它设备的工作。为此很多国家标准都规定了对电磁发射的测量方法和限值，例如GB9254、GB4824、GBl3837等分别规定了信息技术设备、工科医设备、电子测量仪器、声音和电视广播接收机等设备的辐射发射限值。在辐射发射测量中很多设备的骚扰场强往往在某些频率段超过限值，因此制造商迫切需要了解超标的原因以及应采取的措施。通常设备的辐射发射可由两部分组成：一部分是设备内部的电磁能量通过机箱泄漏；另一部分是设备的连接线作为天线辐射电磁能量。以下将分别进行讨论。  

二、电子产品辐射的泄漏途径和抑制  

1、通过机箱的泄漏  

设备内的元器件、集成片、印刷电路板的走线、有信号电流经过的地方都可能向周围空间辐射电磁能量，频率越高就越容易产生电磁辐射。如果设备采用非屏蔽机箱，则这些电磁能量就直接传递到设备外部空间。如果设备采用金属机箱，或在塑料机箱内喷涂一层金属作为屏蔽层，则电磁能量可能会被限制在设备内部，限制的程度取决于机箱的屏蔽效能。薄薄的一层完整金属具有很高的屏蔽效能，但是如果上面有较大的孔或较长的缝隙，则屏蔽效能就会大大下降，产生电磁能量泄漏。根据电磁场理论，这些孔缝相当于一个二次发射天线，当这些孔缝长度等于半波长的整数倍时，漏泄能量最大。对于固定的孔缝长度，频率越高，泄漏越严重。一般要求孔缝长度应为：1＜λ／20(商用设备，屏蔽效能20dB)或1＜λ／50(军用设备，屏蔽效能28dB)，λ为设备内可能辐射的最高频率的波长。如设备内工作信号是数字脉冲，或者由于开关瞬态操作产生脉冲噪声，则应该考虑的辐射发射最高频率为1／(π)，其中是脉冲的上升时间，或者为10倍的时钟频率。  

判别设备的辐射骚扰是否主要由机箱泄漏引起，可把设备连接线拆除，然后再测量辐射骚扰场强。如果加和不加连接线对测量结果没有明显影响，说明机箱泄漏起主要作用。这时可用近场磁场探头(例如HP 11940A)沿孔缝移动，寻找泄漏点。探头接频谱分析仪，可观察不同频率的泄漏情况。如果在某个缝隙发现较大的泄漏场强，可临时在该处贴一条金属导电带，该金属带应与机箱的金属面有良好的导电搭接。如果辐射场强明显减小，则说明泄漏位置寻找正确，在今后的设计中要加以改进，使缝隙尺寸满足要求。例如添加导电衬垫、采用波导设计、缩短连接螺丝的间距等等。  

如果机箱必须是非金属的，则应该用近场探头探测设备内的元器件、走线等，找出辐射源，采取相应措施，例如元器件屏蔽、印刷板布线时尽量减小电流环路面积等。   

2、设备连接线的辐射  

在辐射发射测试中经常发现当设备加上I／O线、控制线等连接线以后，在有些频率段辐射场强就有很大提高，即使连接线终端没有加负载也是如此。这时连接线就变成了天线，向外发射电磁能量。以下对这种辐射的机理进行分析。  

2．1 差模电流辐射和共模电流辐射  

连接线上流过高频电流时才能向外发射电磁能量。电流的传输有两种方式：共模方式及差模方式。一对导线上如果流过差模电流，则两条线上的电流，大小相等，方向相反，一般有用信号都是差模电流。一对导线上如果流过共模电流，则两条线上的电流方向相同。骚扰电流在连接线上既可以差模方式出现，也可以共模方式出现。如果连接线终端没有加负载，连接线上就没有差模电流存在，只有共模电流，其产生的辐射称为共模电流辐射。如果连接线终端是有负载的，则可用电流钳来判断是否存在共模电流。电磁兼容使用的电流钳一般具有较宽的频带。把电流钳卡在导线对上，电流钳测得的信号连接到频谱仪上，频谱仪上显示的则是导线对上的共模电流。导线对上的差模电流在电流钳中产生的磁通互相抵消，所以不会有显示。 连接线作为天线发射电磁骚扰，主要是以共模电流辐射形式。因为传输有用信号的导线对常常是紧靠在一起的，而且经常使用双绞线，所以差模电流在周围空间产生的辐射场往往大小相等，方向相反，从而相互抵消。而导线对中两根导线上的共模电流产生的辐射场则相互迭加。如果在计算机常用的扁平馈线中抽取相邻的两根导线，线长1米，导线对上分别加以共模和差模电流，在离导线对3米处按GB9254规定测量骚扰场强。实验表明如果该处场强要达到B类设备的限值(30"230 MHz时为40 dBμV／m)，则差模电流要求为20 mA，而共模电流只要8 μA，两者相差2500倍。由此可见，共模电流辐射的抑制是非常重要的。