产品中电磁辐射发射的问题及测量优化方法

知识点：电磁辐射

我们在进行辐射发射测试时，通常容易超标的几个部分在30MHz～50MHz频段；60MHz左右频段；80MHz～100MHz频段；100MHz～300MHz频段；而通常超过100MHz的情况主要集中在晶体时钟的振荡频率上。

再进行进一步的分析，在100MHz以下，发现的大多数辐射发射问题为垂直极化的。如果测试是在这些较低的频率上没有通过，那么问题可能是由放置在接地平面上的且与接地平面相耦合的电源线或其他长尺寸的连接线电缆所导致的。

可以尝试着抬高源线使其远离接地平面，以确认发射是否减小。

相反，可尝试着将更多的电缆放置在接地平面上，以确认发射是否增加。

根据辐射测试标准，测量天线至少要比接地平面高30cm。

在进行任何认证性试验之前，要对此要求进行确认。如果天线太接近接地平面，这时宽带天线能与接地平面产生容性耦合。如果电源线也与接地平面产生容性耦合，那么接地平面将成为导电路径的一部分（共模电流的路径），天线和受试设备之间就会形成闭合的辐射环路路径，这就会导致产品测试不合格的错误结果。

注意：最权威的测量天线为调谐偶极子天线，这种天线具有很多优点，包括其与接地平面之间的容性耦合最小。由于要进行调谐，它的中心最高要位于接地平面上大约1.25m处，这样就减小了天线与接地平面之间的电容且天线的位置也高于受试设备。

低成本的测量工具及方法。

（1）近场探头

对于屏蔽层具有缝隙、间隙和衬垫的情况，使用近场探头将有很大的帮助。电场探头能识别缝隙或衬垫中的阻抗。由于电流会尽力流过缝隙，当其流过阻抗时会产生电压降，这将会辐射形成强的电场，这时电场探头就非常有帮助。

注意：要把使用近场探头测得的幅值与使用天线测得的幅值-测量距离为1～10m进行相关联是不切实际的。

如果把发射源附近产生的场（近场）转换为距发射源一定距离处测得的场（远场）则需要知道源阻抗、探头的天线系数及其他方面的内容。这种测量方法是用于快速的识别发射源的，而不是产品是否能通过测试标准的确认。

还要注意：使用近场探头有时会得到错误的结论。

比如，类似旁路电容的设计用来为高频电流流过到返回平面或返回路径提供了低阻抗的路径。这种类型的电流路径可能产生大量的磁场。由于这种磁场被限制在非常小的区域，它将不会产生非常强的辐射。

同样，除非电流路径的电长度接近1/4波长或1/2波长，否则即使他们具有一定的信号电平，也并不是所有的电路PCB走线或缝隙都能成为很强的辐射体。一种很好的方法是通过记录被测结构的长度以确定潜在发射源的电长度。但还要考虑电介质材料上电路印制线中波长的减小。

除了连接线电缆和电路PCB走线，同时可以认为屏蔽体的缝隙可等同于细导线天线。因此，缝隙每波长的辐射效率与偶极子天线每波长的辐射效率是相同的。

要明白的是，当外壳上的缝隙接近1/4波长或1/2波长时，它将成为非常有效的单/偶极子天线。

通过使用记号笔标记出特定频率上泄漏缝隙开始产生辐射时的长度和停止产生辐射时的长度，并测量这些缝隙的长度，然后与单/偶极子的辐射和单/偶极子的尺寸及波长之间的关系曲线进行比对。

因此，当探测到明显的强辐射区域时，也一定要估计被测结构的电长度以确定它是否能有效地产生辐射或能实际传播信号。

在近场探测之后经常是使用天线近距离通常为1m测量EUT以确认哪种结构比如连接线电缆、PCB或电路PCB走线实际上正在产生辐射。如果测量场地位于屏蔽室或半电波暗室的外部，则可能会测量到环境噪声，即广播电台和移动电话信号。

注意，通过将天线更接近EUT放置，通常能观察到产品产生较高发射的源，从而具有更高的概率对实际的辐射源进行识别和抑制。

（2）电流探头

电流探头对连接线电缆的发射的问题排查是非常有用的。

如果电缆发射为唯一的问题，那么可能仅使用电流探头就能解决问题。

把电流探头钳在产生辐射的电缆上，就能测量出流过电缆屏蔽层外部的高频共模电流。

当使用解决办法时，通过检测电流就能知道问题是否已解决了。

电流探头的最佳放置位置时尽可能地接近被测设备；这样做是因为考虑到位移电流和电容效应。

在电缆上要慢慢地来回移动探头，以得到最大的读数。

注意：开路导线会产生非常强的辐射，尽管在被测设备近端的导线上能够测得电流，但在导线的远端并没有流动的电流。

如下图所示，通常可以采用自制的电流探头对于干扰的故障诊断是足够的，但是为了测量结果的准确和长期有效，就需要使用商用的电流探头。

使用近场探头有助于追踪谐波电流的源，而电流探头能够测量产生辐射电场的电缆上的共模电流。利用在I/O电缆上或产品的其它电缆上测得的电流就可计算产生的电场。由于使用好的商用电流探头，基于电缆的发射，就能够合情合理地预测产品是否能通过符合性的测试。因此电流探头通常为最有用的故障诊断的工具之一。其预测的方法及公式可参考《物联产品电磁兼容分析与设计》

（3）壳体的搭接测量

壳体的所有部分应进行低阻抗的连接，因此应对缝隙的搭接上产生阻抗的涂层、喷漆、油脂和污垢进行检查；

应确保螺钉拧的很紧且进行了正确安装。

当觉得污垢会影响低阻抗的连接时，可使用酒精或其他不会产生残留的清洁剂对其进行清洁。

可以使用毫欧电阻表或微欧电阻表进行测量。可使用尖的探针刺穿涂层，仅测量涂层下面的金属。也可以使用表面上放置的硬币可避免探针刺穿涂层，这样能够更可靠地提供所存在的搭接问题的信息。

(4)连接器的搭接

采用上面的电阻测量法也可以检查连接器与壳体的搭接。相同的故障诊断方法也可用于确认屏蔽电缆与壳体的搭接及其他搭接的问题。

典型问题的解决方法

通过前面分析的诊断过程可以得到，典型的解决方法有以下三种方式：

A.对于进出产品壳体的所有电路都要进行滤波。

B.当连接器穿过产品壳体时，电缆屏蔽层与产品的外壳或金属壳体应进行正确的屏蔽和搭接。

还可采用下图所示的屏蔽连接器。

C.外壳的正确屏蔽。

进入或穿出外壳的连接线滤波可进一步分为几种方式。

最常见的方式是，在外壳的穿透点确保有高质量的滤波器。

通常采用的是从信号线或电源线到外壳的电容（Y电容），且形成的环路应具有非常短的和阻抗非常低的路径。

注意:这种环路包括从滤波器到外壳的路径，比如通过某些支架、金属背板，然后返回到连接器。假如支架位于电路板的角上，连接器位于外壳的中心，那么若不在连接处或其附近增加一个支架，则想要保持这个路径较短是不可能的。

因此，在进行产品的结构设计之初就应该考虑这个连接的问题。

当安装一个固定件来验证这种解决方法时，在连接器的后侧从电路接口线到外壳之间加装电容器件是最好的。

如果电容的安装位置为理想位置，这时这个办法就能起作用。

如果实施有问题时，就需要采用下图所示的具有滤波接口的连接器或采用与壳体搭接良好的连接器件。

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