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本文我們主要舉例分析懸空金屬對(duì)輻射發(fā)射的影響并提出應(yīng)對(duì)措施。

 

1、現(xiàn)象描述

 

某產(chǎn)品有若干百兆以太網(wǎng)接口，同時(shí)有兩個(gè)光接口（LC接口，如下圖所示）的千兆擴(kuò)展口，并且外殼采用屏蔽處理。

在進(jìn)行輻射測(cè)試時(shí)，有幾個(gè)頻點(diǎn)（625 MHz? 687.5 MHz? 812.5 MHz? 875 MHz）超標(biāo)，不能滿足CLASS B限值要求，其測(cè)試得到的頻譜圖如下：

具體是什么原因造成的呢，我們下面慢慢道來(lái)，在調(diào)查輻射發(fā)射的問(wèn)題時(shí)，頻譜儀和近場(chǎng)探頭常常用來(lái)輔助定位分析。

 

2、原因分析

 

產(chǎn)品的輻射發(fā)射問(wèn)題，我們一般可以從以下三個(gè)方面來(lái)分析：

 

電源線（一般輻射頻率小于230MHz）

 

 信號(hào)線纜（輻射頻率和信號(hào)頻率有關(guān)）

 

結(jié)構(gòu)屏蔽泄漏 （輻射頻率與縫隙或者開(kāi)孔尺寸有關(guān)）

 

根據(jù)幾個(gè)方面輻射的頻率特點(diǎn)以及本次輻射發(fā)射超標(biāo)的頻率來(lái)分析，重點(diǎn)懷疑線纜和結(jié)構(gòu)屏蔽泄露。

 

首先，我們從信號(hào)線纜來(lái)確認(rèn)：

 

當(dāng)我們把所有的百兆以太網(wǎng)拔去后進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)超標(biāo)頻點(diǎn)只是稍微降了一點(diǎn)。

 

由此排除了信號(hào)線纜的因素。

 

接著用近場(chǎng)探頭對(duì)設(shè)備進(jìn)行頻點(diǎn)定位分析， 發(fā)現(xiàn)超標(biāo)的頻點(diǎn)來(lái)自于擴(kuò)展槽扣板兩邊?？郯逭鎸?shí)物圖如下：

 

 于是懷疑扣板面板與機(jī)柜的屏蔽沒(méi)有做好。打開(kāi)面板察看， 發(fā)現(xiàn)扣板面板上下各有一條簧片（參考下圖）。 

簧片與機(jī)框結(jié)構(gòu)接觸良好，形成良好的屏蔽， 只是兩旁沒(méi)有簧片， 但是由于有螺釘固定，縫隙的長(zhǎng)度也沒(méi)有超過(guò)1.5cm，扣板簧片示意圖如下所示：

 

 

所以懷疑是兩側(cè)縫隙造成的，將縫隙用導(dǎo)電銅箔封住，用近場(chǎng)探頭測(cè)試， 發(fā)現(xiàn)果然扣板面板兩邊的輻射消失了。

 

本以為找到了問(wèn)題的根源，結(jié)果再將產(chǎn)品送進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)超標(biāo)頻點(diǎn)依然存在， 且幅度也幾乎沒(méi)有下降（這時(shí)設(shè)備上的電纜去掉了網(wǎng)線，只剩光纖與電源線）。

 

通過(guò)上面測(cè)試驗(yàn)證，證明了扣板兩側(cè)的縫隙并不是輻射泄露的真正原因。

 

為了頻點(diǎn)定位更精準(zhǔn)，用環(huán)路面積更小的近場(chǎng)探頭進(jìn)行定位分析，發(fā)現(xiàn)，光纖出口處的輻射較大。

 

經(jīng)過(guò)觀察，光纖的拉手條出口的小孔也不過(guò)1cm x 1cm，出口周邊還有屏蔽殼，光纖采用LC接頭，如下圖所示：

 

LC光纖和光模塊面板接口圖

下圖為光纖實(shí)物圖

 

根據(jù)我們常規(guī)的思路，光纖出口小，且傳輸?shù)氖枪庑盘?hào)，應(yīng)該不會(huì)是輻射源才對(duì)，那為什么會(huì)在此測(cè)到輻射呢？

 

經(jīng)過(guò)仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)光纖接口里面有一根金屬加強(qiáng)筋，約3cm左右，處于懸空狀態(tài)，而光纖接口的TX發(fā)射端也是金屬的。

 

雖然光纖接入時(shí)兩個(gè)金屬之間沒(méi)有直接接觸，但由于兩個(gè)金屬距離較近，相當(dāng)于電容的兩個(gè)金屬極板，形成電容效應(yīng)。

 

這樣就會(huì)有高頻噪聲通過(guò)容性耦合的方式耦合到光纖的加強(qiáng)筋上， 而加強(qiáng)筋等效為一根單極天線。 

 

單極天線在共模噪聲電壓的驅(qū)動(dòng)下形成了輻射。其等效共模輻射原理如下圖所示：

 

圖中：

 

TX為噪聲源

 

CA為噪聲源與金屬加強(qiáng)筋之間的寄生電容

 

CB為工作地與金屬加強(qiáng)筋之間的寄生電容

 

將光纖拔掉，輻射消失，所以證明了輻射超標(biāo)來(lái)源于光纖，顛覆了我們之前的認(rèn)知。

 

3、處理措施

 

由分析可以看出，某些輻射頻點(diǎn)超標(biāo)是由于懸空金屬引起的，所以可以采取以下措施：

 

取消金屬加強(qiáng)筋

 

將金屬加強(qiáng)筋與結(jié)構(gòu)件金屬部分良好搭接，即旁路UDM

 

由于光纖產(chǎn)品已經(jīng)固化，取消加強(qiáng)筋的措施明顯不可取。因此采取金屬搭接的方案。

 

修改后重新測(cè)試，測(cè)試通過(guò)：

 

4、思考和啟示

 

經(jīng)過(guò)上面的分析，我們都可以得到下面的結(jié)論：

 

近場(chǎng)輻射大，不一定遠(yuǎn)場(chǎng)輻射也大，這和輻射天線的效率及路徑有關(guān)，例如本次在面板兩邊接縫處測(cè)得輻射，遠(yuǎn)場(chǎng)處則沒(méi)有。

 

盡量避免懸空金屬存在，如果有，必須良好就近接地。

 

特別是大面積的金屬（散熱片、金屬屏蔽罩、金屬支架、PCB上沒(méi)被利用的金屬面等）分布電容大，最容易產(chǎn)生電場(chǎng)耦合。任何金屬構(gòu)件如果存在電位差，就可能產(chǎn)生共模輻射，所以必須將它們良好地就近接地。

 

懸空的螺釘以及其它類似的懸空金屬也是重點(diǎn)懷疑的對(duì)象。

 

一個(gè)產(chǎn)品的輻射來(lái)源來(lái)自于一個(gè)機(jī)殼的緊固螺釘懸空，并伸出到了屏蔽殼外，從而造成了輻射發(fā)射超標(biāo)。

處理的措施為將螺釘改為塑料螺釘或者將金屬螺柱內(nèi)縮至屏蔽體以內(nèi)，如下所示：

另外，PCB芯片上有些不用的門電路引腳，這些引腳相當(dāng)于一個(gè)個(gè)小天線，也可以接收或發(fā)射干擾，因此應(yīng)該把它們就近接回流地或電源。

 

另外這些懸空的引腳容易受到干擾，特別是CMOS邏輯電路，絕對(duì)不允許懸空，否則會(huì)造成邏輯錯(cuò)誤?？梢愿鶕?jù)實(shí)際應(yīng)用接地或者電源。

 

還可以通過(guò)改變懸空金屬和噪聲源的距離，減少寄生電容CA的大小，來(lái)減少輻射發(fā)射的幅值。