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本文主要簡(jiǎn)要講述由電纜布線造成的輻射超標(biāo)問(wèn)題分析以及相關(guān)應(yīng)對(duì)措施。

 

本案例主要涉及布線問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題在其它的案例分析中也有講述，大家也可以翻看前面的一些案例分析。

 

1、現(xiàn)象描述:

 

對(duì)某產(chǎn)品進(jìn)行輻射發(fā)射測(cè)試, 發(fā)現(xiàn)其不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

 

具體現(xiàn)象是在100~230MHz頻段內(nèi)有點(diǎn)超出ClassB限值20dB之多? 測(cè)試頻譜如下圖所示?

這是一個(gè)輻射發(fā)射的問(wèn)題，一般的輻射發(fā)射問(wèn)題，大多是從線纜上輻射出去的，所以我們首先去分析布局布線的問(wèn)題。

 

2、原因分析：

 

經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn), 該設(shè)備的直流供電電源線, 布置如下圖實(shí)線所示, 

即直流電源線從電源連接器? 電源濾波器進(jìn)入設(shè)備后, 正負(fù)電源線分為兩路, 經(jīng)過(guò)一段很長(zhǎng)的距離后再接到內(nèi)部連接器?

 

從圖中可見(jiàn), 兩根直流電源線 (-48V線與0V) 之間形成了一個(gè)較大的環(huán)路, 如上圖箭頭線所示?

 

根據(jù)電磁理論以及麥克斯韋方程, 磁場(chǎng)由電流和電場(chǎng)產(chǎn)生? 

變化的電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)（變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)）, 根據(jù)右手定律, 電流流過(guò)導(dǎo)體或環(huán)路時(shí)也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng), 如下圖所示：

 

可見(jiàn), 電流和環(huán)路是形成輻射的重要條件? 

 

在本案例中, 正? 負(fù)電源線分開(kāi)布線形成了 一個(gè)比較大的環(huán)路。

 

電源線中流動(dòng)的電源噪聲是由輻射產(chǎn)生的?

 

如果閉環(huán)較小 (遠(yuǎn)小于所關(guān)心的信號(hào)或頻率的波長(zhǎng)）則場(chǎng)強(qiáng)與閉環(huán)面積成正比? 

 

閉環(huán)越大, 天線終端觀察到的頻率越低? 對(duì)于一個(gè)特定的物理尺寸, 天線將在特定的頻率上產(chǎn)生諧振?

 

環(huán)形天線產(chǎn)生的差模輻射, 遠(yuǎn)區(qū)輻射場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度與回路面積呈線性變化關(guān)系? 

 

閉合回路的面積越大, 差模電流所產(chǎn)生的輻射就越嚴(yán)重?

 

另外, 同樣面積的閉合回路, 如果回路形狀發(fā)生變化, 不再是正方形結(jié)構(gòu), 其產(chǎn)生的輻射干擾效果一樣會(huì)隨著變化, 甚至產(chǎn)生相當(dāng)大的差異? 

 

頻率增高, 相同結(jié)構(gòu)的閉合回路產(chǎn)生的輻射干擾跟著增強(qiáng), 并且隨著頻率增高差模電流的輻射能量逐漸向環(huán)路的正面轉(zhuǎn)移?

 

更為重要的是, 隨著閉合回路由正方形逐漸變化為越來(lái)越狹長(zhǎng)的矩形, 差模電流所產(chǎn)生的輻射干擾顯著減小?

 

也就是說(shuō), 即使閉合回路的面積相同, 適當(dāng)?shù)馗淖兤湫螤? 使之越來(lái)越狹長(zhǎng), 同樣可以減小相同強(qiáng)度的差模電流的輻射干擾? 

 

閉合回路上流過(guò)的差模電流產(chǎn)生的輻射發(fā)射在各個(gè)極化方向上的分布是不同的?

 

輻射的極化分量主要集中于環(huán)路正面的兩側(cè), 而本案例中的散熱孔正好位于環(huán)路的正上方, 也就是環(huán)路輻射最強(qiáng)的方向上?

 

這也是本案例中造成的輻射超標(biāo)的原因之所在?

 

3、處理措施：

 

根據(jù)以上分析結(jié)果, 要解決此問(wèn)題, 只要將地線與電源線從散熱孔中間布線 ，如下圖中虛線所示：

 

使電源線的環(huán)路面積與原來(lái)相比大大減小, 經(jīng)過(guò)測(cè)試, 在111~165 MHz輻射發(fā)射降低近20dBμV/m, 如下圖所示：

以上處理方式說(shuō)明，改變線纜布局方式，是可以減少輻射干擾的。

 

如果還有超標(biāo)的頻點(diǎn)，還可以針對(duì)不同頻率，通過(guò)濾波、屏蔽等手段進(jìn)行優(yōu)化。

 

4、思考與啟示：

 

由以上分析過(guò)程我們可以得到以下啟示和結(jié)論：

 

1. 根據(jù)差模電流在各個(gè)極化方向上的輻射水平的不同。

 

2. 盡量使鄰近電纜環(huán)路? PCB 上的印制線或元器件在較大輻射水平的極化方向上有最小的電長(zhǎng)度。

 

這樣可以保證它們耦合到較少的電磁能量?

 

3. 在對(duì)機(jī)箱內(nèi)部的電纜進(jìn)行布線設(shè)計(jì)時(shí), 確保電纜在較大輻射水平的極化方向上的長(zhǎng)度最小, 從而使電纜耦合到的電磁能量最少?

 

4. 確定得到最小的機(jī)箱對(duì)外輻射效果的通風(fēng)窗或觀察窗的位置和結(jié)構(gòu)?

 

通風(fēng)窗或觀察窗應(yīng)盡可能安裝在輻射水平較低的位置?

 

如果通風(fēng)窗或觀察窗是由矩形孔構(gòu)成的, 還應(yīng)該考慮輻射場(chǎng)在窗口位置的各 個(gè)方向的極化水平

 

盡量使矩形孔的長(zhǎng)邊不在輻射水平最大的極化方向上, 以便使從機(jī)箱輻射出去的電磁能量最少?