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杜佐兵
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產品輻射發射的故障診斷與整改技術(一)
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產品輻射發射的故障診斷與整改技術(一)

當在測試中進行試驗時,最大的風險極可能是輻射發射。目前的電子產品中都普遍使用了高速數字電路和開關電源電路,所以對于時鐘頻率的諧波及開關電源與其他具有快速上升沿的器件,都很容易輻射電磁場。

通常的情況下,測試不合格的原因是因為連接線電纜的輻射或殼體上的縫隙或孔縫產生的泄漏。

1)輻射發射的問題檢查與診斷

輻射發射由頻率很高的能量產生,而這種能量可由非常小的電流或電壓形成。寄生能量和交叉耦合噪聲是常見的問題。任何金屬物體及電路中的長尺寸導體都會成為天線,尤其是連接線電纜。因此考慮以下方面:

(1)200MHz以下的輻射能量很可能是電纜為輻射源的。在較低頻率時,由于波長較長,因此導線或電纜能成為很好的天線。

(2)200MHz以上的輻射能量可能是由殼體產生的。頻率越高,輻射能量的更可能是設備的殼體,或者當設備沒有殼體或為開放式的框架時輻射能量最可能的是產品中的電路板。

(3)確保所有屏蔽電纜在其兩端實現了低阻抗的搭接。確保屏蔽層與殼體或連接器直接端接接觸。除非絕對需要,否則避免使用軟辮線進行搭接。

(4)如果使用軟辮線對屏蔽電纜進行搭接,那么應確保其盡可能的短連接。

(5)確保殼體的金屬片之間實現極好的接觸。接觸電阻為10mΩ或更小。接觸的地方應沒有能夠產生電阻的油漆或其他涂層、油脂、污垢、腐蝕或氧化。

(6)確認離開產品及設備的每條線纜都進行了濾波,且濾波器應安裝在鄰近線纜進出設備的位置。有關濾波器的設計可參考《物聯產品電磁兼容分析與設計》。

(7)如果進行商業的測試比如FCC、CE、3C,測試數據在80MHz以下存在垂直極化的發射問題,那么應該嘗試提高電源線的位置使其不與接地平面相接觸。這將減小從產品到天線通過接地平面的耦合路徑。反之,應嘗試增加電源線與接地平面的接觸,以確認發射是否增加。

(8)如果有與產品相連的輔助設備,應確認他們不是噪聲源。如果可能的話,關掉輔助設備的電源。如果不能關掉輔助設備的電源,那么可以關掉受試設備的電源,僅留下輔助設備的工作。如果發射信號仍然存在,那么騷擾源可能為輔助設備而不是受試設備。

 

2)測試不通過的典型原因

大多數產品沒能通過輻射發射測試的原因是連接線纜的輻射或殼體的泄漏。

連接線線纜輻射:I/O電纜或電源電纜,由于其屏蔽層與機架或殼體搭接不好或缺少足夠的濾波或簡單地穿過屏蔽殼體,所以通常會輻射高頻諧波。

通常情況下,200MHz以下不合格的原因為電纜輻射。較低頻率的發射通常都是由電纜產生的,他們的物理長度使得其能成為好的天線,天線越大,他們的發射更為有效。電纜通常為設備的最長部分,從而為最低頻的發射源。其連接線的輻射發射可參考《物聯產品電磁兼容分析與設計》的連接線電纜的設計。

金屬機殼:較高頻率通常大于200MHz的發射普遍上來自于設備的金屬外殼。在較高頻率,I/O電纜通常為感性,因此對于射頻電流來說,其阻抗要比機殼的大;基于這個原因,機殼上的射頻電流通常會產生輻射。這種情況的一個例外是受試設備為大型設備。一臺較高的金屬箱體,當其位于接地平面上時,在大約30~50MHz可能存在1/4波長的諧振。

一種常見的輻射源為機殼上的縫隙。設備內的電路板能在機殼的內表面上產生電流。這些高頻電流可從縫隙或間隙泄露出去,然后在設備機殼或殼體外部附近流動。因此,整個殼體成了發射天線。

一種例外情況是:當電流被耦合到機殼上的點非常接近發射源時,他們中的大多數電流能夠返回到發射源。這就是為什么在電路板上或電路板的參考返回平面上使用旁路電容(電容的高頻通路)是非常好的。原因就是他們能與機殼實現很好的搭接。

然而,當高頻電流在設備的殼體內部流動,當他們到達縫隙時,肯定能夠很容易地流過這個接縫點。幾mΩ的阻抗將在縫隙上產生電壓,從而產生輻射強的電場。注意:水平縫隙從其頂部到底部將具有電壓梯度或矢量,能產生垂直極化的電場;垂直的縫隙主要產生水平極化的電場。一種好的判斷方法是:電場的主要極化-假設使用的是電場天線,然后確定這種電場是否是由搭接不好的縫隙產生。

RE在大多數情況下都是不能通過測試的:

簡易的測試方法(預測階段,不需要在電磁兼容測試實驗室完成)

理論基礎:任意一條載有共模電流的電纜都比機箱本身更容易輻射電磁能量。

測量替代法:

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