EMC測(cè)試實(shí)質(zhì)之輻射抗擾度測(cè)試

Part 1

產(chǎn)生輻射干擾的原理

以PCB舉例，在 PCB 中, 信號(hào)從源端發(fā)出, 經(jīng)過傳輸介質(zhì)將信號(hào)傳輸?shù)截?fù)載端, 最后又從負(fù)載端將信號(hào)傳回至源端, 從而形成了信號(hào)電流的一個(gè)封閉的環(huán)路。

可以這么說，任何一個(gè)信號(hào)的傳輸都會(huì)形成一個(gè)環(huán)路，只是環(huán)路的面積有大有小而已。

當(dāng)外界變化的電磁場(chǎng)穿過這些信號(hào)環(huán)路時(shí), 就會(huì)在這個(gè)環(huán)路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而在環(huán)路中感應(yīng)出電流。而這些電動(dòng)勢(shì)和電流通常是對(duì)正常信號(hào)有害的，從而形成了輻射干擾。

這就是輻射干擾的實(shí)質(zhì)，而與之對(duì)應(yīng)的測(cè)試的實(shí)質(zhì)，即是對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或者感應(yīng)電流的測(cè)試。

而我們的要做的事，就是盡量減少這種干擾的產(chǎn)生。

例如，一對(duì)差分信號(hào)，兩個(gè)導(dǎo)線之間形成環(huán)路，所以，為了減少干擾，我們就要減少環(huán)路面積，這就是在PCB設(shè)計(jì)中，對(duì)差分信號(hào)的間距和長(zhǎng)度有一定要求的原因之一。

Part 2

輻射干擾大小的計(jì)算

如下圖所示為環(huán)路產(chǎn)生感應(yīng)電壓的示意圖：

由于

所以

式中，

• U為感應(yīng)電壓 (V)，
• H 為磁場(chǎng)強(qiáng)度 (A/m )
• B 為磁感應(yīng)強(qiáng)度 (T)
• μ0 為自由空間磁導(dǎo)率
• μ0 = 4π·10^-7^ (H/m)^ ^
• S 為回路面積 (m^2^ )?

當(dāng)穿過環(huán)路為平面波時(shí), 在環(huán)路中也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì), 可以通過下面的公式來(lái)估算:

U≈S x E x f /48

式中，f 為電場(chǎng)的頻率 (MHz)，S為回路面積，E為電場(chǎng)強(qiáng)度。

一個(gè)20cm^2^ 的環(huán)路存在于PCB中，當(dāng)用30V/m的電磁場(chǎng)對(duì)該P(yáng)CB進(jìn)行輻射抗擾度測(cè)試時(shí), 我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，在150MHz 這個(gè)頻點(diǎn)上, 該環(huán)路所感應(yīng)到的電壓為；

U≈SEf/48=0.002030150/48 ≈200mV

這個(gè)就是我們?cè)谶M(jìn)行輻射抗擾度測(cè)試時(shí)，產(chǎn)品受到干擾的原因之一。

這個(gè)輻射干擾電壓看起來(lái)不算太高，可能會(huì)干擾到有用信號(hào)，也可能不會(huì)對(duì)干擾信號(hào)造成嚴(yán)重的影響。

Part 3

另一種輻射干擾模式的計(jì)算：

上面介紹的是環(huán)路產(chǎn)生的輻射干擾，另一種干擾模式就是EUT設(shè)備中的線纜或者其它等效導(dǎo)體所產(chǎn)生的天線效應(yīng)（單極天線或者對(duì)稱偶極子天線）

輻射發(fā)射的原理

和輻射發(fā)射相反，這些等效天線在輻射抗擾度的測(cè)試環(huán)境中，可以感應(yīng)出電流和電壓，而這種電流電壓屬于共模。

假設(shè)，將EUT放置在自由空間中，其線纜長(zhǎng)度為L(zhǎng)，自由空間的電場(chǎng)強(qiáng)度為 E0 ，其產(chǎn)生的共模電流可以通過下面的計(jì)算公式得出：

• 當(dāng)L≤λ /4時(shí)，

• 當(dāng)L≤λ /2時(shí)，

式中，

• I 為感應(yīng)電流 (mA)
• E0為自由空間的電場(chǎng)強(qiáng)度 (V/m)
• F 為頻率 (MHz)
• L 為等效為偶極子天線的電纜長(zhǎng)度 (或等效為單極天線的兩倍長(zhǎng)度)
• λ 為波長(zhǎng) (m)?

如下圖所示，

與輻射發(fā)射類似，當(dāng) EUT 設(shè)備中的線纜放置在離參考接地平面h的高度時(shí)。

被參考接地平面衰減之后等效的電場(chǎng)強(qiáng)度有如下規(guī)律：

當(dāng) h≤λ /10 時(shí),

E(h)≈E0 × 10*×h/λ*

當(dāng) h≤λ /10 時(shí),

0≤E(h)≤2E0

這也就意味著，我們?cè)谠O(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，要盡量讓信號(hào)線或者線纜靠近機(jī)柜外殼或參考地, 這樣才能使其所受到的輻射影響變小?

PCB中也一樣，盡量讓信號(hào)線靠近參考地平面，才能減少信號(hào)的輻射。

電纜上感應(yīng)到的這種共模干擾電流將會(huì)沿著電纜及電纜所在的端口傳導(dǎo)到產(chǎn)品中去, 進(jìn)而影響產(chǎn)品的正常運(yùn)行。

明白了輻射干擾的實(shí)質(zhì)，我們也就能很快找到減少這種干擾的方法。屏蔽和良好的接地是不錯(cuò)的改善方式。