電磁兼容性輻射發(fā)射及相關(guān)整改對策分析

劉心 趙荻 余元駿

摘要：首先簡單介紹了輻射發(fā)射的成因，并列舉了常見的發(fā)射源及發(fā)射的媒介，然后探討了常見的影響輻射大小的因素，最后闡述了用于整改輻射發(fā)射的常見材料和方法。

關(guān)鍵詞：輻射發(fā)射;發(fā)射源;整改材料和方法

0? ? 引言

隨著智能設(shè)備的普及，設(shè)備內(nèi)的各種計算處理芯片和晶振在數(shù)量和工作頻率上都大大增加[1]，與之相對的是數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)傳輸量也隨之增多，而這都是高頻信號的重要來源。當(dāng)能量足夠大且滿足了一定的耦合條件后，就會以電磁波[2]形式由源發(fā)射到空間。因此，只要減小發(fā)射源向外輻射的量或者切斷發(fā)射路徑，即可達(dá)到減少輻射發(fā)射的目的。本文分別對以下幾種情況進(jìn)行探討。

1? ? 設(shè)備的等效環(huán)天線[3]

對于環(huán)天線，在遠(yuǎn)場時有：

E=2.6IAf 2/D

式中：I為電路的電流強度（A）;A為環(huán)路面積（cm2）;f為電流頻率（MHz）;D為天線到電路的距離（m）。

由上述公式可知減小環(huán)路面積是關(guān)鍵，故需做到以下幾點：

（1）減小信號線和回路線的距離。只有二者的距離減小，才能有效減小環(huán)路面積。

（2）盡量使用雙絞線作為信號線，但僅適用于信號頻率較低的情況。

（3）盡量在設(shè)計初期就避免單線不平衡傳輸[4]的設(shè)計。

2? ? 設(shè)備的等效不對稱振子電場天線[3]

此時，電場天線的一部分是外部連接線，而天線的另一部分是PCB中的地線、金屬機箱等（圖1）。

需通過加裝濾波器[5]來解決問題，相關(guān)要點如下：

（1）濾波器的工作頻率應(yīng)覆蓋需要抑制的發(fā)射頻率，且濾波器的衰減值應(yīng)能滿足相應(yīng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（2）濾波器的安裝位置應(yīng)恰當(dāng)，一般需盡量靠近設(shè)備的線纜出口，且應(yīng)與設(shè)備的金屬外殼緊密貼合（圖2）。

3? ? 散熱開孔

設(shè)備上的散熱孔也是電磁輻射的重要來源，對此應(yīng)做到以下幾點：

（1）減小孔徑。當(dāng)孔縫尺寸大于λ/2時，電磁波便能無衰減通過;當(dāng)小于λ/20時，電磁波可衰減到要求的限值。

（2）輻射強度與騷擾源距離有關(guān)。當(dāng)距離小于孔縫尺寸時，屏蔽效能降低，輻射量增強。

（3）減少孔縫數(shù)量。

（4）增大孔縫間距。

由于散熱需要（特別是大型設(shè)備）而不能讓設(shè)備上的孔洞完全滿足上述要求時，可考慮加裝金屬波導(dǎo)管（圖3）。

由波導(dǎo)理論[6]可知任一波導(dǎo)管均存在截止頻率，當(dāng)信號頻率高于該頻率時，信號可通過該波導(dǎo)管;若信號頻率低于該頻率，信號將被截止或衰減。

以下為兩種常見波導(dǎo)管的截止頻率：

矩形波導(dǎo)管：

圓形波導(dǎo)管：

式中：fc為截止頻率（Hz）;l為開口最大尺寸（cm）;d為直徑（cm）。

波導(dǎo)管產(chǎn)生的衰減（dB）：

式中：f為所關(guān)心的信號的頻率;fc為截止頻率;t為波導(dǎo)管長度。

若所關(guān)心的頻率遠(yuǎn)低于截止頻率，則公式簡化為：

代入前面矩形和圓形波導(dǎo)管的截止頻率公式，得到以下?lián)p耗公式：

某大型產(chǎn)品的終測結(jié)果如圖4所示。通過上述公式計算并安裝了適合的波導(dǎo)管后，最終測量結(jié)果如圖5所示。

4? ? 顯示屏

除上述幾種情況外，設(shè)備外殼上的顯示屏也是主要騷擾源之一。

圖6為目前醫(yī)院放射科常見的自助膠片打印機，其輻射發(fā)射測試結(jié)果如圖7所示。

針對這種情況，可在顯示屏的外部貼合一層透光導(dǎo)電聚酯膜，其填充物一般為銅、銀等導(dǎo)電金屬（圖8）。該薄膜在使用后能對電場信號進(jìn)行有效屏蔽。

需要注意的是，導(dǎo)電聚酯膜一般使用導(dǎo)電膠進(jìn)行粘合。在涂抹導(dǎo)電膠時，應(yīng)均勻涂抹，以保障導(dǎo)電膠凝固后其電阻的均勻性。另外，還應(yīng)保證貼合部位對地電阻盡量低于0.5 Ω[7]。

圖9為在顯示屏表面粘合了透光導(dǎo)電聚酯膜后的測試結(jié)果。

5? ? 結(jié)語

由以上分析可知，在進(jìn)行輻射發(fā)射整改時，首先要確定設(shè)備等效的天線類型，根據(jù)不同的類型采取有針對性的措施。之后對設(shè)備或騷擾源進(jìn)行屏蔽處理時應(yīng)結(jié)合使用濾波器。在對散熱孔/洞進(jìn)行處理時，建議采用波導(dǎo)管，因為該方案能較好地兼顧設(shè)備的散熱和對騷擾源的屏蔽要求。最后，在對顯示屏進(jìn)行處理時，整體思路建議以屏蔽為主，這樣能較為簡單地解決測試值超限問題。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 馬海武，王麗黎，趙仙紅.電磁場理論[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2004.

[2] 謝處方，饒克謹(jǐn).電磁場與電磁波[M].4版.北京：高等教育出版社，2006.

[3] 約翰·克勞斯.天線[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[4] 梁振光.電磁兼容原理、技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

[5] RABAEY J M，CHANDRAKASAN A，NIKOLIC B.數(shù)字集成電路：電路、系統(tǒng)與設(shè)計[M].2版.周潤德，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2017.

[6] 黃志洵.截止波導(dǎo)理論導(dǎo)論[M].2版.北京：中國計量出版社，1991.

[7] MORRISON R.接地與屏蔽技術(shù)：電路與干擾（原書第5版）[M].李獻(xiàn)，王艷玲，譯.北京：清華大學(xué)出版社，2016.

收稿日期：2020-05-25

作者簡介：劉心（1980—），男，重慶人，工程師，從事有源醫(yī)療器械電磁兼容性檢驗工作。