产品中的辐射发射问题及策略

辐射发射源的的分析和判别

在产品中通常连接线电缆和结构是产品辐射发射中最主要的问题点。一旦发现产品的布线及结构;比如连接线电缆、缝隙或其他孔缝已成为辐射天线,那么就需要打开产品,尽力确定驱动外部电缆或缝隙产生辐射的发射源和可能的耦合机理。这是最难的工作。

但通常情况下,发射源会追溯到特定的电路板或一组电路板上。对于此问题,在发射电缆的内部,在噪声源端增加铁氧体扼流圈是肯定会有用的。同时,寻找到与其他电缆捆在一起的且相互耦合的噪声连接线电缆。

比如,尝试着将噪声电缆重新布置到其它地方。通常情况下,把噪声电缆沿着金属外壳进行布置可减小电缆产生的场强。最坏的情况下,可能需要使用附加的滤波方法对产品的有噪部分进行重新设计。

为了识别出内部电缆是否是辐射源,可考虑使用射频电流探头。把电流探头钳在电缆上,有助于对所怀疑的电缆上的发射源,甚至单根导线上的发射源进行定位。这时虽然测得的发射值将与测量整个产品得到的发射值不同,且测量曲线也可能与测量整个产品得到的测量曲线不相同,但这是一个极好的可能解决问题的方法和手段。

此时测得的辐射源可能仅是两个或多个辐射源中的一个。

因此,如果整个产品中的测量曲线中有两个凸起的峰,但测量一根电缆时仅测量到一个,那么就需要再继续寻找另外一条辐射电缆或其他的辐射源。

电源线的发射

如果发射怀疑是由电源线产生的,那么可以使用线路阻抗稳定网络测量100MHz以下的传导发射进行EMI故障确认。

使用LISN测量传导发射,然后与在实验室测量的辐射发射结果进行比较。如果发现两条曲线具有相似性,那么电源线是产生辐射发射问题的发射源之一,但不是全部。再返回到实验室进行测量,就会发现传导发射的减小有助于改善辐射发射。

注意:应记住的是发射源可能有多个,电源线仅是他们当中的一个。一般不要觉得单独使用这个办法就能解决问题。

滤波器

随着频率的增加,滤波器周围的耦合噪声也可能随之增加。这就是为什么滤波器的安装位置非常重要的原因。它的安装位置必须非常接近产品中的连接器或连接线电缆的进出点。滤波器安装位置不当或远离连接器,都会使大量的能量潜在地与已滤波的线缆相耦合。如果这些有噪声的线缆没有经过滤波就离开外壳,那么他们就能够产生辐射发射。有关滤波器的设计参考《物联产品电磁兼容分析与设计》。

注意:如果设备的外壳为非导电塑料或为开方式机架产品,那么极好的滤波及电路布局布线则是非常重要的。由电路产生的所有电流必须控制到本地并且能很好的信号返回其源端。

电容器件

用于对辐射发射进行滤波的所有电容器都应为陶瓷电容器或其他高频类型的电容器。电解电容器和钽电容器在辐射发射的频率范围内没有足够的工作带宽,因此只能当储能使用。高频的Y电容是常用的滤波器件。

铁氧体扼流圈

钳在电缆上的铁氧体被称为线缆磁环/珠。如果他们起作用,就可以考虑使用,他们可能是恰当的解决方法。使用的铁氧体应用较小的磁导率ui且在较高频率时通常也能起作用。同内径较大的铁氧体相比,内径较小的铁氧体能较好地耦合磁场且具有较高的阻抗,因此需要使用适合于导线内径最小的铁氧体。同时,也要规定铁氧体的阻抗,其在所关注的频率范围内能产生足够的损耗,这也是非常重要的。

对于大多数的辐射发射问题,铁氧体的磁导率通常要小于1000才能有效。在实际应用时,新开发的材料其磁导率则要比1000大。此外还要注意的是:和夹式铁氧体相比,实体的铁氧体磁环能够提供较好的抑制效果。这是因为夹式铁氧体具有固有的间隙,虽然为磁场建立了阻抗,但其减小了有效阻抗。实体的铁氧体磁环则不会存在此问题。

屏蔽层

屏蔽层可能为连接线电缆、外壳或者这两者之间提供连接。对于电缆重要的是要确保屏蔽层使用对称的端接搭接到连接器上。至少在屏蔽层的每一侧使用一条短的软辫线与连接器进行搭接。

注意:3600搭接是最理想的。

许多电缆设计时使用单条软辫线,这样的软辫线在高频时为感性的,因此会产生高阻抗。

如下图所示,给出了问题的端接方式。这条软辫线中会流过大的电流,从而产生磁场,这种磁场又会与连接器所连接的导线相耦合。它也会耦合产生沿着电缆屏蔽层的外部流动的共模电流,使得电缆产生辐射。

图 屏蔽层使用单条软辫线的非对称端接

注意:由于传导耦合或辐射耦合,屏蔽层上会流过大电流,因此在产品的外壳上也会流过电流,其将产生磁场,这种磁场会与连接器附近的裸露导线产生耦合。

如下图所示,使用分开的端接,采用减少每一条软辫线中的电流,但此电流也会产生磁场。

图 屏蔽层采用对称端接的软辫线

注意:如果在测试整改中,还不能确定这种方法是否有效。可以尝试使用铝箔包裹屏蔽层的末端、软辫线和连接器。这将为所有导线建立一个完整的壳体,并且使用非常低阻抗的连接把屏蔽层搭接到外壳上。

对于复杂的电路板控制系统,产品的可靠性方面设计及应用是与系统的结构设计存在很大关联性,设计应用需要根据产品的功能方案原理图,PCB设计,金属结构这三个要素进行风险评估的。

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