電磁兼容性輻射發射及相關整改對策分析

劉心 趙荻 余元駿

摘要：首先簡單介紹了輻射發射的成因，并列舉了常見的發射源及發射的媒介，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射的常見材料和方法。

關鍵詞：輻射發射;發射源;整改材料和方法

0? ? 引言

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

1? ? 設備的等效環天線[3]

對于環天線，在遠場時有：

E=2.6IAf 2/D

式中：I為電路的電流強度（A）;A為環路面積（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路面積是關鍵，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）盡量在設計初期就避免單線不平衡傳輸[4]的設計。

2? ? 設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，相關要點如下：

（1）濾波器的工作頻率應覆蓋需要抑制的發射頻率，且濾波器的衰減值應能滿足相應產品標準的要求。

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

3? ? 散熱開孔

設備上的散熱孔也是電磁輻射的重要來源，對此應做到以下幾點：

（1）減小孔徑。當孔縫尺寸大于λ/2時，電磁波便能無衰減通過;當小于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。當距離小于孔縫尺寸時，屏蔽效能降低，輻射量增強。

（3）減少孔縫數量。

（4）增大孔縫間距。

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

由波導理論[6]可知任一波導管均存在截止頻率，當信號頻率高于該頻率時，信號可通過該波導管;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管的截止頻率：

矩形波導管：

圓形波導管：

式中：fc為截止頻率（Hz）;l為開口最大尺寸（cm）;d為直徑（cm）。

波導管產生的衰減（dB）：

式中：f為所關心的信號的頻率;fc為截止頻率;t為波導管長度。

若所關心的頻率遠低于截止頻率，則公式簡化為：

代入前面矩形和圓形波導管的截止頻率公式，得到以下損耗公式：

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

4? ? 顯示屏

除上述幾種情況外，設備外殼上的顯示屏也是主要騷擾源之一。

圖6為目前醫院放射科常見的自助膠片打印機，其輻射發射測試結果如圖7所示。

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

需要注意的是，導電聚酯膜一般使用導電膠進行粘合。在涂抹導電膠時，應均勻涂抹，以保障導電膠凝固后其電阻的均勻性。另外，還應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電聚酯膜后的測試結果。

5? ? 結語

由以上分析可知，在進行輻射發射整改時，首先要確定設備等效的天線類型，根據不同的類型采取有針對性的措施。之后對設備或騷擾源進行屏蔽處理時應結合使用濾波器。在對散熱孔/洞進行處理時，建議采用波導管，因為該方案能較好地兼顧設備的散熱和對騷擾源的屏蔽要求。最后，在對顯示屏進行處理時，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]

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

[2] 謝處方，饒克謹.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：電子工業出版社，2007.

[4] 梁振光.電磁兼容原理、技術及應用[M].北京：機械工業出版社，2007.

[5] RABAEY J M，CHANDRAKASAN A，NIKOLIC B.數字集成電路：電路、系統與設計[M].2版.周潤德，譯.北京：電子工業出版社，2017.

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

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

收稿日期：2020-05-25

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