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      電磁兼容性輻射發(fā)射及相關(guān)整改對策分析

      2020-10-21 03:57:24劉心趙荻余元駿
      機電信息 2020年21期

      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。

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