某加固网络交换机电磁辐射超标的分析与改进

鲁希团，刘少华，臧频阳

(西安爱生技术集团公司 指挥控制室，陕西 西安 710065)

电子产品的电磁兼容测试越来越引起业界关注，目前电磁兼容测试项目有数10 项，其中RE102 是衡量设备对外界环境产生干扰或辐射程度的重要指标，其不仅影响到其他设备和系统的正常工作，同时也影响设备自身工作的稳定性和安全性。RE102 是电磁兼容测试项目中较难通过的一项，尤其对于军用设备，直接影响设备的鉴定、定型或交付。在军用地面环境试验方法中，加固网络交换机按照文献［1］进行，其中包含RE102 测试项。由于在初期研制阶段考虑不完善，加固网络交换机在鉴定试验出现了RE102 超标现象，对设备进行分析与改进后，顺利通过RE102。

1 设备总体描述

该产品主要由交换机主板、电源、开关、滤波器和指示灯板组成，机箱为19 英寸标准结构，内部通过螺钉固定相关部件，箱体材料为铝合金，设备结构与原理如图1 和图2 所示。

图1 加固网络交换机结构图

图2 加固交换机组成原理图

设备通电后，AC220V 通过滤波器输入至电源模块，转换为5 VDC 向主板供电，主板连接前面板指示灯板及后面板的16 个网络接口，网络接口连接计算机或网络设备，实现设备间的通信。设备启动2 min，进入正常工作状态，通过前面板指示灯能够监视相应网口的工作状态，如连接或数据传输。

2 试验现象及整改

REl02 为主要检测被测设备对外部设备的电磁干扰，文献［1］中要求，加固网络交换机测试频率为2 ～1 GHz，在水平极化与垂直极化两个方向进行扫描，接收机收到的测试电平如图3 和图4 所示。

图3 2 MHz ～1 GHz 频程段垂直极化辐射发射电平

图4 30 MHz ～1 GHz 频程段水平极化辐射发射电平

图3 中的直线为极限标准，可看出，RE102 的测试曲线中发生了电磁干扰超标，超标频段主要集中在50 ～200 MHz 之间，属于高频阶段，大部分为个别频点上超标。

2.1 原因分析

高频部分电磁辐射，一般情况下的超标是由泄露、传导、干扰等原因导致的。根据此设备内外部结构形式，从机箱屏蔽完整性，电缆、电源，接地等方面进行分析。

(1)首先，关注各频段内的辐射发射形式:密集频谱辐射还是单频点辐射。密集频谱表示该频段内的干扰信号能量大而集中，测试曲线明显向上拱起，一般长尺寸较大的孔缝易形成此类辐射，而单频点辐射最常见的是由狭小的孔或缝泄漏引起，易发生在高频某个频点处［2］。在图3 和图4 中，以单频点形式出现的辐射超标分布在几十MHz 与几百MHz 处，很少有密集型超标现象，根据以上分析，辐射超标狭小的孔或缝泄漏引起。机箱前面板处有16 个安装指示灯φ4 mm 的圆孔，在机箱侧面有4 个M4 的导轨安装孔，从设备位置布设来看，这些孔与接收机天线接近，且部分孔正对接收机天线。因此，这些孔将成为电磁辐射超标一个原因。

(2)在30 ～200 MHz 频率范围内，设备机箱内电缆是导致电磁信号泄漏的主要因素［3］。对于屏蔽效果差的电缆，容易受到外部环境电磁信号干扰，在电缆内形成干扰电流，这类干扰电流与电缆内信号电流借用电缆自身作为天线以电磁波方式辐射出去，导致RE102 测试项检测超标。机箱内的6 类网络电缆传输是100 MHz 高频的数字信号，虽带有屏蔽网线，但屏蔽网线在RJ45 水晶头端没有接地，如图5 所示。屏蔽网线没有起到作用，机箱后部网络电缆捆扎密集处会发射的较强电磁骚扰，如图6 所示。

图5 水晶头电缆连接

图6 机箱内部图

(3)设备内AC/DC 开关电源为一个较大的电磁辐射源，在机箱内的电源外部安装着钣金结构薄铝板外罩，加工精度差，接缝处存在较大缝隙(5 mm)，且金属外罩壳正上方有24 个φ4 mm 散热孔，如图5 所示。频率较高时(f ＞10 MHz)，电磁辐射的强度主要取决于孔缝的泄漏。将这些孔缝用厚度为0.05 mm 铜箔胶带密封，单独向电源供电，测试前后结果如表1所示。

表1 测试前后结果比较

如表1 所示，在以上6 个频点上，密封孔缝后，电磁辐射强度有明显衰减。

(4)设备内部主板安装在机箱内部10 个铝合金支柱上，用数字万用表测量，金属支柱为非导电阳极化处理。设计时，参照民用网络交换机做法，将主板、支柱与螺钉之间通过绝缘垫片连接，主板上只有两个安装孔与铝合金支柱导通，存在一定电阻。这种类似于单点接地的方式，在低频阶段工作较好，但在高频阶段，并不理想。尤其当地线长度接近波长的1/4 时，整个电路与地完全断开，没有达到趋肤效应的目的，在电路周围产生电场与磁场，影响设备电路与外部电磁环境，在数字电路与高频电路中通常使用多点接地。因此，接地方式不当也会影响设备对外部环境辐射［4－6］。

2.2 改进措施

针对设备内部存在问题，根据以上分析，采取了以下措施［7－9］:

(1)根据孔洞的电磁泄漏量与孔的面积为正函数关系，与孔的深度为反函数关系［4］。机箱前面板指示灯预留的安装孔，在满足指示灯顺利安装的前提下，孔径更改为φ3 mm，面板深度增加至4 mm，指示灯印制板后部安装屏蔽罩，屏蔽罩的安装孔借助指示灯印制板的安装孔固定，机箱侧面M4 通孔更改为盲孔。

(2)机箱后部网络电缆RJ45 塑料水晶头更改为带金属外壳水晶头，网络电缆金属屏蔽层与水晶头金属外壳套接，水晶头金属外壳与主板插座金属层连接，在机箱内部电缆密封在一个完整的金属层，这样阻止电缆对外部辐射，也抑制了电缆之间耦合影响。

(3)设备电源外罩为改为全密封结构，取掉散热孔，接缝处连续焊接，避免缝孔影响，由于在高频阶段，材料的厚度对电磁辐射影响较小，电源外罩材料不做更换。在外罩内部增加紫铜导热片，导热片直接与电源自带散热片接触，采用传导散热模式将电源内部的热量导出。

(4)主板固定螺钉更改为扁平大帽铜制螺钉，将电路板安装孔周围屏蔽层通过螺钉均匀压在机箱支柱上，确保主板与设备外壳多处接触，实现多点接地，接地路径最短，为电路提供了到地的低阻抗通路。

改进后，通过频谱仪初步分析，辐射现象较之前明显消弱。

2.3 改进后测试结果

改进后设备按照之前同样方法，放入微波暗室进行RE102 测试，测试结果如图7 与图8 所示。

图7 2 MHz ～1 GHz 频程段垂直极化辐射发射电平

图8 30 MHz ～1 GHz 频程段水平极化辐射发射电平

可以清楚地看到50 ～200 MHz 之间单频点超标现象消失，原波形向上拱起较突出的部分，有了一定抑制，改进后设备对外部环境电磁辐射明显削弱，满足文献［1］电磁兼容指标要求。

3 结束语

本文针对加固网络交换机RE102 电磁辐射超标的现象，分析了导致电磁能量泄漏原因，提出改进措施，改进之后对电磁辐射有较大程度抑制，通过了电磁兼容性试验。目前设备在系统中工作稳定，进入批量生产阶段，并有部分已交付用户。

RE102 最能体现产品设计对于电磁兼容性的满足程度，做好设备的电磁兼容性分析与改进，才能更好地排除不利因素，降低了产品研制成本。但并非所有被测设备经过现场整改都能达到满意的效果，决定其电磁兼容性能的重点，仍然在于产品题解决方法的设计［4］，而现场改进的效果仍是有限的。

［1］ 中国电子技术标准化研究所，中国船舶工业总公司701所.GJB 151A－1997 军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求［S］.北京:电子工业部，1997.

［2］ 孙宏亮，王建明，宋郑超.军用便携式加固计算机辐射发射案例分析［J］.安全与电磁兼容，2009(1):43－46.

［3］ 万连城，任立岗.应用EBG 结构抑制电磁干扰的研究［J］.电子科技，2007(11):4－7.

［4］ 王威，徐揉岩，杨絮.抑制电磁干扰屏蔽技术的研究［J］.制造业自动化，2012，33(5):71－74.

［5］ 戴斌，张炫.某雷达产品关于RE102 试验问题分析［J］.火控雷达技术，2012，41(1):76－80.

［6］ 葛宁.抑制电磁干扰源的设计［J］.电子设计工程，2012，20(2):112－113，117.

［7］ 田建学，魏俊淦，赵波.机载设备机箱的电磁屏蔽设计［J］.电子设计工程，2012，20(7):187－189.

［8］ 彭文成，张文，王良，等.无线语音通信电磁干扰仿真研究［J］.计算机仿真，2010，27(1):330－333.

［9］ 冯承文，王宏伟，马广富.变频家电电磁干扰的仿真的研究［J］.计算机仿真，2004，21(11):60－63.