电磁兼容性辐射发射及相关整改对策分析

刘心 赵荻 余元骏

摘要：首先简单介绍了辐射发射的成因，并列举了常见的发射源及发射的媒介，然后探讨了常见的影响辐射大小的因素，最后阐述了用于整改辐射发射的常见材料和方法。

关键词：辐射发射;发射源;整改材料和方法

0    引言

随着智能设备的普及，设备内的各种计算处理芯片和晶振在数量和工作频率上都大大增加[1]，与之相对的是数据总线上的数据传输量也随之增多，而这都是高频信号的重要来源。当能量足够大且满足了一定的耦合条件后，就会以电磁波[2]形式由源发射到空间。因此，只要减小发射源向外辐射的量或者切断发射路径，即可达到减少辐射发射的目的。本文分别对以下几种情况进行探讨。

1    设备的等效环天线[3]

对于环天线，在远场时有：

E=2.6IAf 2/D

式中：I为电路的电流强度（A）;A为环路面积（cm2）;f为电流频率（MHz）;D为天线到电路的距离（m）。

由上述公式可知减小环路面积是关键，故需做到以下几点：

（1）减小信号线和回路线的距离。只有二者的距离减小，才能有效减小环路面积。

（2）尽量使用双绞线作为信号线，但仅适用于信号频率较低的情况。

（3）尽量在设计初期就避免单线不平衡传输[4]的设计。

2    设备的等效不对称振子电场天线[3]

此时，电场天线的一部分是外部连接线，而天线的另一部分是PCB中的地线、金属机箱等（图1）。

需通过加装滤波器[5]来解决问题，相关要点如下：

（1）滤波器的工作频率应覆盖需要抑制的发射频率，且滤波器的衰减值应能满足相应产品标准的要求。

（2）滤波器的安装位置应恰当，一般需尽量靠近设备的线缆出口，且应与设备的金属外壳紧密贴合（图2）。

3    散热开孔

设备上的散热孔也是电磁辐射的重要来源，对此应做到以下几点：

（1）减小孔径。当孔缝尺寸大于λ/2时，电磁波便能无衰减通过;当小于λ/20时，电磁波可衰减到要求的限值。

（2）辐射强度与骚扰源距离有关。当距离小于孔缝尺寸时，屏蔽效能降低，辐射量增强。

（3）减少孔缝数量。

（4）增大孔缝间距。

由于散热需要（特别是大型设备）而不能让设备上的孔洞完全满足上述要求时，可考虑加装金属波导管（图3）。

由波导理论[6]可知任一波导管均存在截止频率，当信号频率高于该频率时，信号可通过该波导管;若信号频率低于该频率，信号将被截止或衰减。

以下为两种常见波导管的截止频率：

矩形波导管：

圆形波导管：

式中：fc为截止频率（Hz）;l为开口最大尺寸（cm）;d为直径（cm）。

波導管产生的衰减（dB）：

式中：f为所关心的信号的频率;fc为截止频率;t为波导管长度。

若所关心的频率远低于截止频率，则公式简化为：

代入前面矩形和圆形波导管的截止频率公式，得到以下损耗公式：

某大型产品的终测结果如图4所示。通过上述公式计算并安装了适合的波导管后，最终测量结果如图5所示。

4    显示屏

除上述几种情况外，设备外壳上的显示屏也是主要骚扰源之一。

图6为目前医院放射科常见的自助胶片打印机，其辐射发射测试结果如图7所示。

针对这种情况，可在显示屏的外部贴合一层透光导电聚酯膜，其填充物一般为铜、银等导电金属（图8）。该薄膜在使用后能对电场信号进行有效屏蔽。

需要注意的是，导电聚酯膜一般使用导电胶进行粘合。在涂抹导电胶时，应均匀涂抹，以保障导电胶凝固后其电阻的均匀性。另外，还应保证贴合部位对地电阻尽量低于0.5 Ω[7]。

图9为在显示屏表面粘合了透光导电聚酯膜后的测试结果。

5    结语

由以上分析可知，在进行辐射发射整改时，首先要确定设备等效的天线类型，根据不同的类型采取有针对性的措施。之后对设备或骚扰源进行屏蔽处理时应结合使用滤波器。在对散热孔/洞进行处理时，建议采用波导管，因为该方案能较好地兼顾设备的散热和对骚扰源的屏蔽要求。最后，在对显示屏进行处理时，整体思路建议以屏蔽为主，这样能较为简单地解决测试值超限问题。

[参考文献]

[1] 马海武，王丽黎，赵仙红.电磁场理论[M].北京：北京邮电大学出版社，2004.

[2] 谢处方，饶克谨.电磁场与电磁波[M].4版.北京：高等教育出版社，2006.

[3] 约翰·克劳斯.天线[M].2版.北京：电子工业出版社，2007.

[4] 梁振光.电磁兼容原理、技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2007.

[5] RABAEY J M，CHANDRAKASAN A，NIKOLIC B.数字集成电路：电路、系统与设计[M].2版.周润德，译.北京：电子工业出版社，2017.

[6] 黄志洵.截止波导理论导论[M].2版.北京：中国计量出版社，1991.

[7] MORRISON R.接地与屏蔽技术：电路与干扰（原书第5版）[M].李献，王艳玲，译.北京：清华大学出版社，2016.

收稿日期：2020-05-25

作者简介：刘心（1980—），男，重庆人，工程师，从事有源医疗器械电磁兼容性检验工作。