EMC测试实质之辐射抗扰度测试

Part 1

产生辐射干扰的原理

以PCB举例，在 PCB 中, 信号从源端发出, 经过传输介质将信号传输到负载端, 最后又从负载端将信号传回至源端, 从而形成了信号电流的一个封闭的环路。

可以这么说，任何一个信号的传输都会形成一个环路，只是环路的面积有大有小而已。

当外界变化的电磁场穿过这些信号环路时, 就会在这个环路中产生感应电动势，进而在环路中感应出电流。而这些电动势和电流通常是对正常信号有害的，从而形成了辐射干扰。

这就是辐射干扰的实质，而与之对应的测试的实质，即是对感应电动势或者感应电流的测试。

而我们的要做的事，就是尽量减少这种干扰的产生。

例如，一对差分信号，两个导线之间形成环路，所以，为了减少干扰，我们就要减少环路面积，这就是在PCB设计中，对差分信号的间距和长度有一定要求的原因之一。

Part 2

辐射干扰大小的计算

如下图所示为环路产生感应电压的示意图：

由于

所以

式中，

• U为感应电压 (V)，
• H 为磁场强度 (A/m )
• B 为磁感应强度 (T)
• μ0 为自由空间磁导率
• μ0 = 4π·10^-7^ (H/m)^ ^
• S 为回路面积 (m^2^ )｡

当穿过环路为平面波时, 在环路中也会产生感应电动势, 可以通过下面的公式来估算:

U≈S x E x f /48

式中，f 为电场的频率 (MHz)，S为回路面积，E为电场强度。

一个20cm^2^ 的环路存在于PCB中，当用30V/m的电磁场对该PCB进行辐射抗扰度测试时, 我们会发现，在150MHz 这个频点上, 该环路所感应到的电压为；

U≈SEf/48=0.002030150/48 ≈200mV

这个就是我们在进行辐射抗扰度测试时，产品受到干扰的原因之一。

这个辐射干扰电压看起来不算太高，可能会干扰到有用信号，也可能不会对干扰信号造成严重的影响。

Part 3

另一种辐射干扰模式的计算：

上面介绍的是环路产生的辐射干扰，另一种干扰模式就是EUT设备中的线缆或者其它等效导体所产生的天线效应（单极天线或者对称偶极子天线）

辐射发射的原理

和辐射发射相反，这些等效天线在辐射抗扰度的测试环境中，可以感应出电流和电压，而这种电流电压属于共模。

假设，将EUT放置在自由空间中，其线缆长度为L，自由空间的电场强度为 E0 ，其产生的共模电流可以通过下面的计算公式得出：

• 当L≤λ /4时，

• 当L≤λ /2时，

式中，

• I 为感应电流 (mA)
• E0为自由空间的电场强度 (V/m)
• F 为频率 (MHz)
• L 为等效为偶极子天线的电缆长度 (或等效为单极天线的两倍长度)
• λ 为波长 (m)｡

如下图所示，

与辐射发射类似，当 EUT 设备中的线缆放置在离参考接地平面h的高度时。

被参考接地平面衰减之后等效的电场强度有如下规律：

当 h≤λ /10 时,

E(h)≈E0 × 10*×h/λ*

当 h≤λ /10 时,

0≤E(h)≤2E0

这也就意味着，我们在设计产品时，要尽量让信号线或者线缆靠近机柜外壳或参考地, 这样才能使其所受到的辐射影响变小｡

PCB中也一样，尽量让信号线靠近参考地平面，才能减少信号的辐射。

电缆上感应到的这种共模干扰电流将会沿着电缆及电缆所在的端口传导到产品中去, 进而影响产品的正常运行。

明白了辐射干扰的实质，我们也就能很快找到减少这种干扰的方法。屏蔽和良好的接地是不错的改善方式。