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嘉峪檢測網 2024-07-12 08:21
本文我們主要舉例分析懸空金屬對輻射發射的影響并提出應對措施。
1、現象描述
某產品有若干百兆以太網接口，同時有兩個光接口（LC接口，如下圖所示）的千兆擴展口，并且外殼采用屏蔽處理。
在進行輻射測試時，有幾個頻點（625 MHz? 687.5 MHz? 812.5 MHz? 875 MHz）超標，不能滿足CLASS B限值要求，其測試得到的頻譜圖如下：
具體是什么原因造成的呢，我們下面慢慢道來，在調查輻射發射的問題時，頻譜儀和近場探頭常常用來輔助定位分析。
2、原因分析
產品的輻射發射問題，我們一般可以從以下三個方面來分析：
電源線（一般輻射頻率小于230MHz）
信號線纜（輻射頻率和信號頻率有關）
結構屏蔽泄漏 （輻射頻率與縫隙或者開孔尺寸有關）
根據幾個方面輻射的頻率特點以及本次輻射發射超標的頻率來分析，重點懷疑線纜和結構屏蔽泄露。
首先，我們從信號線纜來確認：
當我們把所有的百兆以太網拔去后進行測試，發現超標頻點只是稍微降了一點。
由此排除了信號線纜的因素。
接著用近場探頭對設備進行頻點定位分析， 發現超標的頻點來自于擴展槽扣板兩邊。扣板正面實物圖如下：
于是懷疑扣板面板與機柜的屏蔽沒有做好。打開面板察看， 發現扣板面板上下各有一條簧片（參考下圖）。
簧片與機框結構接觸良好，形成良好的屏蔽， 只是兩旁沒有簧片， 但是由于有螺釘固定，縫隙的長度也沒有超過1.5cm，扣板簧片示意圖如下所示：
所以懷疑是兩側縫隙造成的，將縫隙用導電銅箔封住，用近場探頭測試， 發現果然扣板面板兩邊的輻射消失了。
本以為找到了問題的根源，結果再將產品送進實驗室進行測試，發現超標頻點依然存在， 且幅度也幾乎沒有下降（這時設備上的電纜去掉了網線，只剩光纖與電源線）。
通過上面測試驗證，證明了扣板兩側的縫隙并不是輻射泄露的真正原因。
為了頻點定位更精準，用環路面積更小的近場探頭進行定位分析，發現，光纖出口處的輻射較大。
經過觀察，光纖的拉手條出口的小孔也不過1cm x 1cm，出口周邊還有屏蔽殼，光纖采用LC接頭，如下圖所示：
LC光纖和光模塊面板接口圖
下圖為光纖實物圖
根據我們常規的思路，光纖出口小，且傳輸的是光信號，應該不會是輻射源才對，那為什么會在此測到輻射呢？
經過仔細觀察，發現光纖接口里面有一根金屬加強筋，約3cm左右，處于懸空狀態，而光纖接口的TX發射端也是金屬的。
雖然光纖接入時兩個金屬之間沒有直接接觸，但由于兩個金屬距離較近，相當于電容的兩個金屬極板，形成電容效應。
這樣就會有高頻噪聲通過容性耦合的方式耦合到光纖的加強筋上， 而加強筋等效為一根單極天線。
單極天線在共模噪聲電壓的驅動下形成了輻射。其等效共模輻射原理如下圖所示：
圖中：
TX為噪聲源
CA為噪聲源與金屬加強筋之間的寄生電容
CB為工作地與金屬加強筋之間的寄生電容
將光纖拔掉，輻射消失，所以證明了輻射超標來源于光纖，顛覆了我們之前的認知。
3、處理措施
由分析可以看出，某些輻射頻點超標是由于懸空金屬引起的，所以可以采取以下措施：
取消金屬加強筋
將金屬加強筋與結構件金屬部分良好搭接，即旁路UDM
由于光纖產品已經固化，取消加強筋的措施明顯不可取。因此采取金屬搭接的方案。
修改后重新測試，測試通過：
4、思考和啟示
經過上面的分析，我們都可以得到下面的結論：
近場輻射大，不一定遠場輻射也大，這和輻射天線的效率及路徑有關，例如本次在面板兩邊接縫處測得輻射，遠場處則沒有。
盡量避免懸空金屬存在，如果有，必須良好就近接地。
特別是大面積的金屬（散熱片、金屬屏蔽罩、金屬支架、PCB上沒被利用的金屬面等）分布電容大，最容易產生電場耦合。任何金屬構件如果存在電位差，就可能產生共模輻射，所以必須將它們良好地就近接地。
懸空的螺釘以及其它類似的懸空金屬也是重點懷疑的對象。
一個產品的輻射來源來自于一個機殼的緊固螺釘懸空，并伸出到了屏蔽殼外，從而造成了輻射發射超標。
處理的措施為將螺釘改為塑料螺釘或者將金屬螺柱內縮至屏蔽體以內，如下所示：
另外，PCB芯片上有些不用的門電路引腳，這些引腳相當于一個個小天線，也可以接收或發射干擾，因此應該把它們就近接回流地或電源。
另外這些懸空的引腳容易受到干擾，特別是CMOS邏輯電路，絕對不允許懸空，否則會造成邏輯錯誤。可以根據實際應用接地或者電源。
還可以通過改變懸空金屬和噪聲源的距離，減少寄生電容CA的大小，來減少輻射發射的幅值。
來源：電子工程師之家
