EMC試驗(yàn)：了解屏蔽解決電纜輻射的本質(zhì)

設(shè)備上的各種外拖電纜就是貫通屏蔽機(jī)箱的導(dǎo)體。

設(shè)計(jì)師們想到的，解決這些電纜的電磁輻射問(wèn)題的基本方法就是屏蔽。但是，在實(shí)際中，通過(guò)屏蔽獲得理想效果的情況卻很少。這是因?yàn)闆](méi)有了解屏蔽解決電纜輻射的本質(zhì)。

圖中所示的是一個(gè)導(dǎo)體貫通屏蔽界面的情況。為了防止內(nèi)部電磁場(chǎng)通過(guò)這根導(dǎo)體泄漏，我們將屏蔽界面右側(cè)的導(dǎo)體屏蔽起來(lái)。

可以看到，這時(shí)，實(shí)際上可以看成屏蔽界面外延了一部分，實(shí)際上不存在貫通導(dǎo)體穿過(guò)屏蔽界面的情況，當(dāng)然也就沒(méi)有電磁泄漏了。

我們還可以從共模電流路徑的角度解釋屏蔽的效果。當(dāng)有了附加的屏蔽以后，導(dǎo)體上的共模電流就可以通過(guò)這個(gè)附加的屏蔽體返回騷擾源，這個(gè)路徑顯然比原來(lái)的路徑小得多，因此，也就產(chǎn)生更小的電磁輻射。

請(qǐng)大家注意一個(gè)細(xì)節(jié)，這就是，無(wú)論哪種機(jī)理，都需要一個(gè)保證條件，這就是附加的屏蔽體與原來(lái)的屏蔽體之間必須導(dǎo)電連接，否則，機(jī)構(gòu)不成一個(gè)完整屏蔽體，也不能為共模電流提供一個(gè)返回的路徑。

實(shí)際上，兩個(gè)屏蔽體之間的搭接十分重要，理想的情況是360度（一周）連續(xù)搭接。

對(duì)設(shè)備內(nèi)部的導(dǎo)體部分進(jìn)行屏蔽也能起到同樣的效果。

右圖是對(duì)貫通導(dǎo)體內(nèi)部進(jìn)行屏蔽的情況。由于附加的屏蔽，削弱了內(nèi)部電磁場(chǎng)在導(dǎo)體上感應(yīng)的電壓，因此，也就減小了電磁泄漏。

這里同樣需要注意附加屏蔽體的“接地”，也就是與原來(lái)屏蔽體之間的導(dǎo)電連接。附加的屏蔽體應(yīng)該在兩端接地，并且保證搭接阻抗盡量低。

左圖是一個(gè)實(shí)際的內(nèi)部電纜屏蔽的例子，這里，屏蔽層通過(guò)良好的壓接，保證了低阻抗接地。

在內(nèi)部對(duì)貫通導(dǎo)體（電纜）進(jìn)行屏蔽往往效果不夠滿意，其中的一個(gè)原因是，電纜總是與PCB上的電路連接在一起的，即使我們將電纜屏蔽起來(lái)，PCB還暴露在外邊，因此，不可能徹底消除感應(yīng)電壓，除非將PCB一起屏蔽起來(lái)。

一種十分有效的方法是，在貫通導(dǎo)體穿過(guò)屏蔽界面的位置，在貫通導(dǎo)體與屏蔽界面之間安裝一個(gè)高頻電容，這時(shí)，貫通導(dǎo)體的電磁泄漏就會(huì)大幅度減弱。

這個(gè)方法的原理如圖所示。

前面我們分析貫通導(dǎo)體的電磁泄漏時(shí)，分析了共模電流的路徑，導(dǎo)體與屏蔽界面之間的雜散電容是共模電流路徑的重要組成部分。

現(xiàn)在，我們有意識(shí)地提供了一個(gè)電容，就改變了原來(lái)的共模電流路徑。這個(gè)新增加的電容為共模電流提供一條返回騷擾源的路徑，因此，共模電流不會(huì)沿著導(dǎo)體傳導(dǎo)到屏蔽界面的另一側(cè)，也就不會(huì)導(dǎo)致電磁泄漏。

具體多少電流會(huì)從這個(gè)新增加的電容分流，取決于著新增加的電容提供的路徑阻抗與原來(lái)的共模電流路徑阻抗比值。這類似于我們計(jì)算電阻并聯(lián)電路時(shí)，兩個(gè)電阻的電流的情況。

原來(lái)的路徑阻抗越高，新增加的電容的效果越明顯。原來(lái)的共模電流路徑的阻抗與電纜的長(zhǎng)度，鋪設(shè)方式等因素有關(guān)。

有時(shí)，我們?cè)陔娎|上套上一個(gè)鐵氧體磁環(huán)，實(shí)際上起著增加外部回路阻抗的作用。

我們通過(guò)一個(gè)實(shí)例是大家加深對(duì)前面所提的濾波電容方法的認(rèn)識(shí)。

左圖是一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置。在一塊PCB上安裝一個(gè)時(shí)鐘電路。前面我們知道，時(shí)鐘電路是最典型的騷擾源電路，因此，我們一般用這種電路來(lái)做實(shí)驗(yàn)。

PCB放置在一個(gè)金屬屏蔽箱內(nèi)，并通過(guò)外部的直流電源供電。

我們用一個(gè)電流鉗來(lái)監(jiān)測(cè)電源線上的共模電流。

右圖是用來(lái)監(jiān)測(cè)共模電流的頻譜分析儀和電流鉗。頻譜儀上顯示的共模電流的頻譜。

通過(guò)監(jiān)測(cè)電纜上的共模電流來(lái)間接預(yù)測(cè)電纜的輻射是一個(gè)非常有用的方法，設(shè)計(jì)師們應(yīng)該熟悉，并能夠熟練應(yīng)用。

后面，我們會(huì)給出從共模電流預(yù)測(cè)輻射的方法。

左圖是在電源線與金屬外殼之間連接了一個(gè)電容的情況。

圖中的紅色圓圈內(nèi)，顯示的是，用鱷魚夾把電容連接到金屬外殼上的狀態(tài)。右圖的頻譜分析儀屏幕上顯示的是這時(shí)候的共模電流情況。

可以看到，共模電流的幅度已經(jīng)大幅度降低。這說(shuō)明，一部分共模電流被電容分流掉了，沒(méi)有傳導(dǎo)到外部電源線上。

為了使大家便于比較濾波前后的情況，我們有濾波，沒(méi)有濾波的兩種情況下的共模電流頻譜放在一起。

左邊是有濾波電容的情況，右邊是沒(méi)有濾波電容的情況。他們之間的差異一目了然。

思考題：

某設(shè)備由于有貫通屏蔽體的導(dǎo)體，輻射發(fā)射超標(biāo)。設(shè)計(jì)師在導(dǎo)體上套了一個(gè)鐵氧體磁環(huán)，請(qǐng)預(yù)測(cè)這個(gè)鐵氧體磁環(huán)能將輻射降低多少？