预习思考题
你使用的机箱能够提供多少dB的效能?这满足你的需要吗?
我们从实际工程的意义上定义屏蔽机箱的屏蔽效能。
屏蔽机箱的主要用途是降低电路的辐射发射。因此,我们图中所示的方法来确定机箱的屏蔽效能。
首先,将辐射源放在屏蔽机箱的外面,按照试验标准的要求确定天线与辐射源之间的距离,例如,GJB151中,天线与辐射源之间的距离为1米,大部分商业标准规定天线与受试件之间的距离为3米。测量一个数值(用dBXX表示)。
然后将辐射源放在屏蔽机箱内,使天线与机箱之间的距离保持不便,再测量一个数值(用同样的dBXX表示)。
前后两次测量结果之差就是这个机箱的屏蔽效能。
请注意,屏蔽效能的原始定义如图中的公式所示,本来是两个场强值的比值。之所以,直接用两次测量的差值来表示,是因为我们用“dBXX”表示场强值。
使用电场天线测量的结果是电场屏蔽效能。使用磁场天线测量的结果是磁场屏蔽效能。
需要注意的问题是,一个机箱的屏蔽效能与辐射源的特性有关。具体说,就是辐射源所产生的电磁波的波阻抗。因此,为了获得机箱的实际屏蔽效能,最好使用能够模拟实际情况的辐射源。
由于大部分辐射源是数字电路,因此,可以用数字电路的原理制作辐射源。通常,用一个时钟电路,加上分频电路,就可以较好地模拟实际辐射源。
前面我们了解了机箱屏蔽效能的评估方法。并建议用特性接近实际骚扰源的辐射源来进行实验。实际上,机箱处于真实的使用状态对于获得实际的屏蔽效能也是十分重要的。
前面我们分析了影响机箱屏蔽效能的因素,知道,机箱的屏蔽效能不是这个机箱的固有特性,他与内部电路的种类、安装方式、外拖电缆等有关。为了获得机箱的真实屏蔽效能,应注意以下几个方面的问题:
1.首先,采用与机箱内部的部件辐射特性相近的模拟辐射源;2.线路板与最大的孔洞、缝隙等的相对位置,尽量接近实际情况。相对位置包括距离、方位等。3.线路板之间的互连线,如果在实际组装时,靠近某些缝隙、孔洞,也应该尽量按照实际情况进行铺设。4.实际机箱上的所有连接器都要连接上一根导线,无论连接器有多少芯,仅需要连接一根就可以反映实际情况。导线的内部长度可以参照实际情况的最长一根导线的长度。5.当机箱上有孔洞、缝隙时,PCB上的信号地与机箱的连接方式对于机箱的泄漏也有影响,因此,模拟骚扰源的接地方式要接近实际情况。
前面我们介绍了获得机箱实际屏蔽效能的关键,首先是辐射源的特性。不同的辐射源所产生的电磁波的波阻抗差别很大,这导致屏蔽效能差别很大。
这里介绍一种简单的模拟骚扰源,它可以模拟数字电路的辐射。
左图是这个模拟骚扰源所产生频谱。这种有很多谱线构成的频谱叫做梳状信号,因为他看起来像个梳子上的齿。
这个电路简单的说,就是一个时钟电路,因此它产生的频谱由很丰富的高次谐波组成。这个骚扰源可以外接不同形状的天线,因此,产生不同种类的电磁波。当外接偶极天线时,它产生高阻抗电磁波,当外接环形天线时,它产生低阻抗电磁波。
我们用一个DC模块为他供电,就可以更接近实际的骚扰源。因为,实际的电子设备中少不了DC模块。
这时,不仅可以产生辐射骚扰,还可以产生传导骚扰,检验屏蔽机箱的电源线接口的设计状况。
在对机箱进行屏蔽效能测试时,之所以要注意辐射源的安装为止,是因为,辐射源的位置会影响屏蔽效能。
孔洞的电磁泄漏与辐射源到孔洞的距离有关,前面我们已经做过论述。特别是磁场源的场合,距离的因素影响更大,如图中右上角给出的公式。
另外,有一些屏蔽特性虽然看不到与距离的直接关系,但是实际上,与距离有关。
例如,图中右边给出的反射损耗的公式,缝隙的屏蔽效能公式,都可以看到 波阻抗的影子。而在近场区,电磁波的波阻抗是随着距离变化的。
左图是不同辐射源的波阻抗的变化情况。对于电场源,也就是高阻抗源,波阻抗随着距离增加降低;而对于磁场源,也就是低阻抗源,波阻抗随着距离增加。
因此,对于电场源,距离越近,屏蔽效能越高。而对于磁场源,正好相反。
与屏蔽机箱的屏蔽效能关系密切的另一个因素是穿过机箱的各种导体,这对应了机箱上的电源线、信号电缆等。
为了获得机箱的真实屏蔽效能,在对屏蔽机箱的屏蔽效能进行测试时,应该把这些电源线、信号电缆按照实际情况安装好。
需要注意的是,应该在机箱内部把电源线与滤波器连接上,并将滤波器按照实际的状态安装好,并在滤波器的另一端连接上接近实际情况的导线。因为电源线滤波器与屏蔽机箱一同构成了一个防护界面,因此,应该将滤波器看成屏蔽机箱的一部分。
贯通导体在机箱内部的长度、对于骚扰源的位置关系等因素,也要尽量接近实际的情况。
对于芯数很多的I/O电缆连接器,在连接器的机箱内侧,只要连接上一根最长的导线即可。
而机箱外部的电缆,应该按照实际的情况的来处理,包括电缆的种类,屏蔽层的端接方式等。
对于面板上安装的显示器件、操作器件,应该将他们按照实际情况安装好,并在内部把该连接的导线连接好,导线的长度,以及与骚扰源的位置关系,尽量接近实际的状态。
有些安装显示器件、操作器件的开口虽然很小,但是由于显示器件、操作器件的存在,可能将骚扰能量引出开口,导致泄漏。