顺利通过EMC试验（九）文字版
预习思考题：
电缆的电磁辐射导致设备整体的辐射发射超标时，你会采取什么措施来解决？
有一定经验的设计师都知道，对于一台设备而言，外拖电缆是导致辐射的主要原因。对于PCB而言，外拖电缆也是主要的辐射源，这一点也请大家注意，在今后的设计中要特别关注PCB的外拖电缆。
从天线的互易性可知，PCB外拖电缆也是导致PCB上的电路受到干扰的主要原因，这一点十分重要。特别是在做静电放电(ESD)这类骚扰频率较高的试验时，处理好PCB的外拖电缆对于顺利通过试验十分有益。
图中给除了四种情况，上面的图是电路图，下面的图是对应每种电路的辐射情况。从左向右的情况描述如下：
第一种，一个IC芯片构成的时钟电路，可以看到，这时的辐射很小，这是由于芯片内部的回路面积很小。
第二种，时钟电路的输出端连接了一个负载，这时，在PCB上形成了一个面积较大的电流回路，可以看到，辐射增强了不少。
第三种情况，在时钟电路的输出端，连接了一根10cm长的导线，这根导线的终端是开路的，按照常规的想法，导线上没有电流。但是，可以看到，辐射比第二种强了不少。这说明，这种天线结构比回路天线的效率高，这种天线叫偶极天线。
第四种情况，在地线上连接了一根100cm长的导线，可以看到，辐射比第三种还强。这说明，更长的导线会产生更强的辐射。但是，更重要的一点是，说明地线上也有驱动天线的电压。因此，设法降低地线上的电压是PCB设计的重要内容之一。
图中的天线叫做偶极天线。
所谓的偶极天线，就是由两个导体构成的天线。如果在这两个导体之间施加一个交变电压，这两个导体就会产生电磁辐射。
导体的辐射效率与两个导体之间的距离有关。
图中给出了三种情况，上图是导体之间的距离，下图是对应每种情况的电磁辐射效率。从左到右，两个导体之间的距离越来越近，辐射效率越来越低。
我们看到，最后一个（最右边）情况，类似于一个开路的传输线。如果将终端断路起来，就是前面讨论的环路天线，而且是面积很小的环路天线。
从这组数据中，我们获得两个对于实际工程有价值的启发。
第一，在PCB布线时，我们应该将PCB外拖的I/O电缆布置在PCB板的同一侧，前面，我们看到PCB地线上的电压是天线的有效驱动源，如果在PCB的两侧分别连接一根外拖电缆，无疑构成了最左边的情况，辐射很高。如果把外拖电缆放在同一侧，不仅从结构上看，更接近最右边的情况，而且驱动电压也会大大减小。
第二，金属机箱内部的电缆靠近金属机箱壁铺设，这时，PCB与机箱之间的共模电压作为天线的驱动电压，电缆和机箱各做为一个电极，他们靠得比较近，就类似于最右边的结构，自然有利于降低辐射。
现在，我们考察偶极天线的尺寸对辐射效率的影响。
图中给出了三种不同尺寸的偶极天线，下面的图是将1V正弦波施加到竖直设置的天线上，测量水平方向上10m远的某个点处的电场强度。
从图中可以看出以下一些特性：
尺寸越大，低频的辐射效率越高：第一种情况的电极尺寸过小，因此，看起来辐射较弱，但是一直维持随频率增加的趋势。用后面两个图对比，可以看出这个特性。
尺寸越大，谐振频率越低：频率较低时，辐射的强度随着频率升高，但是当频率达到其波长等于偶极天线的2倍时，辐射达到最大，这个频率是偶极天线的谐振频率。
有多个谐振频率：超过天线尺寸对应1/2波长的谐振频率后，辐射会有所减弱，但是每当天线的尺寸对应1/2波长的奇数倍时，都会发生谐振，这时的辐射最强。根据互易性，当进行辐射敏感性试验，或者在电缆上注入骚扰的试验时，如果在一些特定频率发生敏感，多半是电缆谐振的缘故。
极化方向：电磁波中的电场和磁场是有一定方向的，这叫做极化方向。偶极天线辐射的电磁波，电场的极化方向为电极的指向，与电极垂直的方向电场为0。所以，进行辐射发射或者敏感性试验时，电缆的摆放很重要，要保证每次摆放的方式一样，不然重复性很差。
前面介绍了偶极天线的谐振频率。在谐振频率处，偶极天线的辐射效率最高。根据天线的互易性，在谐振频率天线的接收效率也最高。正是这个原因，我们在做敏感性试验时，会发现设备仅对某个频率的骚扰呈现敏感特性，这是因为在这个频率某根电缆发生了谐振。
偶极天线的谐振现象可以认为是导体的电感与导体之间的电容形成的串联谐振，当发生谐振时，阻抗最低，电流最大，因此辐射最强。
从这个观点看，在导体上增加一个电感器件，可以认为等效的效果是，增加了电极的长度，因此谐振频率降低。也就是，通过增加电感，可以增加天线低频的辐射效率。
这个观点解释了一些实际中遇到的现象。例如，我们有时为了降低电缆的辐射，会在电缆上套一个铁氧体磁环，结果发现，虽然原来超标的频率处，辐射降低，甚至不再超标，但是在其他某个频率的出现了新的超标辐射发射。这是因为，安装了铁氧体磁环后，相当于串入一个电感，他改变了电缆的谐振频率。
关于铁氧体的原理和正确使用方法，后面我们会做介绍。
