摘要 利用3m法半波暗室，在30MHz~1GHz频率范围内分别测试了具有0m~3m电源引线的梳状信号源辐射骚扰特性，研究了电源引线的长度对信息技术设备(ITE)电磁辐射的影响。实验结果表明，在30MHz~1GHz频率范围内，辐射强度峰值所对应的频率随电源引线的延长向高频方向漂移，并且整个被测频段内的辐射信号高频分量也随电源引线的延长而增加。
关键词 半波暗室；信息技术设备；辐射骚扰；电源引线
中图分类号TM15，TN03文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）55-0070-02
0 引言
信息技术设备（ITE）是指对数据和电信消息进行录入、存储、显示、检索、传递、处理、交换或控制的设备，常见的信息技术产品有：计算机、金融电信产品、办公设备、电子商用设备等。晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于ITE的各类振荡电路中，主要作为频率发生器，为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。而晶体振荡器产生的振荡信号往往是影响ITE产生无线电骚扰的主要原因之一。
当ITE处于工作状态时会向空间发射电磁辐射，对其周围的电子设备产生电磁辐射干扰，存在电磁兼容问题。电磁干扰不仅影响电子设备的正常工作，甚至造成电子设备中的某些元器件损害。因此，要注意ITE在工作时产生的电磁辐射干扰不能影响其它设备正常运行。在GB9254-2008《信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法》国家标准中[1]，对ITE的电磁辐射骚扰限值提出了明确的要求。
人们在电磁兼容（EMC）辐射骚扰试验中，往往只注意对受试设备（EUT）的屏蔽处理，却很少关注电源引线对测试结果的影响。电源引线的辐射经常会影响EUT通过EMC的辐射骚扰测试[2]。本文利用3m法半波暗室，采用梳状信号源模拟ITE中的晶体振荡器产生的振荡信号，在30MHz~1GHz频率范围内分别测试了具有0m~3m电源引线的梳状信号源的辐射骚扰特性，研究了电源引线长度对受试设备电磁辐射的影响。
1 工作原理
共模电流和差模电流是影响产品辐射发射的最重要的因素之一。在一般的典型产品中产生辐射电场的主要机理是导线上的共模电流。共模电流产生的辐射电场的最大值随着以下的因素而改变：1）频率；2）导线长度L；3）电流强度[3]。实际产品中的电源引线如果只考虑共模电流的影响的话，传输线上的电流分布与偶极子天线上的电流分布相同（近似地），可以将电源引线其近似地看成是一个偶极子天线。如果已知天线表面上的天线分布，那么通过对该电流分布的积分运算，就能得到天线的辐射电场和磁场[4]。
根据麦克斯韦方程，一个短偶极子（D<< λ）的辐射场可以写为：
式中：Z0为自由空间的波阻抗，I为短偶极子的长度，r为从短偶极子到观测点的距离，θ为辐射距离r的顶角，ω为辐射距离r在X-Y平面的投影对X轴的交角，λ为波长。由式（1）（3）可知，当r>>λ/2π（远场条件）时,正比于1/r的项其主要作用，比其他两项的数值都要大，并且随距离的增加衰减很慢。此时Z= Z0=120π。
对于EUT辐射源而言，内部的电磁波通过外部连接线缆耦合到外部的空间。暴露在外部的连接线缆会在信号和回路间形成环路，成为辐射源和易感应电路。其走线所构成的开环或闭环会形成天线效应（线天线和环形天线），从而产生电磁辐射骚扰。
2 实验装置
本次实验在3m法半波暗室内进行。暗室内壁采用爱默生康明公司生产的吸波材料。实验采用罗德施瓦茨公司生产是ESU26测量接收机，采用施瓦茨贝克公司生产的SWB-VULB9163对数周期天线作为测量接收天线，其工作频段为30MHz~3GHz，模拟ITE内部的晶体振荡器的EUT为COM-POWER公司生产的CGC-255梳状信号源，其脉冲步进为250kHz。
实验装置如图1所示。放置在木桌上方连接不同长度电源引线的梳状信号源产生辐射骚扰信号，辐射骚扰信号通过空间直接传播和地面反射被天线所接收。接收天线将接收到的电信号传输到测量接收机。木桌放置在转台上方，通过转动转台使天线能接收到梳状信号源各个方向的辐射骚扰信号。测量过程中同时调节接收天线高度，以获得最大辐射骚扰信号。
3 实验结果及分析
本次实验依据GB 9254-2008（CISPR 22）标准进行，接收天线高度在1m~4m范围内调节，测试过程中接收天线改变极化方向（水平与垂直），转台转动的角度范围为-180°~180°，EUT距离接收天线的距离为3m。测量的频率范围为30MHz~1GHz，测试过程中梳状信号源位于转台中心高80cm的桌面上。测试结果如图2~图5所示，其中红色曲线代表天线在垂直极化方向状态下测量到的辐射骚扰信号强度曲线，蓝色曲线代表天线在水平极化方向状态下测量到的辐射骚扰信号强度曲线，红色直线为B类信息技术设备辐射发射限值。图2为在未接电源引线时的辐射骚扰强度图，由于梳状信号源本体做了很好的屏蔽措施，在被测频段内的辐射骚扰与暗室环境本底类似。图3显示连接1m电源引线时梳状信号源的辐射骚扰强度图，由图3可知在辐射频率为93.25MHz时测得最大辐射骚扰准峰值为44.6 dBμV/m，此时接收天线的高度为224cm。图4显示连接2m电源引线时梳状信号源的辐射骚扰强度图，由图4可知在辐射频率为115.75MHz时测得最大辐射骚扰准峰值为43.8 dBμV/m，此时接收天线的高度为199cm。图5显示连接3m电源引线时梳状信号源的辐射骚扰强度图，由图5可知在辐射频率为149.75MHz时测得最大辐射骚扰准峰值为44.9 dBμV/m，此时接收天线的高度为201cm。由上述情况可知，只有250kHz的谐波会出现在辐射发射中，1m~3m的最大值均在转台-90°、天线为水平极化方向高度2m附近时测得。
4 结论
本文利用3m法半波暗室，依据GB 9254-2008（CISPR 22）测试方法在30MHz~1GHz频率范围内分别测试了梳状信号源在连接0m~3m电源引线的情况下的辐射骚扰特性，研究了电源引线对ITE产生电磁辐射的影响。实验结果表明随着电源引线的增长，整体的辐射功率受限于梳状信号源本身的发射功率没有太大变化，辐射最大值测得点的物理位置也没有太大变化，但辐射最大值测得点的所对应的谐振频率点向高频方向漂移，并且整个被测频段内的辐射信号高频分量也随电源引线的延长而增加。所以电源引线的增长会使更多的高频骚扰信号耦合到电源引线，并向空间辐射出去。
因此在无法改变工作频率和共模电流强度的情况下，抑制高频骚扰信号通过电源引线对周围环境造成影响的方法有以下几点：
1）尽可能地缩短电源引线的长度；2）为了减小时钟信号的辐射，把振荡器或晶振放置在离使用它的模块较近的地方；3）使用铁氧体磁环。
参考文献
[1]杨迎建，等.电磁兼容标准实施指南.北京：中国标准出版社[M]，2010：96-97.
[2]吴桂芹,雷霞,杨晓燕.EMC测试中线缆辐射分析及抑制[J].电子质量，2004(12)：25-26.
[3]GB/T 6113.203-2008.无线电骚扰和抗扰度测量方法辐射骚扰测量[S].
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