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线缆测试-电缆的电磁干扰分析

共模干扰的频率一般分布在1 MHz 以上,在传输的同时,会向临近空间辐射,耦合到信号电路中形成干扰,很难防范。差模干扰的频率相对较低,不易形成空间辐射,可以采取处理措施降低其干扰。

电缆上产生差模干扰电流的主要原因是电路或器件工作过程中产生的噪声电流直接传导到电缆中,然后再传导至其他电路或设备使之受到影响。

图3 减小电容耦合和互感耦合测试曲线


电缆的电磁干扰分析


共模电场辐射可用对地电压激励的、长度小于1/ 4波长的短单极天线来模拟。对于接地平面上长度为L 的短单极天线来说,在远场r 处的电场强度为:

减小电容耦合和互感耦合测试曲线如图3 所示。因为电容耦合和互感耦合的存在,经常出现图3(a)这样的测试结果。这是因为电源线滤波器的输入输出线捆成一束,滤波器输出线上的杂波电流直接通过电容和互感耦合到输入线上,使滤波器形同虚设。解决这一问题只需将滤波器的输入输出线分别截短并尽可能远离,保持一定角度,并将线固定在机箱壳体上,这样就使得输入线输出线上的干扰电流不能直接耦合,电源线经过滤波器后干扰电流得到抑制。

在电子设备和系统中,各种电缆是信号传输必不可少的联系纽带,同时电缆又是导致各种电磁兼容(EMC)问题的主要因素。电缆造成电磁干扰(EMI)的原因主要是因为电缆上存在着干扰电流。介绍了2 种干扰电流,结合电磁兼容测试中经常出现的问题,对每种电流产生的原因进行了分析,提出了减小这些干扰电流的具体方法。通过试验验证了方法的可操作性,对产品设计提供参考。
式中,L 为天线长度(m)。

2. 2. 1 电容耦合和互感耦合
图1(a)是电容耦合原理图,2 个导体之间存在分布电容C12,2 根导线之间就存在电压,也就是说电压是串联于受扰导线的。导体对地有单位长度分布电容C1G、C2G, 导体之间单位长度分布电容为C12, 导体之间的分布电容也称耦合电容。不考虑C1G的情况下,干扰电源U1 在导体2 电路产生的干扰电压U2 为:



2.2 减小共模干扰

线缆之所以会辐射电磁波,是因为电缆端口处有共模电压存在,电缆在共模电压的驱动下,产生共模电流,存在共模电流的电缆如同一根单极天线,产生电场辐射。

减小空间辐射测试曲线如图4 所示。图4(a)是一台外接

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电路结构的设计需要基本经验知识的累积,电磁兼容性好的电子器件价格经常比同类产品高出很多,而且实际效果与具体使用情况有关,因此设计时通常采用滤波的方法减小差模干扰。良好的滤波能直接抑制骚扰能量在导线上的流通,所以对通过载流导线的辐射骚扰抑制也能起到明显的抑制作用。


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①尽量减小激励此天线的源电压,即地电位,电缆靠近接地平板走线;

式中:



2 减小干扰的方法
1 干扰电流


图1 电容耦合和互感耦合

②在设备内部,电缆长度尽可能短,避免环绕电路走线;
3 测试结果分析

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差模干扰测试结果如图2 所示。图2(a)是开关电源的工作频率及其高频谐波分量造成的电源线传导发射超标,其中200 kHz 的尖峰是开关电源的工作频率,选择合适的电源输入滤波器可以将这些干扰电流进行衰减,图2(b)是使用滤波器后的效果曲线。

电感耦合原理如图1(b)所示,当干扰回路1 中有交变电流流过时,会产生交变磁能,交变磁通穿过回路2 并在回路2 中产生感应电动势,可表示为:
2. 2. 2 空间辐射