高速数据电台电磁兼容案例分析

高速数据电台电磁兼容案例分析一、故障描述高速数据电台在进行电磁兼容认证试验RE-102项目时，发现跳频工作模式下工作频率的谐波超标（经后来验证，也有一部分本振超标），如图1所示。由图中可以看出，该项测试不能满足GJB151A-97（除工作频率之外，所有频率点都必须在限制线以下）的要求，必须对其进行整改分析，找出辐射源头并加以解决。工作频率工作频率工作频率谐波谐波以及本振图1认证试验RE-102测试图一般而言，电台跳频工作状态下的电磁兼容性比定频更加恶劣，为定位问题的一致性，有必要验证电台在定频情况下是否也能出现谐波超标现象。为此，在不对电台做任何处理的情况下，利用计量站的半电波暗室对电台在定频工作状态下进行复测，测试结果如图2所示。测试结果验证了问题的一致性，电台存在谐波超标问题。图2电台300M大功率发射测试图图2电台300M大功率发射测试图二、原因分析高速数据电台采用模块化的结构，如图3所示。主机与机架之间通过射频对接插座连接，射频信号经主机功放放大后通过射频对接插座，再经谐波滤波器输出到天线。功放底下有两个风扇对其进行散热。测试过程中，连接到电台的所有电缆都选用屏蔽电缆并套上防波套，接口均选用导电连接器并与机箱接触良好。图3高速数据电台采用模块化的结构屏蔽系统的辐射发射问题，一般与电源线、信号互连电缆、结构屏蔽泄漏三方面有关。因此，基于此思路对该电台进行以下定位。首先，怀疑是电缆带来的辐射，但是用电流卡钳对所有互连电缆（包括电源线）分别进行测试时，发现没有我们所关心的频率分量且线上较为干净。问题不是出在线缆上。接下来用近场探头对整个电台（包括显示窗、键盘、接口、缝隙等）进行扫描，发现主机与机架对接插座处、功放侧面以及两根金属滑道处谐波分量幅度较高。RE-102测试过程中，电台面板正对天线进行测试，按照天线理论来讲，主机后板的射频对接插座和功放侧面的谐波能量虽然较大，但对测试结果的贡献较小，主要是两根金属滑道对测试结果的影响较大。因此，如何减小两根金属滑道的谐波分量以及找出真正的辐射源头，成为解决高速数据电台辐射发射问题的关键。由于高速数据电台采用模块化的结构且每个模块屏蔽较好，仔细检查后发现只有风扇电源线以及主机后板射频对接插座有可能存在泄漏，经后来验证主机后板射频对接插座为主要的泄漏源（风扇电源线加有磁环，且去掉风扇后结果并未改善）。为验证判断的准确性，在射频对接插座处加导电泡棉，再次进行测试，如图4所示。由测试结果可以看出，通过对射频对接插座的处理谐波幅度有较大下降，但仍需对整机进行处理使其符合要求。图4射频对接插座加导电泡棉后测试结果图4射频对接插座加导电泡棉后测试结果经检查两根金属滑道表面镀有绝缘漆且只通过三个螺钉接地（接地阻抗较大）。从射频对接插座处泄漏的能量耦合到两根金属滑道上，使得金属滑道与内部噪声源之间存在共模电压，金属滑道成为了单极天线，形成共模辐射，如图5所示，这与用近场探头测得两金属滑道处的辐射较大的结果相吻合。噪声源噪声源金属滑道CAUDMUDM图5金属滑道共模辐射原理三、处理措施要减小共模辐射，须从以下两个方面加以解决：减小共模驱动源，即减小射频对接插座处的辐射量级；取消辐射的天线，如悬空的金属或接地不良好的金属。1、减小共模驱动源要减小共模驱动源，可从两方面进行：（1）将射频对接插座进行良好的屏蔽；（2）减小通过射频对接插座线缆上谐波分量的幅度。对（1）能比较好的加以实现：将对射频接插座处的油漆打掉，并加入屏蔽材料。在以后的机箱结构改版后将不存在此问题。相对（1）来说，（2）为源头，在EMC整改中，对源头的处理往往可以得到事半功倍的效果。射频对接插座之前的线路连接图如图6所示，将整机打开，用近场探头沿线寻找辐射的源头。发现功放模块的输出以及控制线存在较大的谐波分量，功放输入谐波分量较小，因此，辐射的源头在功放模块，必须对其进行处理以减小通过射频对接插座的谐波分量。图6射频对接插座之前的线路连接图图6射频对接插座之前的线路连接图实际对功放处理的过程中，由于空间限制等原因不能在功放内部进行处理，只能对功放输出线以及控制线进行处理。进一步检查与功放控制线相连的控制模块，在其接口处已经提供了1000P的贴片电容进行滤波。实际上1000P的贴片电容能为160M左右的频率提供良好的滤波，但对我们所关心的频率（1G左右）已经失去滤波的作用。因此在控制模块的接口电路上并联10P的电容进行滤波。2、取消辐射的天线由于两根镀有绝缘漆的金属滑道充当了天线，因此可将金属滑道换为塑料滑道或导电金属滑道并与机壳良好接触。在实际选择中，考虑到产品的特殊性采用后者，并将机壳与其相接触部分的油漆打掉，保证金属滑道与机壳的良好接触。四、结果验证图7电台500M大功率发射测试图按照以上的处理措施对整机进行处理后，再次进行测试，如图7、8所示。测试结果证明了处理措施的有效性。图7电台500M大功率发射测试图图8电台跳频大功率发射测试图图8电台跳频大功率发射测试图五、思考与启示屏蔽电缆的屏蔽层与连接器很重要，一定要保证360°端接。公司产品有很多采用模块化的结构，如何有效的保证各个模块之间连接处的导电连续性是值得我们去考虑的问题。对于滤波电容的选择一定要考虑其高频寄生参数的影响，对