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如何处理屏蔽线缆的辐射问题

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发表于 2020-3-18 23:10:30 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 firefirefire 于 2020-3-18 23:13 编辑

  EMC工程师在整改过程中,处理线缆的辐射问题时,经常会采取屏蔽措施,将暴露的线缆采用导电胶带,铜箔的方式缠绕,或者直接采用带有屏蔽层的同轴线。在屏蔽的两端进行接地,有时候遇到另一端附近是插头,附近找不到合适的接地点,经常只有一头是接地处理。这样的处理方式跟不接地有多少区别,跟两端都接地又有多少区别?本文就来讨论一下这个问题。


  一、我们知道线缆辐射的产生,是由于ΔU的存在。屏蔽层中存在的ΔU正是驱动噪声不断向空间辐射的动力。这里借由仿真工具查看屏蔽层中的ΔU,我们建立一端长度为60cm的同轴线,用来模拟加屏蔽层的单线,线缆型号为RG58。


        

创建上图的spice模型,并进行电路搭建。首先,屏蔽层不做接地处理,在线缆内芯和屏蔽层两端分别放置探头,如下图。

        

激励波形为一随机的方波信号,如下图。

        

  仿真得到P3和P4的电压,如下图。

        

这里,我们定义电压P3-P4为需要的ΔU波形,经过处理后得到下图。从结果可以看到,不接地的屏蔽层中存在很高的ΔU电压信号。

        

采用同样的方法,分别仿真P3端接地、P4端接地、两端接地。得到ΔU波形并和上图中的ΔU进行比较。

        

从上图可以看出,两端接地的屏蔽效果是最好的,ΔU曲线除了前段有个接近-0.5V的小包外,其余幅值均在0.05v左右。P3接地和P4接地的效果相当,差别仅在相位上;不接地处理方式的屏蔽层存在较大的ΔU。


二、一米法远场的辐射值对比


为了验证上述结果,我们采用另一个仿真工具,建立一条同样的RG58线缆,这里对线缆内部的绝缘层进行精简处理,采用空气替代。与上面不同的是,这次我们查看的是远场结果,这里我们按照GJB151设置远场为一米法。

        

同样的,设置四组对照组,分别为两端接地、不接地、波端口接地、波尾部接地。激励波形采用第一步仿真中保存的波形参数。对其仿真结束后,将一米法的电场信号和磁场信号进行对比,如下图:电场对比和磁场对比

        


        

由于设置线缆长度的原因,166MHz处刚好有个谐振峰(没有必要的前提下,尽量缩短线缆长度,否则即使屏蔽,即使接地处理,依旧有相当强烈的EMI产生),从远场结果来看,不做接地处理的屏蔽线缆,其电场和磁场辐射值是最强的,尾部接地处理的结果要高于波端口处接地,甚至非常接近不接地处理。检查激励信号波形和P3位置的波形,将其对比发现,两波形是刚好反相位的,所以激励信号加强了屏蔽层的EMI信号,使其辐射值变大。如下图


        

相反的,波端口位置接地的波相位刚好相同,这就使屏蔽层与线芯内部信号能够相互抵消,降低了EMI信号。如下图


        

结论:

1、在必要的情况下,两端都进行接地结果是最理想的;


2、靠近信号源的接地效果要优于远离信号源接地;


       3、线缆的长度越短越好,防止因谐振造成低频EMI信号的产生,低频的EMI信号对机箱的屏蔽将会是严重的考验!
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