EMI/RF吸波材料性能分析

隨著工程師們需要遵循的輻射電磁干擾(EMI)規(guī)范的不斷增多，市場(chǎng)上開(kāi)始出現(xiàn)各種類(lèi)型的EMI吸波材料。一般而言，市場(chǎng)上所提供的這些吸波材料的厚度很薄并具有很好的外形柔韌性，再加上其背面帶有粘合劑的設(shè)計(jì)使得我們能夠很容易地將這些吸波材料應(yīng)用到一些不符合電磁干擾和射頻干擾(EMI/RFI)相關(guān)規(guī)范的產(chǎn)品表面。因此，選擇合適的吸波材料就成為符合EMI/RFI相關(guān)規(guī)范、維護(hù)系統(tǒng)性能完好的一個(gè)關(guān)鍵因素。

　　在10MHz到3000MHz的頻率范圍內(nèi)，大部分吸波材料都會(huì)采用加入有損耗的磁性材料(例如，羰基鐵或者鐵氧體粉末等)的方式來(lái)削弱其表面電流。這些表面電流源于有害EMI和導(dǎo)體的相互作用，而且它們的出現(xiàn)還會(huì)導(dǎo)致電磁場(chǎng)的二次輻射，因此為了保證產(chǎn)品符合相關(guān)規(guī)范，通常都會(huì)設(shè)法降低該表面電流。除此之外，這些表面電流還可能會(huì)對(duì)其它電路造成干擾，妨礙系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

　　比較不同生產(chǎn)廠家提供的吸波材料的性能需要花費(fèi)大量的金錢(qián)和時(shí)間?？紤]到EMI測(cè)試試驗(yàn)室每天幾千美元的費(fèi)用，試錯(cuò)試驗(yàn)(trialanderrortesting)的次數(shù)必須被限制到最少。因此，通過(guò)攜帶若干種可能會(huì)使用到的吸波材料到EMI試驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試以確定效果最好的一種材料的方法已經(jīng)被證明是一種非常昂貴的解決方法。而本文所介紹的這種簡(jiǎn)單的表面電流減小測(cè)試裝置(SCRF)則允許我們對(duì)各種吸波材料樣品的性能進(jìn)行快速、簡(jiǎn)單的比較，從而縮小吸波材料的選擇范圍，確定某頻率范圍內(nèi)具體EMI問(wèn)題所需的性能最好的一種或兩種吸波材料。

　　SCRF裝置主要由兩個(gè)經(jīng)過(guò)靜電屏蔽的磁場(chǎng)環(huán)形天線(xiàn)構(gòu)成，而且通過(guò)將它們小心地放置在相互垂直的位置上可以在相關(guān)頻率范圍內(nèi)獲得70dB甚至更高的隔離度。SCRF中的一個(gè)環(huán)形天線(xiàn)被連接到射頻(RF)掃頻源，而另一個(gè)環(huán)形天線(xiàn)則被連接到RF掃頻接收機(jī)。如果將一塊與產(chǎn)品殼體相仿的導(dǎo)體板放置在接近兩環(huán)形天線(xiàn)的一個(gè)固定的位置上，那么就會(huì)在導(dǎo)體表面產(chǎn)生電流，該表面電流所產(chǎn)生的二次輻射會(huì)被環(huán)形天線(xiàn)接收，由此造成的天線(xiàn)接收信號(hào)的增大的典型值約為20dB到30dB。在此基礎(chǔ)上，如果在導(dǎo)體板上覆蓋某種EMI吸波材料的樣品并重復(fù)上述測(cè)試過(guò)程，就可以測(cè)量得到電磁場(chǎng)二次輻射的減小量。我們可以利用這種二次輻射的減小量來(lái)對(duì)不同吸波材料的吸波性能進(jìn)行對(duì)比。

　　測(cè)試裝置的構(gòu)造

　　加工制造出一個(gè)如圖1所示的探頭并不困難。該探頭是由帶固體Teflon@絕緣層的#24AWG導(dǎo)線(xiàn)在一個(gè)1.5厘米的心軸上繞兩圈而得到的。加大直徑、提高圈數(shù)會(huì)提高該探頭的測(cè)量靈敏度，而其相應(yīng)的代價(jià)就是最高使用頻率的降低。

　　圖1.實(shí)驗(yàn)室加工制造的屏蔽環(huán)(頻率范圍：2MHz-600MHz)

　　環(huán)天線(xiàn)的一端被焊接到同軸線(xiàn)的芯線(xiàn)上，而另一端則被焊接到同軸線(xiàn)的屏蔽層上。除了在環(huán)天線(xiàn)和同軸線(xiàn)的連接點(diǎn)所正對(duì)的一部分圓環(huán)處有一個(gè)小的間隙之外，環(huán)天線(xiàn)的其它部分都被銅帶完全覆蓋。如果沒(méi)有這個(gè)小的間隙，那么環(huán)天線(xiàn)就會(huì)被完全短路，電場(chǎng)和磁場(chǎng)也會(huì)被屏蔽，環(huán)天線(xiàn)也就無(wú)法完成測(cè)量。另外，銅帶和同軸線(xiàn)的屏蔽層之間、前后交疊的銅帶之間連接則是通過(guò)大量使用焊料來(lái)完成的。依照上述方法我們可以加工兩個(gè)相同的環(huán)天線(xiàn)。如圖1所示的探頭所適用的頻率范圍在3MHz到600MHz之間。

　　通過(guò)商業(yè)渠道訂購(gòu)適合的探頭會(huì)更加經(jīng)濟(jì)、更加省時(shí)。下面列出的一些生產(chǎn)廠家所提供的屏蔽環(huán)天線(xiàn)的樣品都會(huì)明確給出其各自的適用頻率范圍，可以作為參考。

　　ARATechnologies,DeerPark,NY;www.aratech-inc.com

　　Com-Power,LakerForest,CA;www.com-power.com

　　CredenceTecnologies,Soquel,CA;www.credencetech.com

　　Electro-Metrics,Johnstown,NY;www.electro-metrics.com

　　EMCTestSystems,CedarPark,TX;www.emctest.com

　　FischerCustomerCommunications,Torrance,CA;www.fischercc.com

　　如圖2所示，不論是選擇加工還是購(gòu)買(mǎi)環(huán)天線(xiàn)，兩個(gè)環(huán)天線(xiàn)都必須被小心地放置在相互垂直的位置上，以便獲得兩天線(xiàn)之間的最小耦合;而用于支撐測(cè)試裝置的平臺(tái)則可以簡(jiǎn)單的用木頭和塑料來(lái)實(shí)現(xiàn)。如前所述，測(cè)試裝置中的一個(gè)探頭會(huì)被連接到RF掃頻源，而另一個(gè)探頭則會(huì)被連接到掃頻接收機(jī)上。如果測(cè)試試驗(yàn)室內(nèi)裝備有矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，那么只要其RF信號(hào)源和接收端口之間的隔離度大于70dB，則綜合了頻譜分析儀功能和掃頻信號(hào)源功能的網(wǎng)絡(luò)分析儀就能很好的完成本項(xiàng)測(cè)試任務(wù)。另外，測(cè)試過(guò)程中環(huán)天線(xiàn)必須被固定在介質(zhì)材料上，例如木頭和塑料?；镜臏y(cè)試裝置并不復(fù)雜，通過(guò)在木塊上插入螺絲釘就可以得到一個(gè)如圖2所示的簡(jiǎn)單的測(cè)試裝置。

　　圖2.在沒(méi)有導(dǎo)體板的情況下兩環(huán)天線(xiàn)耦合最小時(shí)的相對(duì)位置