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，市場上開始出現(xiàn)各種類型的EMI吸波材料。一般而言，市場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)還會導(dǎo)致電磁場的二次輻射，因此為了保證產(chǎn)品符合相關(guān)規(guī)范，通常都會設(shè)法降低該表面電流。除此之外，這些表面電流還可能會對其它電路造成干擾，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)大量的金錢和時(shí)間?？紤]到EMI測試試驗(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，通過攜帶若干種可能會使用到的吸波材料到EMI試驗(yàn)室進(jìn)行測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單的表面電流減小測試裝置(SCRF)則允許我們對各種吸波材料樣品的性能進(jìn)行快速、簡單的比較，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)過靜電屏蔽的磁場環(huán)形天線構(gòu)成，而且通過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)形天線被連接到射頻(RF)掃頻源，而另一個(gè)環(huán)形天線則被連接到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)形天線的一個(gè)固定的位置上，那么就會在導(dǎo)體表面產(chǎn)生電流，該表面電流所產(chǎn)生的二次輻射會被環(huán)形天線接收，由此造成的天線接收信號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)上述測試過程，就可以測量得到電磁場二次輻射的減小量。我們可以利用這種二次輻射的減小量來對不同吸波材料的吸波性能進(jìn)行對比。

　　測試裝置的構(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)會提高該探頭的測量靈敏度，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)天線的一端被焊接到同軸線的芯線上，而另一端則被焊接到同軸線的屏蔽層上。除了在環(huán)天線和同軸線的連接點(diǎn)所正對的一部分圓環(huán)處有一個(gè)小的間隙之外，環(huán)天線的其它部分都被銅帶完全覆蓋。如果沒有這個(gè)小的間隙，那么環(huán)天線就會被完全短路，電場和磁場也會被屏蔽，環(huán)天線也就無法完成測量。另外，銅帶和同軸線的屏蔽層之間、前后交疊的銅帶之間連接則是通過大量使用焊料來完成的。依照上述方法我們可以加工兩個(gè)相同的環(huán)天線。如圖1所示的探頭所適用的頻率范圍在3MHz到600MHz之間。

　　通過商業(yè)渠道訂購適合的探頭會更加經(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)天線的樣品都會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買環(huán)天線，兩個(gè)環(huán)天線都必須被小心地放置在相互垂直的位置上，以便獲得兩天線之間的最小耦合;而用于支撐測試裝置的平臺則可以簡單的用木頭和塑料來實(shí)現(xiàn)。如前所述，測試裝置中的一個(gè)探頭會被連接到RF掃頻源，而另一個(gè)探頭則會被連接到掃頻接收機(jī)上。如果測試試驗(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源功能的網(wǎng)絡(luò)分析儀就能很好的完成本項(xiàng)測試任務(wù)。另外，測試過程中環(huán)天線必須被固定在介質(zhì)材料上，例如木頭和塑料?；镜臏y試裝置并不復(fù)雜，通過在木塊上插入螺絲釘就可以得到一個(gè)如圖2所示的簡單的測試裝置。

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