以下文章來源於訊號完整性 ，作者佳偉
前言:
現代電子產品的發展越來越快，產品所面對的使用環境也越來越複雜，當前各汽車廠家都在圍繞電子化、自動化、智慧化發展等，電子控制系統在汽車上有越來越多的使用，汽車系統內電子產品的電磁相容問題越來越凸顯其重要性，為了規範電子產品的電磁相容性，大部分的國家都制定了電磁相容標準，特別是軍用產品尤其嚴格。電磁相容標準是使產品在實際電磁環境中能夠正常工作的基本要求。所以為了滿足各種電磁相容標準的要求，在產品研發的過程中，就必須在每一個環節都要做好電磁控制和檢測，那麼頻譜分析儀就成為了實驗室中必不可少的一種裝置。汽車安全是當今社會所面臨的關鍵問題之一。
接下來，本文就以一款產品中出現的問題，透過頻譜分析儀測試之後查詢到問題的根源，並在去EMC認證實驗室做認證之前解決問題，使產品能順利透過認證。
1. 故障描述
該系統為軍用汽車通訊端產品，要求透過GJB151A陸軍地面裝置電磁相容試驗要求。產品在EMC實驗室測試時，CE102、CS101、CS114、RS103均順利透過試驗，但RE102測試結果如圖1所示：
圖1 30MHz～200MHz原始輻射發射
從圖1可以看出，輻射發射只能滿足固定產品要求，不能滿足陸軍地面電磁輻射要求，其中在50MHz-120MHz之間，輻射發射最大超標20dB，需要進行EMC整改。
2. 原因分析
檢視產品，整個系統為金屬遮蔽機箱，另系統有1根遮蔽航插電源線，通常情況下，金屬機箱和遮蔽線纜都有很好的遮蔽效能，如果設計得當，都能順利透過RE102輻射發射試驗，因此，懷疑金屬機箱和遮蔽線纜存在電磁洩露導致測試失敗。
所以利用實驗室的頻譜儀診斷系統並查詢輻射源，測試系統示意圖如圖2所示：
圖2 電磁干擾診斷系統示意圖
整個系統測試包含有遮蔽機箱和線纜系成如下：
（1）是德（安捷倫）科技頻譜分析儀型號：MXA N9020A ；頻寬範圍 20Hz～13。6GHz；
圖3 頻譜分析儀
（2）Langer放大器：放大電磁干擾訊號；
（3）Langer近場磁場探頭：測量接受電磁干擾訊號，探頭型別較多，如下圖4所示，一般在選擇探頭時根據測量的要求進行選擇，需要在大範圍內尋找時，使用較大的環形探頭或者是比較大的扁型的探頭；需要精確測量時，選擇針式的探頭，這種探頭可以對每一個器件或者引腳進行測量。
圖4 測試探頭
將頻譜分析儀頻段設定為10MHz-1000MHz，使用近場探頭分別測試機箱的縫隙、通風口、遮蔽線纜聯結器及線纜，發現30MHz-200MHz均有很大的電磁干擾，如下圖5所示，因此可以判定電磁干擾超標與機箱及線纜都有關。
圖5 較高的輻射
拆解機箱，如圖6所示意，發現本機箱為扳金件，機箱各個縫隙處無任何遮蔽處理措施，且機箱接縫處有漆，導致機箱縫隙導電不連續，遮蔽效能下降，從而產生很強的電磁干擾。
檢視電源線遮蔽層的端接，發現遮蔽層是透過一根細導線與金屬聯結器的外殼連線，即豬尾巴，如圖7所示：
圖6 非遮蔽機箱圖
圖7 豬尾巴遮蔽電纜
遮蔽電纜減小電纜輻射的原因主要有兩個：一是遮蔽層可以遮蔽電纜中差模訊號迴路的差模輻射；另一個是遮蔽層可以為共模電流提供一個返回路徑，從而減小了共模電流的迴路面積，從這個意義上說，返回路徑的阻抗越小越好，這樣可以將大部分共模電流旁路回共模噪聲源，具體原理如圖8所示：
圖8 遮蔽電纜降低輻射干擾原理
共模電流返回路徑的阻抗由遮蔽層自身阻抗和遮蔽層與金屬機箱之間的搭接阻抗兩部分組成。“豬尾巴”的端接方式相當於在遮蔽層上串聯了一個數十nH的電感，其一會增大遮蔽層共模電流返回路徑的阻抗，導致部分共模電流從大地返回，增大了共模電流的環路面積；其二共模電流會在遮蔽層產生共模電壓，該電壓會在遮蔽層與大地形成的環路（分佈電容或地線形成）中產生新的共模電流，導致更大的共模輻射，具體原理如圖9所示：
圖9 “豬尾巴”端接方式電磁干擾原理
3. 改進措施
考慮到本機箱遮蔽設計非常之差，且電磁干擾超標幅度較大，如果在原有機箱改動，既達不到遮蔽效能的要求也不利於產品量產，因此，重新設計遮蔽機箱，除了保證機箱縫隙良好搭接之外，對通風口也增加了通風波導，最終設計的遮蔽機箱如圖10所示。
對於遮蔽線纜，要滿足遮蔽要求，需要將線纜遮蔽層360度端接，以形成良好的導電搭接，在航空插頭的夾扣處，去除線纜絕緣套，露出遮蔽層，然後直接將遮蔽層用聯結器末端的夾子卡住，將螺絲擰緊固定，形成360度端接，如圖11所示。
圖10 重新設計的遮蔽機箱
圖11 互連電纜遮蔽層端接
經過以上整改，重新利用頻譜分析儀和近場探頭檢視機箱和互連電纜的輻射發射，此時比之前的輻射大幅降低，如下圖12所示，整改達到預期效果。
圖12 較低的輻射
4. 實驗驗證
檢查並安裝好裝置，將產品攜帶到認證實驗室進行系統的輻射發射測試，測試結果如圖13所示：
圖13 30MHz～200MHz整改後輻射發射
從圖13可以看出，整改之後輻射發射裕量達到10dB，測試順利透過。
5 總結
經過整個之後，此款產品順利的經過了認證測試。說明在產品研發的時候，儘量現在實驗室中對產品進行摸底測試，使用頻譜分析儀和近場探頭能很好的檢查出產品存在的問題，這樣不僅很方便的查詢問題，還可以節約去認證實驗室測試的費用，所以頻譜分析儀已經成為越來越多的實驗室必不可少的裝置。