開(kāi)關(guān)電源類(lèi)產(chǎn)品輻射發(fā)射垂直極化數據異常分析

在電磁兼容（EMC）測試中，開(kāi)關(guān)電源類(lèi)產(chǎn)品的輻射發(fā)射測試常呈現垂直極化方向數據顯著(zhù)高于水平極化方向的現象?？蛻?hù)在測試過(guò)程中往往僅關(guān)注垂直極化數據，而忽略水平極化方向的結果。本文從測試機理、電磁波極化原理及實(shí)際產(chǎn)品特性三方面，系統分析該現象的成因及工程意義。

一、測試系統與極化概念解析

1. 測試系統構成
輻射發(fā)射測試在3m/10m法電波暗室中進(jìn)行，核心設備包括：

· 轉臺系統：承載被測設備（EUT），實(shí)現360°方位角掃描

· 天線(xiàn)塔系統：支持1-4m高度調節，配備雙錐/對數周期天線(xiàn)，可切換垂直/水平極化模式

· 測量鏈路：LISN（線(xiàn)路阻抗穩定網(wǎng)絡(luò )）、EMI接收機、光通信系統構成完整測試通道

2. 電磁波極化機制
電磁波作為橫波，其電場(chǎng)矢量（E）與傳播方向垂直。極化狀態(tài)分為：

· 線(xiàn)極化：E矢量固定于單一平面（垂直/水平）

· 圓極化：E矢量端點(diǎn)軌跡為圓

· 橢圓極化：E矢量端點(diǎn)軌跡為橢圓

極化匹配是能量有效傳輸的前提。當接收天線(xiàn)極化方向與來(lái)波極化方向存在夾角θ時(shí)，極化損失系數Lp（dB）滿(mǎn)足： 

垂直極化波被水平極化天線(xiàn)接收時(shí)，θ=90°，Lp趨近于無(wú)窮大，形成極化隔離。

3. 天線(xiàn)極化特性
雙錐天線(xiàn)（30MHz-300MHz）與對數周期天線(xiàn)（300MHz-1GHz）的極化特性受以下因素影響：

· 結構參數：振子長(cháng)度、間距及饋電方式

· 安裝姿態(tài)：垂直安裝時(shí)，高頻段等效分布電容增加，導致輸入阻抗降低

· 場(chǎng)強分布：遠場(chǎng)區E/H場(chǎng)嚴格正交，近場(chǎng)區存在容性/感性耦合分量

二、垂直極化數據異常成因分析

1. 物理結構耦合效應
開(kāi)關(guān)電源類(lèi)產(chǎn)品存在多重垂直極化輻射源：

· 線(xiàn)纜耦合：AC電源線(xiàn)、控制線(xiàn)纜常垂直于參考地平面，與垂直極化天線(xiàn)形成最大耦合系數。實(shí)驗表明，線(xiàn)纜高度每增加10cm，垂直極化場(chǎng)強增幅達3-5dBμV/m。

· 結構縫隙：金屬外殼縫隙可等效為磁偶極子源，其輻射場(chǎng)強在垂直方向存在峰值。

· PCB走線(xiàn)：數字電路高頻信號線(xiàn)（如開(kāi)關(guān)管驅動(dòng)信號）產(chǎn)生的共模電流，在垂直方向形成強輻射場(chǎng)。

對于電場(chǎng)天線(xiàn)其電磁波的輻射形成示意圖如下：

2. 天線(xiàn)阻抗特性影響

根據傳輸線(xiàn)理論，當源阻抗（Zs=50Ω）與負載阻抗（ZL）不匹配時(shí)，反射系數τ滿(mǎn)足：

水平極化時(shí)阻抗降低導致反射損耗增加，實(shí)際接收場(chǎng)強下降。

天線(xiàn)測量輻射的能量轉換如下：

3. 極化混合效應

現代電源產(chǎn)品輻射場(chǎng)包含復合極化分量：

· 開(kāi)關(guān)管高頻開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的奇次諧波，以垂直極化為主

· 控制電路數字信號（如PWM）包含橢圓極化分量

· 散熱風(fēng)扇等旋轉部件產(chǎn)生圓極化噪聲

在半電波暗室中，鐵氧體吸波材料對垂直極化波的吸收效率較水平極化波低8-12dB，導致垂直極化方向殘余場(chǎng)強增強。

三、工程實(shí)踐與整改建議

1. 測試方法優(yōu)化

· 雙極化同步監測：建議同時(shí)記錄垂直/水平極化數據，取最大值作為合規判定依據

· 頻譜特征分析：通過(guò)時(shí)域/頻域聯(lián)合分析，識別主要輻射源極化特性

· 近場(chǎng)掃描定位：使用H場(chǎng)探頭定位PCB級輻射熱點(diǎn)

2. 整改技術(shù)路徑

· 線(xiàn)纜管理：

· 采用垂直方向屏蔽電纜（如SF/UTP）

· 電源線(xiàn)增加鐵氧體磁環(huán)，抑制共模電流

· 結構優(yōu)化：

· 金屬外殼縫隙采用導電膠填充，降低磁偶極子輻射

· PCB布局遵循"3W原則"，減少高頻環(huán)路面積

· 濾波設計：

· 輸入端增加π型LC濾波器（L=10μH，C=100nF）

· 開(kāi)關(guān)管驅動(dòng)信號端并聯(lián)100pF陶瓷電容，抑制高頻分量

四、結論

開(kāi)關(guān)電源類(lèi)產(chǎn)品垂直極化數據異常是多重物理機制耦合的結果：

1. 垂直安裝的線(xiàn)纜/結構件與天線(xiàn)形成最大耦合

2. 天線(xiàn)水平姿態(tài)下的阻抗失配導致接收效率下降

3. 暗室吸波材料對不同極化波的吸收特性差異

工程實(shí)踐中應建立"雙極化監測-根源分析-系統整改"的閉環(huán)流程，重點(diǎn)關(guān)注：

· 垂直方向輻射源的抑制（線(xiàn)纜/結構/PCB）

· 天線(xiàn)極化匹配優(yōu)化（阻抗/方向圖）

通過(guò)系統化的EMC設計改進(jìn)，可實(shí)現垂直/水平極化數據的均衡控制，可盡量降低產(chǎn)品的EMI噪聲，保證產(chǎn)品RE符合要求。