無線數(shù)據(jù)卡輻射雜散抑制方法研究

1、    無線數(shù)據(jù)卡輻射雜散抑制方法研究        段亞軍1， 武 昌1， 李成恩2 時間:2008年04月29日     字 體: 大 中 小        關(guān)鍵詞:        摘要：關(guān)鍵詞： 無線數(shù)據(jù)卡 輻射雜散 屏蔽隨著筆記本用戶的日益增多，用戶對無線上網(wǎng)產(chǎn)生了極大的

2、需求。無線數(shù)據(jù)卡能為筆記本用戶提供方便快捷的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。在國內(nèi)外，凡要入網(wǎng)的無線數(shù)據(jù)卡都要做輻射雜散的測試以確保其對網(wǎng)絡(luò)及其他用戶和設(shè)備的安全。抑制輻射雜散的最好方法是重新對PCB進行布局，但實際情況是此時的產(chǎn)品已經(jīng)設(shè)計定型亟待上市，重新修改PCB、投板，會增大生產(chǎn)成本，錯失商機。因此研究無線數(shù)據(jù)卡輻射雜散的抑制具有一定的實際意義。1 雜散抑制原理1.1 電場屏蔽原理為方便分析，不妨把電場感應(yīng)看成是分布電容間的耦合。圖1為電場感應(yīng)示意圖，其中干擾源A和受感應(yīng)物B的電位分別為UA和UB，那么UA與UB間的關(guān)系為：式中，C1為A、B之間的分布電容，C2為受感應(yīng)物B的對地電容。圖2是電場屏蔽作用的分

3、析圖，由此可見，插入屏蔽板后，新造就了兩個分布電容C3和C4，其中C3被屏蔽板短路到地，它不會對B點的電場感應(yīng)產(chǎn)生影響。而實際上受感應(yīng)物B的對地和對屏蔽板的分布電容C2與C4處于并聯(lián)的位置上(因為屏蔽板是接地的)。這樣，受感應(yīng)物B的感應(yīng)電壓UB應(yīng)當(dāng)是A點電壓被A、B之間的剩余電容C1與并聯(lián)電容C2和C4的分壓，即：由于 C1遠(yuǎn)小于未屏蔽時的C1值，故UB值要遠(yuǎn)小于未屏蔽時的UB值4。?1.2 磁場屏蔽原理磁場屏蔽通常是對直流或甚低頻磁場進行屏蔽，其效果比對電場屏蔽和電磁場屏蔽要差得多，因此磁場屏蔽是個棘手的問題。磁場屏蔽主要依賴于高導(dǎo)磁材料所具有的低磁阻，對磁通起著分路的作用，使得屏蔽體內(nèi)部的

4、磁場大大減弱5，如圖3所示。?1.3 電磁場屏蔽原理電磁場屏蔽是利用屏蔽體阻止電磁場在空間傳播的一種措施。與電場屏蔽、磁場屏蔽原理不同，電磁屏蔽體對電磁波的衰減主要基于電磁波的反射和電磁波的吸收兩種方式6。電磁場屏蔽原理如圖4所示。在電磁場屏蔽中主要用屏蔽效能來衡量電磁屏蔽效果。屏蔽效能是電磁波經(jīng)過屏蔽物時能量被衰減的量。屏蔽效能一般隨頻率、屏蔽物的形狀與材料、屏蔽中測量的位置、電磁波的種類、電磁波的入射及極化方向的變化因素變動。通常以S表示屏蔽效能，以H0(E0)表示入射的電磁場強度，而以H1(E1)表示經(jīng)過屏蔽物后的電磁場強度，則電場的屏蔽效能為：磁場的屏蔽效能為：此外，當(dāng)電磁波穿過任何金

5、屬物時，通常有兩種類型的損耗，一是吸收損耗，一是反射損耗，因此，屏蔽效能又可寫成： SPRC(dB)(3)其中，P為吸收損耗，R為反射損耗，C為正或負(fù)的修正項；當(dāng)P大于15dB時，C可忽略不計，C是由屏蔽體內(nèi)反射波所引起的。式(3)中的各項可以視為相對于銅材料的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率，頻率f(Hz)以及所存在的各種物理參數(shù)的函數(shù)。表1為各種屏蔽材料的電特性。吸收損耗P不僅取決于、和f，而且也取決于屏蔽材料的厚度d(cm)：屏蔽體的反射損耗不僅與材料本身的特性(電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率)有關(guān)，而且還取決于源的電磁性能和屏蔽體到源之間的距離r(cm)。低阻抗磁場源(如距離/2的環(huán))的反射損耗為：2 屏蔽設(shè)計及結(jié)果分

6、析2.1 屏蔽設(shè)計在分析屏蔽原理的基礎(chǔ)上，給出實際中無線數(shù)據(jù)卡屏蔽設(shè)計?？紤]到無線數(shù)據(jù)卡工作在復(fù)雜電磁環(huán)境中，要對上述三種場做到有效屏蔽，必須兼顧各自的特點。實際中選用一款工作頻段為GSM 900MHz的無線數(shù)據(jù)卡，屏蔽板到數(shù)據(jù)卡核心芯片(如：基帶處理芯片，射頻芯片)的距離r為0.51.5mm，計算可得r/2,因此數(shù)據(jù)卡可將耦合電容C1做得很小，使得最后的分壓值UB遠(yuǎn)小于未屏蔽時的UB值，從而起到良好的電場屏蔽與隔離。屏蔽板材料選用高導(dǎo)電率、高導(dǎo)磁率的金屬(如坡莫合金)。采用全封閉的金屬屏蔽罩(全封閉是為了達到最佳屏蔽效果)。數(shù)據(jù)卡的核心芯片不要貼近金屬屏蔽罩，要留有距離r，盡量減少通過數(shù)據(jù)卡

7、的磁通。根據(jù)實際經(jīng)驗，金屬屏蔽罩壁厚一般為距離r的20%40%，并要保證接地良好。這樣就完成了一款無線數(shù)據(jù)卡的屏蔽設(shè)計。2.2 無線數(shù)據(jù)卡輻射雜散測試方法無線數(shù)據(jù)卡常規(guī)的測試輻射雜散的方法是將它直接插到筆記本中，然后用無線通信綜合測試儀呼叫來測試，以模擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境12。?2.3 屏蔽前后的效果比較將設(shè)計好的金屬屏蔽盒加到一款實際的GSM無線數(shù)據(jù)卡上，按照上述輻射雜散測試方法，可以得到數(shù)據(jù)卡屏蔽前后的輻射雜散實際測量值如圖6。圖6(a)中可以看出在未加屏蔽措施前，數(shù)據(jù)卡在100MHz、166MHz、232MHz、300MHz四個頻點上出現(xiàn)比較大的雜散，輻射雜散指標(biāo)不合格。數(shù)據(jù)卡加屏蔽措施后測試結(jié)果如圖6(b)，可以清楚地看到這幾個雜散點被抑制掉了，此時的測試結(jié)果顯示輻射雜散指標(biāo)合格。圖6中的903MHz這個點是無線數(shù)據(jù)卡的工作頻點，非雜散點。目前國內(nèi)外各大無線數(shù)據(jù)卡提供商都在采取各種措施提高其產(chǎn)品的性能指標(biāo)，以