辐射抗扰度测试实质上是与辐射发射测试相反的一个测试过程。在 PCB 中,信号从源驱动端出发,传输到负载端,再从负载端将信号回流传回至源端形成信号电流的闭环,即每个信号的传送都包含着一个环路。当外界的电磁场穿过次环路时,就会在这个环路中产生感应电压,如图下图所示:
单线 (单匝) 回路中对通过其磁场的感应电压可以根据式 (1.15) 计算。
由于
则式 (1.15) 又可以转化为式 (1.17):
式(1.16) 和式 (1.17) 中,U 为感应电压,单位为 (V); H 为磁场强度,单位为(Am^(-1)); B 为磁感应强度,单位为特斯拉 (T);u0为自由空间磁导率,u0 =4π·10^(-7)Hm^(-1);S为回路面积,单位为 (m^2)。
平面波穿过环路时,环路中也会产生感应电压,其计算公式如下:
式中,U为感应电压,单位为 (V);S 为回路面积,单位为 (m^2);E 为电场强度,单位为(V/m);F为电场的频率,单位为 (MHz)。
例如,在一个 PCB 中存在一回路面为 20 cm^2的电路,当该电路在电场强度为30 V/m的电磁场中进行辐射抗扰度测试时,在 150 MHz 频点上,该回路中产生的感应电压 U 可以通过式 (1.18) 计算如下:
U1=SEF/48 =0.0020 x30 x150/48 ≈200 (mV)
这就是辐射抗扰度测试时,产品中的电路受干扰的其中一个原因,但是从以上计算结果可以发现这个干扰电压并不高。实践中也发现按照这种原理所产生的干扰现象并不常见。
更常见的是另一种现象,即与辐射发射测试实质中单极天线或对称偶极子天线模型所对应的相反过程。当EUT 处于辐射抗扰度测试环境中时,EUT 中的电缆或其他长尺寸导体都会成为接收电磁场的天线,这些电缆或长尺寸导体端口都会感应出电压。同时,电缆或长尺寸导体上会感应出电流,感应出的电压通常是共模电压,这种感应出的电流通常是共模电流。
例如,一个带有电缆,电缆长度为L的 EUT 置于自由空间中,自由空间的电场强度为 E0,并当 L≤ λ/4 时,电缆上感应出的共模电流 I:
当 L≤λ/2 时
式 (1.19) 和式(1.20) 中,为感应电流 (mA);E0为自由空间的电场强度 (V/m);为频率 (MHz);L为等效为偶极子天线的电缆长度(或等效为单极天线的两倍长度);λ为波长 (m)。
与辐射发射一样,当 EUT 中成为接收等效天线的电缆放置在离参考接地平面h高度时,(如图下图所示),同样也有:
当 L≤λ/10 时
当 L >λ/10 时
式 (1.21) 和式 (1.22) 中,h 为辐射发射等效天线的电缆放置在离参考接地平面h的高度 ,单位为 (m);E0为自由空间中的电场强度,单位为 (V/m);E (h) 为被地平面衰减后的等效电场强度,单位为(V/m); λ为波长,单位为(m)。
这也就意味着产品中的信号线、信号电缆越靠近机柜壁或参考接地板,其所受到的辐射影响就越小。
电缆上感应出的共模电流将会沿着电缆及电缆所在的端口注人到产品中,包括内部电路中,这种共模电流干扰正常工作电路的原理与其他瞬态共模电流干扰电路的原理一样。