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(shí)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(duì)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(guó)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(cè)試以確保其對(duì)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(duì)PCB進(jìn)行布局，但實(shí)際情況是此時(shí)的產(chǎn)品已經(jīng)設(shè)計(jì)定型亟待上市，重新修改PCB、投板，會(huì)增大生產(chǎn)成本，錯(cuò)失商機(jī)。因此研究無線數(shù)據(jù)卡輻射雜散的抑制具有一定的實(shí)際意義。1 雜散抑制原理1.1 電場(chǎng)屏蔽原理為方便分析，不妨把電場(chǎng)感應(yīng)看成是分布電容間的耦合。圖1為電場(chǎng)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(duì)地電容。圖2是電場(chǎng)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(gè)分布電容C3和C4，其中C3被屏蔽板短路到地，它不會(huì)對(duì)B點(diǎn)的電場(chǎng)感應(yīng)產(chǎn)生影響。而實(shí)際上受感應(yīng)物B的對(duì)地和對(duì)屏蔽板的分布電容C2與C4處于并聯(lián)的位置上(因?yàn)槠帘伟迨墙拥氐?。這樣，受感應(yīng)物B的感應(yīng)電壓UB應(yīng)當(dāng)是A點(diǎn)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(shí)的C1值，故UB值要遠(yuǎn)小于未屏蔽時(shí)的UB值4。?1.2 磁場(chǎng)屏蔽原理磁場(chǎng)屏蔽通常是對(duì)直流或甚低頻磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽，其效果比對(duì)電場(chǎng)屏蔽和電磁場(chǎng)屏蔽要差得多，因此磁場(chǎng)屏蔽是個(gè)棘手的問題。磁場(chǎng)屏蔽主要依賴于高導(dǎo)磁材料所具有的低磁阻，對(duì)磁通起著分路的作用，使得屏蔽體內(nèi)部的

4、磁場(chǎng)大大減弱5，如圖3所示。?1.3 電磁場(chǎng)屏蔽原理電磁場(chǎng)屏蔽是利用屏蔽體阻止電磁場(chǎng)在空間傳播的一種措施。與電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽原理不同，電磁屏蔽體對(duì)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(chǎng)屏蔽原理如圖4所示。在電磁場(chǎng)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(shí)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(cè)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(dòng)。通常以S表示屏蔽效能，以H0(E0)表示入射的電磁場(chǎng)強(qiáng)度，而以H1(E1)表示經(jīng)過屏蔽物后的電磁場(chǎng)強(qiáng)度，則電場(chǎng)的屏蔽效能為：磁場(chǎng)的屏蔽效能為：此外，當(dāng)電磁波穿過任何金

5、屬物時(shí)，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(xiàng)；當(dāng)P大于15dB時(shí)，C可忽略不計(jì)，C是由屏蔽體內(nèi)反射波所引起的。式(3)中的各項(xiàng)可以視為相對(duì)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(chǎng)源(如距離/2的環(huán))的反射損耗為：2 屏蔽設(shè)計(jì)及結(jié)果分

6、析2.1 屏蔽設(shè)計(jì)在分析屏蔽原理的基礎(chǔ)上，給出實(shí)際中無線數(shù)據(jù)卡屏蔽設(shè)計(jì)?？紤]到無線數(shù)據(jù)卡工作在復(fù)雜電磁環(huán)境中，要對(duì)上述三種場(chǎng)做到有效屏蔽，必須兼顧各自的特點(diǎn)。實(shí)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(jì)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(shí)的UB值，從而起到良好的電場(chǎng)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(dá)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(shí)際經(jīng)驗(yàn)，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(jì)。2.2 無線數(shù)據(jù)卡輻射雜散測(cè)試方法無線數(shù)據(jù)卡常規(guī)的測(cè)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(cè)試儀呼叫來測(cè)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(jì)好的金屬屏蔽盒加到一款實(shí)際的GSM無線數(shù)據(jù)卡上，按照上述輻射雜散測(cè)試方法，可以得到數(shù)據(jù)卡屏蔽前后的輻射雜散實(shí)際測(cè)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(gè)頻點(diǎn)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(cè)試結(jié)果如圖6(b)，可以清楚地看到這幾個(gè)雜散點(diǎn)被抑制掉了，此時(shí)的測(cè)試結(jié)果顯示輻射雜散指標(biāo)合格。圖6中的903MHz這個(gè)點(diǎn)是無線數(shù)據(jù)卡的工作頻點(diǎn)，非雜散點(diǎn)。目前國(guó)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