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1、射频无极灯研制报告（2） 成都技术支持工程师：郑国全一、 传统的电源抗辐射干扰技术传统上对EMC辐射干扰有以下几种抑制方法： 1）低辐射电路设计；2）设备的屏蔽，包括机箱的屏蔽、接线孔和接缝的屏蔽；3）隔离技术，包括设备工作环境的屏蔽；4）电源线和信号线的屏蔽；5）电源线和信号线的滤波； 在无极灯专用电源内部，会围绕开关管、续流二极管以及高频变压器产生大量的电磁干扰（EMI）杂波，这些电磁干扰杂波会沿两个途径-传导和辐射向外进行传送，对辐射干扰传统的做法是用电磁屏蔽的方法来进行抑制。屏蔽体具有减弱及反射电磁波干扰的功能：（1）当干扰电磁波的频率较高时，可用高导电率的金属材料，对外来电磁波进行抵
2、消或是反射以达到屏蔽的效果，比如用簿铜板和铝板。（2）当干扰电磁波的频率较低时，就需要采用高导磁率的材料，使磁力线被限制在屏蔽体内部，防止扩散到屏蔽区外面去，比如用纯铁板，坡莫合金板效果最好。（3）在一些特殊的场合，如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时，可以采用不同的金属材料组成双层或是多层屏蔽体。铸铝外壳具有比较良好的屏蔽电磁波干扰的性能，所以在有线电视系统及通信系统的传输线路上被使用得较多。但是完全采用屏蔽的解决方式已经显现出它有太多的弊端，随着人们更多深入的研究证明：在设备中，由于箱体上端口的设置及通风、视窗等的需求使得实际的屏蔽措施不可能形成全屏蔽电笼，端口问题是设备高频化
3、的一大威胁。另外，对设备实施了严格有效的屏蔽后，对外干扰问题虽然解决了，但电磁波干扰问题在屏蔽系统内部仍然存在，甚至因为采取了屏蔽措施反而导致干扰加剧引起设备不能正常工作的情况发生，图一就是这种情况的效果示意图，这些都是屏蔽方式存在的问题。目前一种新型的处理方法-吸波技术受得了人们越来越多的关注，并逐步以吸波方式取代屏蔽方式的抗辐射干扰主流方向发展。二、什么是电磁波吸波技术？ 吸波技术是指使用吸波材料来抑制辐射干扰的一种新型技术，它能有效吸收入射电磁波并使其衰减消耗掉，它通过吸波材料本身具有不同的衰减能力把入射电磁波转化成热能而达到吸收电磁波目的。和屏蔽方案最大的区别在于：它是通过减少干扰电磁
4、波数量的积极方式来抑制干扰，而不只是被动把它反射回去。这种材料的反射率一般低于0.001（即-30dB），但它的磁损耗率相当高。 性能优良的吸波材料有以下特点：1）入射波能够最大程度的进入材料内部，而不是在其表面产生反射，就是要求材料具有很好的电磁波匹配特性。2）进入材料内部的电磁波能迅速的被材料吸收衰减并转化成热量消耗掉，就是要求材料具有很好的电磁波衰减特性。3）材料的吸收频带要求尽量宽，希望抗电磁干扰频段范围从0.1MHz到40000MHz甚至更宽，就要求材料具有很好的频率响应特性。吸波材料的损耗机理可以分为以下几类：第一，电阻型损耗，这种类型的吸收机理与材料的导电率有关，即导电率越大，载
5、流子引起的宏观电流（包括电场变化引起的电流以及磁场变化引起的涡流）越大，从而有利于电磁能转化成为热能。第二，电介质损耗，它是一类与电极性相关的介质损耗机理，即通过介质反复极化产生的“摩擦”作用将电磁能转化成热能耗散掉。第三，磁损耗，此类吸收机理是一类与铁磁性介质的动态磁化过程有关的磁损耗，此类损耗可以细化为：磁滞损耗，旋磁涡流、阻尼损耗以及磁后效效应等，其主要来源是与磁滞机理相似的磁畴转向、磁畴位移以及磁畴自然共振等。另外，纳米材料电磁损耗机理是目前吸波材料研究的一个热点。 寻找无反射吸收材料的新配方方法及结晶体结构一直是人们寻找追求的目标。到目前为止人们已经研究了不少的电磁波吸收材料，但是还
6、无法做到完全的无反射吸收。现在实际应用中，电子与电气设备使用的吸波材料大都是低反射率的电磁波吸收材料。 现今已经实用化的吸波材料主要是铁氧体系列吸波材料（镍锌铁氧体、锰锌铁氧体、钡铁氧体等）：铁氧体吸波材料既是电介质又是磁介质，它具有电吸收和磁吸收两种功能，是性能极佳的吸波材料，它有体积小、吸波效果好、频带较宽、成本较低等优点，在军用、民用领域都得到了广泛的应用，比如在微波通信、微波暗室、隐身技术、抗电磁辐射、防止电磁污染等技术领域方面。图二是使用吸波材料来代替屏蔽反射材料的效果示意图。吸波材料的使用比较灵活方便，不用对电路做任何改变，而且可以把它粘贴在电路中辐射发射源器件上，也可以粘贴在电路
7、壳体上。在这里有必要着重说明屏蔽和吸波二者工作方式所带来的不同结果：对一个完整屏蔽体，最差它都可以提供超过100dB的屏蔽效能，但实际测试一般不超过40dB，为什么结果会相差那么大呢？这是因为屏蔽体上有窗孔、有线缆穿过所致，由于这些窗孔、缝隙以及线缆的存在，破坏了屏蔽体的完整性，也就严重影响了屏蔽的效果。但是吸波工作方式则不存在这个问题，我们还可以使用内部装配有吸波材料衬垫的专用抗辐射插头座来做输入或是输出连接用，更能够提高EMC指标。现在对吸波材料优劣评判的方法是测试它的反射率，反射率越低的我们认为它的吸波性能越好。三、射频无极灯吸波技术 随着现代科技日新月异的迅猛发展，吸波材料无论在制备技
8、术还是在性能及应用方面都有了大幅度的提高，正朝着具有宽频特性的复合化方向发展。所谓复合化是指在现今吸波材料性能指标情况下，只一种类型的材料很难满足抗电磁辐射所要求的宽频率高损耗的综合指标参数。因此要将不同种类的粉体进行复合以获得频率较宽、损耗较大的最佳吸波性能的吸波材料。从表1我们可以看到，在低频率的情况下，不管是对电场还是磁场，屏蔽的效果都是不太好的。所以相较高频与低频无极灯说来，射频无极灯的电磁波传导和辐射干扰问题就容易解决一些。过去我们一直认为工作频率高了，辐射会变得更容易，EMC的抗辐射指标要达到就更困难了，但在现在的技术条件下其实际结果不是这样。工作频率升高，意味着电磁波的波长变得更
9、短，相较于变化不大的屏蔽壳体电磁波就更容易窜出去，而对采用吸波技术来说更短波长的电磁波反而有利于吸收效果，因为现在我们得到的吸波材料，在稍高一些的频段上能够有更高的损耗率，如图3所示。目前吸波材料使用最多的是可粘贴式的薄膜贴片和可喷涂的液态涂料。烧结铁氧体使用的场合比较受限。美国3M公司和法国的GAMMA公司以及日本的TDK公司在这方面的研究和生产走在世界的前列。3M公司的很多产品在我国有售，品种较多。我国的科技工作者现在也是在奋起直追，四川绵阳有我国顶级的磁材研究机构，我国唯一一本有关磁性材料理论研究和材料开发的学术杂志就创刊编撰于此。表3是部分磁材厂家生产的产品介绍，射频无极灯所使用的全部
10、磁材及吸波材料均选自于其中。表1、 三种典型金属屏蔽体材料（厚度0.254mm）在30cm远的屏蔽效能（dB）频率/Hz铜铁铝磁场近场电场近场远场磁场近场电场近场远场磁场近场电场近场远场603.46空空3.22空空空空空1k24.89空空14.66空空空空空10k44.92212.73128.7351.50217.50134.00空空空150k69.40190.20130.40188.0308.0248.00空空空1M97.60185.40141.60391.0479.0435.0088.00176.0-15M205.0245.0225.01102.01143.01123.0174.0215.
11、0-100M418.0426.0422.01425.01434.01430.0342.0350.0-表2 部分金属材料的电场磁场吸收损耗性能金属屏蔽材料相对于铜的电导率（Cu=5.8107/m）f=150kHz时的相对磁导率f=150kHz时的吸收损耗/(dB/m)银1.05152铜1.00151铝0.61140锌0.29128黄铜0.26126镍0.20123磷青铜0.181122铁0.17100065045钢0.101000500坡莫合金0.03800002500 图4是实际射频无极灯电源（镇流器）内部元器件的布置图。其中有两点需要做说明：1）印制板使用双面金属孔化板是非常必要的，双面金属孔化板具有良好的高频特性和电磁波屏蔽特性。2）射频无极灯使用了平面变压器，并把它安装在双面金属孔化板的另一面。这会带来几个好处：第一：由于平面变压器可以贴在电源外壳的底板上，可以借助底板散热。第二：可以避免器件之间的相互干扰。第三：变压器是一个主要的发热元件，让它和二极管、三极管等其它发热元件分开安置是必要的。表3
