射频干扰

为保证电路性能,在进行射频电路印制电路板( PCB)设计时应考虑电磁兼容性,这对于减小系统电磁信息辐射具有重要的意义。文中重点讨论按元器件的布局与布线原则来最大限度地实现电路的性能指标,达到抗干扰的设计目的。通过几个实验测试事例,分析了影响印制板抗干扰性能的几个不同因素,说明了印制板制作过程中应采取的实际的解决办法。   引　言   随着通信技术的发展,无线射频电路技术运用越来越广,其中的射频电路的性能指标直接影响整个产品的质量,射频电路印制电路板( PCB)的抗干扰设计对于减小系统电磁信息辐射具有重要的意义。射频电路PCB的密度越来越高, PCB设计的好坏对抗干扰能力影响很大,同一电路,不同的PCB设计结构,其性能指标会相差很大。电磁干扰信号如果处理不当,可能造成整个电路系统的无法正常工作,因此如何防止和抑制电磁干扰,提高电磁兼容性,就成为设计射频电路PCB时的一个非常重要的课。   电磁兼容性EMC是指电子系统在的电磁环境中按照设计要求能正常工作的能力。电子系统所受的电磁干扰不仅来自电场和磁场的辐射,也有线路公共阻抗、导线间耦合和电路结构的影响。在研制设计电路时,希望设计的印制电路板尽可能不易受外界干扰的影响,而且也尽可能小地干扰影响别的电子系统。   设计印制板首要的任务是对电路进行分析,确定关键电路。这就是要识别哪些电路是干扰源,哪些电路是敏感电路,弄清干扰源可能通过什么路径干扰敏感电路。射频电路工作频率高,干扰源主要是通过电磁辐射来干扰敏感电路,因此射频电路PCB板抗干扰设计的目的是减小PCB板的电磁辐射和PCB 板上电路之间的串扰。   1　射频电路板设计   1. 1　元器件的布局    由于SMT一般采用红外炉热流焊来实现元器件的焊接,因而元器件的布局影响到焊点的质量,进而影响到产品的成品率。而对于射频电路PCB设计而言,电磁兼容性要求每个电路模块尽量不产生电磁辐射,并且具有一定的抗电磁干扰能力,因此元器件的布局也影响到电路本身的干扰及抗干扰能力,直接关系到所设计电路的性能。故在进行射频电路PCB 设计时除了要考虑普通PCB设计时的布局外,主要还须考虑如何减小射频电路中各部分之间的相互干扰、如何减小电路本身对其他电路的干扰以及电路本身的抗干扰能力。   根据经验,射频电路效果的好坏不仅取决于射频电路板本身的性能指标,很大部分还取决于与CPU处理板间的相互影响,因此在进行PCB设计时,合理布局显得尤为重要。布局的总原则是元器件应尽可能同一方向排列,通过选择PCB进入熔锡系统的方向来减少甚至避免焊接不良的现象;根据经验元器件间最少要有0.5mm的间距才能满足元器件的熔锡要求,若PCB板的空间允许,元器件的间距应尽可能宽。对于双面板一般应设计一面为SMD及SMC元件,另一面则为分立元件。   布局中应注意 :    1)首先确定与其他PCB 板或系统的接口元器件在PCB板上的位置,必须注意接口元器件间的配合问题(加元器件的方向等) ;    2)因为掌上用品的体积都很小,元器件间排列很紧凑,因此对于体积较大的元器件,必须优先考虑,确定出相应位置,并考虑相互间的配合问题;    3)认真分析电路结构,对电路进行分块处理(加高频放大电路、混频电路及解调电路等) ,尽可能将强电信号和弱电信号分开,将数字信号电路和模拟信号电路分开,完成同一功能的电路应尽量安排在一定的范围之内,从而减小信号环路面积;各部分电路的滤波网络必须就近连接,这样不仅可以减小辐射,而且可以减少被干扰的机率,提高电路的抗干扰能力;    4)根据单元电路在使用中对电磁兼容性敏感程度不同进行分组。对于电路中易受干扰部分的元器件在布局时还应尽量避开干扰源(比如来自数据处理板上CPU的干扰等) 。   1. 2　布　线    在基本完成元器件的布局后,就可开始布线了。布线的基本原则为:在组装密度许可情况下,尽量选用低密度布线设计,并且信号走线尽量粗细一致,有利于阻抗匹配。   对于射频电路,信号线的走向、宽度、线间距的不合理设计,可能造成信号传输线之间的交叉干扰;另外,系统电源自身还存在噪声干扰,所以在设计时频电路PCB时一定要综合考虑,合理布线。布线时,所有走线应远离PCB板的边框2 mm左右,以免PCB板制作时造成断线或有断线的隐患。   电源线要尽可能宽,以减少环路电阻,同时使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致,以提高抗干扰能力;所布信号线应尽可能短,并尽量减少过孔数目;各元器件间的连线越短越好,以减少分布参数和相互间的电磁干扰;对不相容的信号线应尽量相互远离,且尽量避免平行走线,而在正反两面的信号线应相互垂直;布线时在需要拐角的地方应以135°角为宜,避免拐直角。   布线时与焊盘直接相连的线条不宜太宽,走线应尽量离开不相连的元器件,以免短路;过孔不宜画在元器件上,且应尽量远离不相连的元器件,以免在生产中出现虚焊、连焊、短路等现象。在射频电路PCB设计中,电源线和地线的正确布线显得尤其重要,合理的设计是克服电磁干扰的最重要的手段。   PCB上相当多的干扰源是通过电源和地线产生的,其中地线引起的噪声干扰最大。地线容易形成电磁干扰的主要原因在于地线存在阻抗。当有电流流过地线时,就会在地线上产生电压,从而产生地线环路电流,形成地线的环路干扰。当多个电路共用一段地线时,就会形成公共阻抗耦合,从而产生所谓的地线噪声。 射频干扰就是电磁波所带来的干扰。如两个频率相差不多的电磁波会同时被接收机接收造成干扰。在离发射台近的地方会有谐波干扰。干扰其他的接收设备. 射频是一种高频交流电,也就是通常所说的电磁波.射频干扰就是电磁波所带来的干扰.如两个频率相差不多的电磁波会同时被接收机接收造成干扰. 在离发射台近的地方会有谐波干扰.干扰其他的接收设备.发射相同频率的电磁波可干扰敌人的电台 射频干扰根据干扰的对象，主要分为通信干扰、雷达干扰、导航干扰、制导干扰、引信干扰及敌我识别干扰等。通信干扰是指在无线电通信传输过程中引入射频干扰信号，以扰乱或破坏敌方无线电通信。雷达干扰是指利用有源和无源干扰，破坏雷达对真正目标的探测和跟踪。导航干扰是指对无线电导航系统进行的干扰。制导干扰是指干扰无线电指令遥控制导和雷达制导系统。引信干扰是指对敌方武器的无线电近炸引信实施干扰。敌我识别干扰是指利用模拟敌方的回答信号而进行的欺骗干扰。   射频干扰的基本方式按其产生方法可分为有源干扰和无源干扰。有源干扰也称积极干扰或主动干扰，即主动发射或转发电磁能量，扰乱或欺骗敌方电子设备，使其不能正常工作或被欺骗造成错觉。无源干扰也叫消极干扰，即干扰器材本身不发射无线电波，而是靠反射和吸收敌方电子设备发射的电磁波来干扰其工作。无源干扰主要作用于雷达、雷达制导、激光测距装置等以接收反射电波来工作的各类电子设备。 什么是射频Radio Frequency ，简称RF。射频就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。 射频技术的分类： 自动识别技术 自动设备识别技术是目前国际上发展很快的一项新技术， 英文名称为 Automatic Equipment Identification，简称AEI。 该项技术的基本思想是通过采用一些先进的技术手段，实现人们对各类物体或设备（人员、物品）在不同状态（移动、静止或恶劣环境）下的自动识别和管理。 目前应用最广泛的自动识别技术大致可以分为两个方面：光学技术和无线电技术两个方面。其中光学技术中普遍应用的产品有：条形码和摄像两大类。这两类产品目前已广泛应用于人们的日常生活中，并已为人们所熟知。比如：条形码用于商品管理，摄像用于抓拍违章车辆等。 射频识别技术 射频识别技术依其采用的频率不同可分为低频系统和高频系统两大类；根据电子标签内是否装有电池为其供电，又可将其分为有源系统和无源系统两大类；从电子标签内保存的信息注入的方式可将其分为集成电路固化式、现场有线改写式和现场无线改写式三大类；根据读取电子标签数据的技术实现手段，可将其分为广播发射式、倍频式和反射调制式三大类。 1.低频系统一般指其工作频率小于30MHz，典型的工作频率有：125KHz、225KHz、13.56MHz等,这些频点应用的射频识别系统一般都有相应的国际予以支持。其基本特点是电子标签的成本较低、标签内保存的数据量较少、阅读距离较短（无源情况，典型阅读距离为10cm）电子标签外形多样（卡状、环状、钮扣状、笔状）、阅读天线方向性不强等。 2.高频系统一般指其工作频率大于400MHz，典型的工作频段有：915MHz、2450MHz、5800MHz等。高频系统在这些频段上也有众多的国际标准予以支持。高频系统的基本特点是电子标签及阅读器成本均较高、标签内保存的数据量较大、阅读距离较远（可达几米至十几米），适应物体高速运动性能好、外形一般为卡状、阅读天线及电子标签天线均有较强的方向性。 3.有源电子标签内装有电池，一般具有较远的阅读距离，不足之处是电池的寿命有限（3~10年）；无源电子标签内无电池，它接收到阅读器（读出装置）发出的微波信号后，将部分微波能量转化为直流电供自己工作，一般可做到免维护。相比有源系统，无源系统在阅读距离及适应物体运动速度方面略有限制...... 2006年11月，辛格林纳新时达iAStar奥莎电梯专用变频器通过了由TUV机构进行的电磁兼容性与信息技术设备的安全两项CE认证。   1）EMC电磁兼容訡E认证。执行标准EN12015:2004和EN12016:2004。EN12015:2004 Electromagnetic compatibility - Product family standard for lifts, escalators and moving walks ?C Emission电磁兼容性―电梯、自动扶梯和自动人行道产品系列标准―发射。该项标准主要考量本产品对外界其他产品或电网的骚扰。奥莎变频器试验项目包括传导骚扰、辐射骚扰等。EN12016:2004 Electromagnetic compatibility - Product family standard for lifts, escalators and moving walks ?C Immunity电磁兼容性―电梯、自动扶梯和自动人行道产品系列标准―抗扰度。该项标准主要考量电网和其他设备对本产品的抗干扰能力。奥莎变频器试验项目包括静电放电抗扰度、传导抗扰度、辐射抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、浪涌抗扰度等。   2）信息技术设备的安全CE认证。执行标准EN60950-1 Information technology equipment-Safety信息技术设备的安全。该项标准是一种强制性安全标准，主要考察设备的安全性能，包括设备的电气间隙、爬电距离、绝缘、工作电压、设备的过载性能、重要保护功能的冗余工作等。依据此标准，奥莎变频器主要做了以下试验：变压器的工作电压、变压器过载、变压器内部线圈的绝缘强度、变频器的工作电压、变频器的负载试验、导线的绝缘、PCB上导线与导线、导线与过孔之间的安全距离等。（成爱军）