用于EMI/RFI吸波材料性能比较的简单的试验室技术

      随着工程师们需要遵循的辐射电磁干扰（EMI）规范的不断增多，市场上开始出现各种类型的EMI吸波材料。一般而言，市场上所提供的这些吸波材料的厚度很薄并具有很好的外形柔韧性，再加上其背面带有粘合剂的设计使得我们能够很容易地将这些吸波材料应用到一些不符合电磁干扰和射频干扰（EMI/RFI）相关规范的产品表面。因此，选择合适的吸波材料就成为符合EMI/RFI相关规范、维护系统性能完好的一个关键因素。

     在10MHz到3000MHz的频率范围内，大部分吸波材料都会采用加入有损耗的磁性材料（例如，羰基铁或者铁氧体粉末等）的方式来削弱其表面电流。这些表面电流源于有害EMI和导体的相互作用，而且它们的出现还会导致电磁场的二次辐射，因此为了保证产品符合相关规范，通常都会设法降低该表面电流。除此之外，这些表面电流还可能会对其它电路造成干扰，妨碍系统的正常运行。

     比较不同生产厂家提供的吸波材料的性能需要花费大量的金钱和时间。考虑到EMI测试试验室每天几千美元的费用，试错试验（trial and error testing）的次数必须被限制到最少。因此，通过携带若干种可能会使用到的吸波材料到EMI试验室进行测试以确定效果最好的一种材料的方法已经被证明是一种非常昂贵的解决方法。而本文所介绍的这种简单的表面电流减小测试装置（SCRF）则允许我们对各种吸波材料样品的性能进行快速、简单的比较，从而缩小吸波材料的选择范围，确定某频率范围内具体EMI问题所需的性能最好的一种或两种吸波材料。

     SCRF装置主要由两个经过静电屏蔽的磁场环形天线构成，而且通过将它们小心地放置在相互垂直的位置上可以在相关频率范围内获得70dB甚至更高的隔离度。SCRF中的一个环形天线被连接到射频（RF）扫频源，而另一个环形天线则被连接到RF扫频接收机。如果将一块与产品壳体相仿的导体板放置在接近两环形天线的一个固定的位置上，那么就会在导体表面产生电流，该表面电流所产生的二次辐射会被环形天线接收，由此造成的天线接收信号的增大的典型值约为20 dB到30dB。在此基础上，如果在导体板上覆盖某种EMI吸波材料的样品并重复上述测试过程，就可以测量得到电磁场二次辐射的减小量。我们可以利用这种二次辐射的减小量来对不同吸波材料的吸波性能进行对比。

     测试装置的构造

    加工制造出一个如图1所示的探头并不困难。该探头是由带固体Teflon@绝缘层的#24 AWG导线在一个1.5厘米的心轴上绕两圈而得到的。加大直径、提高圈数会提高该探头的测量灵敏度，而其相应的代价就是最高使用频率的降低。        环天线的一端被焊接到同轴线的芯线上，而另一端则被焊接到同轴线的屏蔽层上。除了在环天线和同轴线的连接点所正对的一部分圆环处有一个小的间隙之外，环天线的其它部分都被铜带完全覆盖。如果没有这个小的间隙，那么环天线就会被完全短路，电场和磁场也会被屏蔽，环天线也就无法完成测量。另外，铜带和同轴线的屏蔽层之间、前后交叠的铜带之间连接则是通过大量使用焊料来完成的。依照上述方法我们可以加工两个相同的环天线。如图1所示的探头所适用的频率范围在3MHz到600MHz之间。

        如图2所示，不论是选择加工还是购买环天线，两个环天线都必须被小心地放置在相互垂直的位置上，以便获得两天线之间的最小耦合；而用于支撑测试装置的平台则可以简单的用木头和塑料来实现。如前所述，测试装置中的一个探头会被连接到RF扫频源，而另一个探头则会被连接到扫频接收机上。如果测试试验室内装备有矢量网络分析仪，那么只要其RF信号源和接收端口之间的隔离度大于70dB，则综合了频谱分析仪功能和扫频信号源功能的网络分析仪就能很好的完成本项测试任务。另外，测试过程中环天线必须被固定在介质材料上，例如木头和塑料。基本的测试装置并不复杂，通过在木块上插入螺丝钉就可以得到一个如图2所示的简单的测试装置。
        构建测试装置过程中最困难的一步就是调整天线之间的相对位置以获得两天线之间的最小耦合。首先，我们可以将某个探头粘附在支撑平台上。然后，在支撑平台的二维面上仔细调整第二个探头的位置从而使得两探头之间的耦合最小。当第二个探头的大致位置确定以后，我们可以对第二个探头采用施加高温、快速定型热熔胶的方法来进行固定。因为刚刚施加的热熔胶还没有凝固，所以我们可以继续手动微调第二个探头的位置；当热熔胶凝固之后，第二个探头就可以被精确地放置在耦合度最小的位置上了。经过一个小时仔细的试错和调整，我们可以用热熔胶的方法在两个十倍频程的范围内实现80dB的隔离度。另外，在测试装置的同轴线上加入一个或若干个夹扣磁环会有助于我们在更大的频率范围内达到试验所需的至少70dB的隔离度。