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微波功率模块电磁兼容关键问题分析

2010-05-123960

1. 2微波同轴系统EMC设计分析
    SSA本身为一超小型固态放大器,作为Mini-TWT的前级功放,通过同轴电缆与Mini-T WT相连接;Mini-T WT输出为带SMA接头的同轴电缆,A_与EPC相邻很近,因此,在MPM内部,传输高频信号,导线近场藕合也是EMI的主要来源。各部分电磁辐射在使用中突出表现为对弱信号传输干扰,会使MPM的功能变坏,稳定性变差,而A., S SA和Mini-T WT两端都有一些连接结构,势必存在微波辐射泄露。另一个问题是电缆谐振,所谓电缆谐振,就是射频能量经电缆藕合进入电了设备,这是最常见的主要渠道,尤其当采用没有屏蔽的电缆时,电缆的所有导体上都会感应出共模电流。此时在电缆的第一个谐振点出现之前,外界场在其上感应的电流随频率增高而平稳地增大;第一个谐振点以后,将出现一系列峰值和零值,电缆的电磁藕合在这些电缆谐振频率点上增强。电缆的谐振频率是由电缆长度和电缆末端负载决定的。

1. 3  MPM系统级EMC设计分析
    (1) M PM总体电磁拓扑分析
    M PM可以看成一个高密度集成的功率放大器,内部的结构设计、热设计与电磁兼容性设计是相辅相成的,需要对MPM系统内的电磁能量分布进行电磁拓扑分析,以便从满足总体电磁兼容性设计的角度为MPM总体结构设计和热设计提供设计依据。
    (2)接地
    在MPM总体EM C设计中,接地是一个关键问题。良好的参考点或接地板是抗干扰设备可靠运行的基础,理想情况下要求能实现零电位、零阻抗,而这一点对于以高速度开关状态工作的MPM是十分困难的。接地系统的有效性取决于减少接地系统的电位差和地电流的程度,屏蔽电缆和屏蔽体的接地结构直接决定了屏蔽效果。一个不好的接地系统,往往使这些杂散寄生的电压、电流藕合到电路、分系统或设备中去,从而使一个屏蔽很好的单元的屏蔽效果下降,在一定程度上抵消了滤波器的作用并产生EMI问题。

    接地对于M PM整机的电磁兼容性非常重要,是防止系统中一个点所产生或使用的电磁场、电压或电流通过公共接地电阻转移对其他电路构成干扰的关键。要考虑电源地、系统地、信号地、综合搭接与合理布局等诸多因素,因此接地也是实现M PM良好电磁兼容性设计的关键因素。

2 研究方法与技术途径

    通常,对电了产品进行电磁兼容性设计有两种方法ys. }}} .测试修改法和系统设计法。前者适合于比较简单的设计,而后者适合于复杂的设计。M PM
的电磁兼容性设计应采用测试修改与系统设计相结合的方法来实现,对于已有的电路设计采用测试修改法通过近场测试来实现,对整体结构和关键部件采用系统设计法,通过理论分析和计算机电磁建模仿真手段来进行。

2. 1近场测试
 利用电磁兼容测试环境和近场测试设备对M PM样机电磁兼容的各项指标进行全面的摸底测量,实现对传导干扰的预测、分析、诊断和最终控制。
借助高频阻抗分析仪对各种无源器件如电阻器、电感器和电容器的高频等效寄生参数进行测量。

2. 2  EPC电磁拓扑分析
    开关电源EMI产生的机理与建立其仿真分析模型是紧密关联的。EPC的理论分析与计算机仿真基于电磁拓扑的分解和分析} ;. } a}。第一步就要进行无源器件和印刷电路的寄生参数的提取和高频建模,计算三维结构的分布参数矩阵,包括分布电感、分布电容、频变电阻和频变电导。例如,可采用电磁场计算软件HFSS,对印刷线路板进行高频建模,提取印刷线路板的杂散参数,用高频阻抗分析仪H P4194A测量无源元件的高频寄生参数。第二步要对变压器进行分析。变压器的高频建模非常重要,特别是共模EMI电平的高低对电磁兼容特性有着显著的影响。变压器的许多寄生参数,例如:漏感、原副边之问的分布电容等都需要采用数值建模和实验测量的方法来得到这些绕组特性参数。例如,可以使用Ansoft公司的Maxw ell仿真软件,输入变压器的绕组和磁芯的儿何尺寸和媒质的电磁参
数,再利用数值计算方法计算出各点的寄生电容和电感等参数。对于高频变压器的情形可以采用类似的方法进行。总的思路是:在所建立的理论的和数值的模型基础上,推导出变压器在不同工作状态下的阻抗特性(如:原副边绕组开路,短路的不同组合)方程,然后测量这些状态下的阻抗,将测量结果与阻抗方程相拟合给出设计参量。

2. 3射频系统计算机仿真
    同传导干扰的建模相比,辐射干扰的建模相对复杂些,而目_,辐射干扰的建模是以传导干扰精确仿真为基础。射频系统的辐射干扰可以采用商业软件HFSS及MWS(微波工作室)进行辐射场仿真的方式进行。通过此部分研究,为M PM总体电磁兼容性设计提供保证。

2. 4建立MPM系统级电磁兼容评估方法和调整策略
    通过对EPC ,射频系统、接地等各部分电磁兼容性的研究,最终确定如何选择合适的开关电源电路拓扑、滤波、设计合理的元器件布局及PCB板布线等儿方面的电磁兼容性设计考虑。采用正确的接地汉蔽滤波等措施来抑制开关电源和射频系统产生的辐射干扰,形成MPM电磁兼容评估办法,保证M PM在应用上具有良好电磁兼容特性。
    借助先进的CAD技术,在PCB板级电磁干扰预测的基础上,通过计算机对M PM部件分布进行三维空问的电磁干扰仿真,可以充分考虑过孔、分层、布线对电磁干扰的影响,得到电磁干扰图。

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