在電磁兼容（EMC）測試中，開關(guān)電源類產(chǎn)品的輻射發(fā)射測試常呈現(xiàn)垂直極化方向數(shù)據(jù)顯著高于水平極化方向的現(xiàn)象。客戶在測試過程中往往僅關(guān)注垂直極化數(shù)據(jù)，而忽略水平極化方向的結(jié)果。本文從測試機理、電磁波極化原理及實際產(chǎn)品特性三方面，系統(tǒng)分析該現(xiàn)象的成因及工程意義。

一、測試系統(tǒng)與極化概念解析

1. 測試系統(tǒng)構(gòu)成
輻射發(fā)射測試在3m/10m法電波暗室中進行，核心設(shè)備包括：

· 轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)：承載被測設(shè)備（EUT），實現(xiàn)360°方位角掃描

· 天線塔系統(tǒng)：支持1-4m高度調(diào)節(jié)，配備雙錐/對數(shù)周期天線，可切換垂直/水平極化模式

· 測量鏈路：LISN（線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)）、EMI接收機、光通信系統(tǒng)構(gòu)成完整測試通道

2. 電磁波極化機制**
   電磁波作為橫波，其電場矢量（E）與傳播方向垂直。極化狀態(tài)分為：

· 線極化：E矢量固定于單一平面（垂直/水平）

· 圓極化：E矢量端點軌跡為圓

· 橢圓極化：E矢量端點軌跡為橢圓

極化匹配是能量有效傳輸?shù)那疤帷．?dāng)接收天線極化方向與來波極化方向存在夾角θ時，極化損失系數(shù)Lp（dB）滿足：

垂直極化波被水平極化天線接收時，θ=90°，Lp趨近于無窮大，形成極化隔離。

3. 天線極化特性
   雙錐天線（30MHz-300MHz）與對數(shù)周期天線（300MHz-1GHz）的極化特性受以下因素影響：

· 結(jié)構(gòu)參數(shù)：振子長度、間距及饋電方式

· 安裝姿態(tài)：垂直安裝時，高頻段等效分布電容增加，導(dǎo)致輸入阻抗降低

· 場強分布：遠場區(qū)E/H場嚴(yán)格正交，近場區(qū)存在容性/感性耦合分量

二、垂直極化數(shù)據(jù)異常成因分析

1. 物理結(jié)構(gòu)耦合效應(yīng)
   開關(guān)電源類產(chǎn)品存在多重垂直極化輻射源：

· 線纜耦合 ：AC電源線、控制線纜常垂直于參考地平面，與垂直極化天線形成最大耦合系數(shù)。實驗表明，線纜高度每增加10cm，垂直極化場強增幅達3-5dBμV/m。

· 結(jié)構(gòu)縫隙 ：金屬外殼縫隙可等效為磁偶極子源，其輻射場強在垂直方向存在峰值。

· PCB走線 ：數(shù)字電路高頻信號線（如開關(guān)管驅(qū)動信號）產(chǎn)生的共模電流，在垂直方向形成強輻射場。

對于電場天線其電磁波的輻射形成示意圖如下：

2. 天線阻抗特性影響

根據(jù)傳輸線理論，當(dāng)源阻抗（Zs=50Ω）與負(fù)載阻抗（ZL）不匹配時，反射系數(shù)τ滿足：

水平極化時阻抗降低導(dǎo)致反射損耗增加，實際接收場強下降。

天線測量輻射的能量轉(zhuǎn)換如下：

3. 極化混合效應(yīng)
現(xiàn)代電源產(chǎn)品輻射場包含復(fù)合極化分量：

· 開關(guān)管高頻開關(guān)產(chǎn)生的奇次諧波，以垂直極化為主

· 控制電路數(shù)字信號（如PWM）包含橢圓極化分量

· 散熱風(fēng)扇等旋轉(zhuǎn)部件產(chǎn)生圓極化噪聲

在半電波暗室中，鐵氧體吸波材料對垂直極化波的吸收效率較水平極化波低8-12dB，導(dǎo)致垂直極化方向殘余場強增強。
三、工程實踐與整改建議

1. 測試方法優(yōu)化

· 雙極化同步監(jiān)測 ：建議同時記錄垂直/水平極化數(shù)據(jù)，取最大值作為合規(guī)判定依據(jù)

· 頻譜特征分析 ：通過時域/頻域聯(lián)合分析，識別主要輻射源極化特性

· 近場掃描定位 ：使用H場探頭定位PCB級輻射熱點

2. 整改技術(shù)路徑

· 線纜管理 ：

· 采用垂直方向屏蔽電纜（如SF/UTP）

· 電源線增加鐵氧體磁環(huán)，抑制共模電流

· 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 ：

· 金屬外殼縫隙采用導(dǎo)電膠填充，降低磁偶極子輻射

· PCB布局遵循"3W原則"，減少高頻環(huán)路面積

· 濾波設(shè)計 ：

· 輸入端增加π型LC濾波器（L=10μH，C=100nF）

· 開關(guān)管驅(qū)動信號端并聯(lián)100pF陶瓷電容，抑制高頻分量

四、結(jié)論

開關(guān)電源類產(chǎn)品垂直極化數(shù)據(jù)異常是多重物理機制耦合的結(jié)果：

1. 垂直安裝的線纜/結(jié)構(gòu)件與天線形成最大耦合
2. 天線水平姿態(tài)下的阻抗失配導(dǎo)致接收效率下降
3. 暗室吸波材料對不同極化波的吸收特性差異

工程實踐中應(yīng)建立"雙極化監(jiān)測-根源分析-系統(tǒng)整改"的閉環(huán)流程，重點關(guān)注：

· 垂直方向輻射源的抑制（線纜/結(jié)構(gòu)/PCB）

· 天線極化匹配優(yōu)化（阻抗/方向圖）

通過系統(tǒng)化的EMC設(shè)計改進，可實現(xiàn)垂直/水平極化數(shù)據(jù)的均衡控制，可盡量降低產(chǎn)品的EMI噪聲，保證產(chǎn)品RE符合要求。

審核編輯 黃宇