電纜的輻射問題

　　電纜的輻射問題是工程中最常見的問題之一，90%以上的設備（主要是含脈沖電路的設備）不能通過輻射發射試驗都是由于電纜輻射造成的。電纜產生輻射的機理有兩種，一種是電纜中的信號電流（差模電流）回路產生的差模輻射，另一種是電纜中的導線（包括屏蔽層）上的共模電流產生的。電纜的輻射主要來自共模輻射。共模輻射是由共模電流產生的，共模電流的環路面積是由電纜與大地（或鄰近其它大型導體）形成的，因此具有較大的環路面積，會產生較強的輻射 。

　　共模電流是如何產生的往往是許多人困惑的問題。要理解這個問題，首先明確共模電壓是導致共模電流的根本原因，共模電壓就是電纜與大地（或鄰近的其它大型導體）之間的電壓。從共模電壓出發，尋找導致共模電流的原因就容易了，而導致一個問題的原因一旦清楚，解決這個問題就不是很困難了。電纜上的共模電流產生的原因有以下幾點：差模電流泄漏導致的共模電流。即使電纜中包含了信號回線，也不能保證信號電流100%從回線返回信號源，特別是在頻率較高的場合，空間各種雜散參數為信號電流提供了第三條，甚至更多的返回路徑。這種共模電流雖然所占的比例很小，但是由于輻射環路面積大，輻射是是不能忽視的。

　　不要試圖通過將電路與大地“斷開”（將線路板與機箱之間的地線斷開，或將機箱與大地之間的地線斷開）來減小共模電流，從而減小共模輻射。將電路與大地斷開僅能夠在低頻減小共模電流，高頻時寄生電容形成的通路已經阻抗很小。共模電流主要由雜散電容產生。當然，如果共模輻射的問題主要發生在低頻，將線路板或機箱與大地斷開會有一定效果。從共模電流產生的機理可知，減小這種共模電流的有效方法是減小差模回路的阻抗，從而促使大部分信號電流從信號地線返回。

　　一般信號線與回線靠得越近，則差模電流回路的阻抗越小。一個典型的例子就是同軸電纜，由于同軸電纜的回流電流均勻分布在外皮上，其等效電流與軸心重合，因此回路面積為零，差模阻抗接近為零，幾乎100%的信號電流從同軸電纜的外皮返回信號源，共模電流幾乎為零，所以共模輻射很小。另一方面，由于差模電流回路的面積幾乎為零，差模輻射也很小，所以同軸電纜的輻射是很小的。對于高頻信號，用同軸電纜傳述可以避免輻射。實際上，這與我們傳統上用同軸電纜傳輸高頻信號，以減小信號的損耗的目的具有相同的本質。因為信號的損耗小了，自然說明泄漏的成份少了，而這部分泄漏就是電纜的輻射。

　　線路板的地線噪聲導致的共模電流。信號地線就是信號的回流線，因此，地線上的兩點之間必然存在電壓，對于高頻電路而言，這些就是高頻噪聲電壓，它作為共模電壓驅動電纜上的共模電流，導致共模輻射。線路板設計一章中提供的各種減小地線阻抗的設計方法，可以用來減小地線上的噪聲，從而減小共模電壓。一種推薦的方法是在電纜端口設置“干凈地”。所謂干凈地就是這塊地線上沒有可以產生噪聲的電路，因此地線上的局部電位幾乎相等。如果機箱是金屬機箱，將這塊干凈地與金屬機箱連接起來。機箱內電磁波空間感應導致的共模電流。

　　機箱內總是充滿了電磁波的，這些電磁波會在電纜上感應出共模電壓，另外，電纜端口的附近也會有一些產生高頻電磁場的電路，這些電路與電纜之間存在著電容性耦合和電感性耦合，在電纜上形成共模電壓。電磁感應產生的共模電壓。需要注意的是，機箱內的電磁波大多由電路的差模輻射所至，在線路板設計一章，我們討論了脈沖信號差模輻射的頻譜，可知其頻率范圍是很寬的。這導致了共模電壓的頻率往往遠高于我們所預期的值。