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Abgestrahlte Emissionen Schätzung

Schätzt abgestrahlte Fernfeld-Emissionen einer PCB-Stromschleife mit dem Kleinschleifen-Antennenmodell. Vergleich mit CISPR 22/FCC Klasse B.

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Formel

E ≈ 263 × f² × A × I / r [V/m, f in MHz, A in m²]

Referenz: Henry Ott, Electromagnetic Compatibility Engineering

f— Frequency (MHz)
A— Loop area (m²)
I— Loop current (peak) (A)
r— Distance (m)

Wie es funktioniert

Strahlungsemissionen von Leiterplatten werden hauptsächlich durch Stromschleifen verursacht — Spuren, die hochfrequenten Strom von kleinen Schleifenantennen übertragen. Das elektrische Feld in der Entfernung r von einer kleinen Stromschleife im freien Raum wird durch E ≈ 263 × f² × A × I/r [V/m] approximiert, wobei f in MHz, A die Schleifenfläche in m² und I der Spitzenstrom in A ist, wobei f in MHz ist, A die Schleifenfläche in m² ist und I der Spitzenstrom in A ist. Umrechnen in die übliche Maßeinheit: E [dBμV/m] = 20·logelevλ (E × 10¹). CISPR 22 Class B legt einen Strahlungsgrenzwert von 40 dBμV/m bei 3 m für Frequenzen 30—230 MHz fest. Spielraum = 40 − E_gemessen [dBμV/m]. Die Reduzierung der Schleifenfläche (engere Bodenrückführung) oder der Schaltfrequenz ist oft effektiver als eine nachträgliche Abschirmung.

Bearbeitetes Beispiel

Problem: Ein PCB-Schaltwandler zieht 10 mA Spitzenleistung bei 100 MHz durch eine Schleife von 1 cm². Wie hoch ist das geschätzte E-Feld bei 3 m, und wie groß ist der Abstand gegenüber CISPR 22 Klasse B? Lösung: 1. Einheiten umrechnen: I = 10 mA = 0,01 A; A = 1 cm² = 1×10¾ m²; f = 100 MHz; r = 3 m 2. E = 263 × 100² × 1×10⁄4 × 0,01/3 = 263 × 10.000 × 10^³ × 0,01/3 = 263 × 10.000 × 3,33×10⁄3 = 8,77 μV/m 3. E [dBμV/m] = 20 · logarithmus (8,77) = 18,9 dBμV/m 4. Spielraum = 40 − 18,9 = 21,1 dB Ergebnis: Der Abstand von 21 dB ist angenehm, aber es gibt wahrscheinlich mehrere Schleifen auf der Leiterplatte, sodass der kumulative Effekt höher sein kann. Reduzieren Sie die Schleifenfläche oder den Schaltstrom, um den Spielraum zu verbessern.

Praktische Tipps

  • ✓Minimierung der Schleifenflächen: Leitet Rückströme direkt unter den Signalspuren, verwendet eine feste Massefläche und sorgt dafür, dass Entkopplungskondensatoren in der Nähe des ICs bleiben.
  • ✓Verwenden Sie die Faustregel: Wenn Sie die Schleifenfläche halbieren, wird das E-Feld um 6 dB reduziert — das ist in der Regel günstiger als das Hinzufügen eines abgeschirmten Gehäuses.
  • ✓Verwenden Sie für Pre-Compliance-Scans eine H-Feld-Sonde im Nahfeld, um die dominante Emissionsschleife zu identifizieren, bevor Sie Änderungen vornehmen.

Häufige Fehler

  • ✗Unter der Annahme, dass die Formel einen genauen Absolutwert liefert, handelt es sich um eine einfache Fernfeldschätzung, bei der die Reflexionen der Bodenebene, der Antennenfaktor der Empfangsantenne und die Kopplung mehrerer Quellen ignoriert werden.
  • ✗Vergessen wir, dass die Emissionen mit f² zunehmen — eine Verdoppelung der Frequenz vervierfacht das emittierte Feld; aus diesem Grund sind Hochfrequenzuhren die dominierende Emissionsquelle.
  • ✗CISPR 22 misst nur in einer Entfernung von 3 m und ist im Passiermodus, muss von 30 MHz auf 1 GHz gewechselt werden; Spitzenemissionen treten häufig bei höheren Oberschwingungen der Schaltfrequenz auf.

Häufig gestellte Fragen

CISPR 22 (jetzt ersetzt durch CISPR 32) legt Grenzwerte für Multimediageräte fest, die hauptsächlich in Europa verwendet werden. FCC Part 15 Klasse B verwendet ähnliche Grenzwerte (40—43 dBμV/m bei 3 m unter 230 MHz). Beide konvergieren in der Praxis zu ungefähr den gleichen Werten.
Ja, aber nur ungefähr. Eine Mikrostreifenspur über einer Grundebene bildet eine partielle Schleife; die effektive Schleifenfläche wird durch die Leiterbahnhöhe über der Ebene und ihre Länge bestimmt. Die Formel liefert eine nützliche Schätzung der Größenordnung für Entwurfsentscheidungen, die im Vorfeld der Einhaltung der Vorschriften getroffen wurden.
Nur als grober Indikator. Die Formel geht von einer einzelnen isolierten Schleife im freien Raum aus. Echte Produkte haben viele Schleifen, Resonanzen und Reflexionen. Verwenden Sie es für vergleichende Konstruktionsanalysen (welcher Fix reduziert die Emissionen stärker?) statt absoluter Pass/Fail-Vorhersage.

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