Кратко и по делу — сначала перечислю физические источники излучения, затем эффективные меры экранирования/развязки (с пояснениями и практическими рекомендациями).
Физические источники электромагнитного излучения
- Переменные токи в проводниках (дифференциальные и одинаково направленные — differential и common‑mode). Любой замкнутый контур — антенна.
- Быстрые фронты переключения (дискретная электроника, ШИМ, логика) — содержат гармоники на высоких частотах.
- Импульсные источники питания/DC‑DC конверторы — коммутационные переходы, паразитные ёмкости/индуктивности.
- Неполные экраны/щели, разъёмы и кабели — утечка через апертуры и проводники.
- Паразитные антенны: длинные проводники, треки PCB, кабели, шасси.
- Комутационные ДС/АС: искрение, корона, разряды (высоковольтные).
- Электромагнитные помехи от внешних источников (радиостанции, радары) — приём/индуцирование.
- Тепловые/вакуумные явления в ВЧ-усилителях (менее важно для типичной электроники).
Основные принципы подавления (в порядке: минимизировать источник → контролировать пути → экранировать)
1) Снижение генерации излучения (source reduction)
- Замедлить фронты там, где можно: увеличивать время переходов и использовать серийные резисторы/RC‑снибберы.
- Spread‑spectrum для часов (уменьшает пиковые гармоники).
- Использовать схемы с меньшим dV/dt и dI/dt, soft‑switching в силовой части.
- Выбирать топологии с минимальной паразитной индуктивностью (короткие проводники на плате).
2) PCB‑проектирование и размещение
- Минимизировать площадь замкнутых контуров сигнала + возврата (свести разнесение сигнал/возврат к минимуму).
- Сплошные контуры и силовые/земляные плоскости (минимизируют импеданс возврата). В критичных местах — стыковать через via (via stitching).
- Правильный раздел цифровых/аналоговых/силовых областей, отдельные плоскости питания, но продуманные переходы между ними (контролируемый возврат).
- Локальная декупляция: несколько конденсаторов разной ёмкости и ESR/ESL рядом с выводами питания.
- Серийная терминция для линий высокой скорости; контролируемые импедансы тракта.
3) Кабели, разъёмы и разводка
- Использовать экранированные кабели и прикреплять экран к корпусу/заземлению в одной или обеих точках в зависимости от сигнала (дифференциальные — оба конца, силовые — одна точка).
- Твистованные пары для дифференциальных сигналов; минимизация длины неэкранированных хвостов.
- Сдвоенные фильтры/входные фильтры (LC, common‑mode chokes) на входах/выходах — особенно для импульсных БП.
- Ферритовые бусины/чип‑фильтры на линиях питания и сигналов для подавления ВЧ.
4) Экранирование корпусов и ограждений
- Использовать металлические корпуса/экраны (Faraday cage) с надежным контактированием швов и дверей.
- Учитывать скин‑глубину: $\delta =\sqrt{\frac{2}{\omega \mu \sigma }}$, где $\omega =2\pi f$. Поглощение через толщину $t$ даёт прибл. потери в дБ $A_{dB}\approx 8.686\frac{t}{\delta }$.
- Контроль апертур: щели и вентиляция — основные источники утечек; апертуры значительно уменьшают эффективность экрана. Эмпирическое правило: апертура должна быть существенно меньше длины волны, например $a<\lambda /20$, где $\lambda =c/f$.
- Использование EMI‑прокладок (gaskets), проводящих покрытий и пайки по периметру для уменьшения утечек.
- Для тепловой вентиляции — металлические воздушные фильтры/псевдостекла с сеткой (honeycomb vents).
5) Развязка и заземление
- Разделение сигнальных и силовых контуров в заземлении (звёздная схема или тщательно продуманные многоплоскостные решения).
- При разъёмном/мобильном применении — контролировать точки соединения корпуса с землёй, использовать болтовое соединение с проводящей прокладкой.
- galvanic isolation (оптопары, трансформаторы сигналов, изолированные DC‑DC) для прерывания пути общих токов.
- Для ШИМ/конверторов — применять screened transformers и Faraday screens между обмотками для уменьшения общекомпонентной ЭМП.
6) Фильтрация и согласование на границах
- Feedthrough‑фильтры на вводах/выводах корпуса (комбинация конденсаторов и индукторов).
- Common‑mode chokes для подавления одинакового направления тока на кабелях.
- TVS, варисторы, RC/LC‑снибберы для импульсных помех/ЭСР.
7) Специфика для беспилотника (вес, охлаждение, EMI)
- Баланс: металлический экран тяжел, поэтому: использовать тонкие проводящие покрытия, композитные панели с проводящим слоем, местные экранные кожухи на проблемных платах вместо общего толстого корпуса.
- Применять поглощающие материалы (EMI‑поглотители) в трудных местах вместо толстого металла.
- Размещать чувствительные датчики/антенны подальше от силовой электроники; экранировать только источники помех (локальное экранирование) чтобы снизить массу.
8) Практика и верификация
- Измерения: токовые клещи для общего/дифференциального анализа, near‑field зонд, спектроанализатор; тестирование проводимости через швы/апертуры.
- Стандарты: ориентироваться на MIL‑STD‑461, RTCA DO‑160, CISPR для уровней и методик тестирования в авиации/военной технике.
- Интеграционные тесты: тестировать в конфигурации шасси UAV, включая моторы, регуляторы, антенные системы — реальные источники помех часто только при полной сборке.
Короткие практические рецепты (что первым делать)
- Снизить фронты/вводные гармоники и применить серийную терминцию.
- Локальная декупляция конденсаторами и ферритами на линиях питания.
- Экранировать высокомощные/коммутируемые узлы локально и применять common‑mode фильтры на выходах.
- Заделать щели/разъёмы экранирующими прокладками и feedthrough‑фильтрами.
- Проверка с near‑field probe и доработка наиболее «горячих» участков.
Если нужно — могу предложить приоритетный чеклист для конкретного узла (БП, плат высоких скоростей, RF‑трансивер) или рассчитать толщину экрана/поглощение для конкретной частоты.