3. EMI辐射源类型与耦合路径

在近场扫描中，探头拾取到的磁场或电场分布，本质上是不同辐射机制叠加后的结果。若不能区分辐射源类型，扫描图只能看到“哪里强”，却无法回答“为什么强、该改哪里”。本节围绕四类最常见的辐射机制展开：差模辐射、共模辐射、电缆与缝隙辐射、PCB走线与过孔辐射，并给出它们在近场图上的典型特征与判别思路。

一、差模辐射：小环天线的近场表现

差模电流在信号走线与回流路径之间形成闭合回路，回路面积 A 决定辐射效率。其远场电场强度可近似写为：

E ≈ 1.316e-14 · f² · A · I / r   (V/m)
其中：f 单位 MHz，A 单位 cm²，I 单位 mA，r 单位 m

该式说明差模辐射与频率平方、回路面积、电流成正比。在近场扫描中，差模源表现为紧贴走线回路、磁场呈偶极子状、H 场强于 E 场的特征。用磁场探头沿走线扫描时，会在回路两侧出现两个极性相反的峰值；回路面积越大，峰值间距越宽。典型教学示例：一条 5 cm 长、回流路径距走线 2 mm 的微带线，回路面积约 0.1 cm²，在 100 MHz、20 mA 条件下，按上式估算 3 m 处场强约 0.5 μV/m，属于较低水平；若回流路径被割裂使回路面积增至 5 cm²，场强将上升约 50 倍，这是差模辐射恶化的常见原因。

二、共模辐射：电缆与长导体的“天线效应”

共模辐射由共模电流驱动，其路径是导体对参考地（或自由空间）的分布电容。共模辐射可近似为单极天线模型：

E ≈ 1.257e-6 · f · L · I_cm / r   (V/m)
其中：f 单位 MHz，L 单位 m，I_cm 单位 mA，r 单位 m

与差模不同，共模辐射与频率一次方成正比，且对导体长度 L 极为敏感。当电缆长度接近 λ/4 时发生谐振，辐射效率急剧上升。近场扫描中，共模源的典型特征是：沿电缆或长导体方向出现连续、同相的场分布，E 场与 H 场均较强，且场强随远离 PCB 而衰减缓慢。例如一根 1 m 长的排线，在 30 MHz 时 λ/4 约 2.5 m，尚未谐振；到 75 MHz 时 λ/4 约 1 m，恰好谐振，此时即使共模电流只有几微安，也能产生显著辐射。因此，共模问题的排查重点往往不在 PCB 本身，而在电缆、连接器、金属外壳与地平面的搭接。

三、电缆与缝隙辐射：结构不连续处的泄漏

电缆辐射通常由共模电流激励，而缝隙辐射则源于屏蔽体或机箱上的开口。缝隙可等效为磁流源，其辐射强度与缝隙最长边尺寸 l 和波长之比相关。当 l ≥ λ/2 时，缝隙成为有效辐射体。近场扫描中，缝隙辐射表现为沿缝隙边缘的磁场集中、缝隙开口处电场增强，且场分布与缝隙形状高度吻合。对于机箱散热孔阵，若孔间距小于 λ/10，可近似为连续屏蔽；若孔阵总长度接近 λ/2，则整体泄漏显著。教学示例：一个 300 mm × 200 mm 机箱，在 300 MHz 时 λ = 1 m，λ/2 = 500 mm，机箱最长边 300 mm 尚未达到谐振，但若有一条 150 mm 长的接缝未良好搭接，其等效缝隙在 1 GHz（λ = 300 mm，λ/2 = 150 mm）时即成为强辐射源。

四、PCB走线与过孔辐射特征

PCB 上的辐射源可分为三类：走线、过孔和参考平面。走线辐射以差模为主，但若走线跨越分割地平面，回流被迫绕行，形成大回路，辐射显著增强。过孔辐射则表现为垂直电流产生的磁场，在近场扫描中呈现以过孔为中心的环形磁场分布。当过孔用于层间切换且回流过孔缺失时，信号电流与回流电流路径不重合，形成等效小环，其辐射效率随频率升高而增加。参考平面上的缝隙或开槽会迫使回流绕行，同样增大回路面积。教学示例：一条 100 MHz 时钟线从顶层经过孔切换到内层，若过孔旁 2 mm 内无回流过孔，信号回流需绕行至最近的地过孔，假设绕行距离 10 mm，则等效回路面积增加约 10 mm × 走线长度，辐射可能上升 10～20 dB。因此，高速信号过孔旁应就近放置回流过孔，间距建议小于 λ/20。

五、四类辐射源的判别要点

在实际近场扫描中，可按以下顺序快速判别：先用磁场探头沿走线扫描，若出现紧贴走线的偶极子分布，优先怀疑差模；若场沿电缆或长导体连续同相，且 E 场与 H 场均较强，优先怀疑共模；若场集中在机箱缝隙或孔阵边缘，检查缝隙长度与 λ/2 的关系；若场以过孔为中心呈环形，检查回流过孔是否缺失。需要强调的是，四类机制往往同时存在，扫描图是叠加结果，判别时应结合频率、探头类型和被测对象结构综合判断，必要时通过断开电缆、贴铜箔屏蔽缝隙、增加回流过孔等方式逐一验证。