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超宽带EMI滤波器的设计思路

2018年02月06日 18:33 次阅读

文章介绍超宽带EMI滤波器的设计思路,该滤波器的滤波频率可以达到40GHz甚至更高,在频率低端采用LC反射式滤波原理,在频率高端采用高性能吸波材料的吸收式滤波原理。

由于引入吸波材料,大于10GHz频段的滤波器仍然可以保证 100dB以上的插入损耗,克服了传统LC滤波器在频率高端由于电路分布参数的影响导致滤波性能下降甚至完全失效的弊端。

1.引言

近十几年来,作为微波实验基础设施的屏蔽室,其应用的频率范围不断扩展,频率高端已由1GHz增加到18GHz,甚至40GHz,预计未来的趋势还会增加到60GHz,甚至100GHz。为保证屏蔽室在整个适用频段范围的屏蔽效能,即不因电源线或信号线的引入而使干扰信号也被引入或引出屏蔽室,这就要求屏蔽室的电源滤波器和信号滤波器在同样的频段范围具有规定的插入损耗。

文中介绍的超宽带电磁干扰EMI滤波器在频率高端的处理方法是利用电介质或磁介质的电损耗或磁损耗将高频干扰信号转变成热量,从而实现滤波的效果。我们在滤波器中填充的电磁介质对于低频电磁波的吸收作用较弱,不会造成有用信号的大幅度衰减。

2.超宽带EMI滤波器的设计思路

超宽带EMI滤波器在频率低端采用LC反射式滤波原理,在频率高端采用高性能吸波材料的吸收式滤波原理。滤波器设计过程中,先根据需求方提供的通带截止频率、阻带插入损耗和额定电流以及漏电流的规定对滤波器的低频端进行计算机建模,这样就可以得到所需电感和电容的数目以及相应的元件值,进而画出相应的电路图。由于EMI滤波器只需满足要求的截止频率和插入损耗,没有特别的频率响应限制,因而低频端建模采用的是电路简单并且元器件较少的切比雪夫滤波响应,可减小滤波器的体积和重量。

低频端仅能解决100MHz以下的频段,100MHz以上的频段由于电路中导线的分布电感和电感线圈的分布电容等分布参数的影响导致LC滤波电路性能下降甚至完全失效。高频端的处理方法是加工一段空心同轴线,在同轴线的内外导体之间填充磁损耗和电损耗很高的吸波材料,将高频干扰信号在传播路径中衰减掉。同轴线内外导体之间填充的电介质或磁介质,如铁氧体、导电碳黑等多为导体,会导致同轴线内外导体短路,为此需要在内外导体之间增加一层绝缘层。

低频端的LC滤波电路在100MHz以下的频段具有较好的插入损耗性能,但是由于电路中的电感线圈和电容都是集总参数元件,当工作频率高到100MHz 时,电感线圈中的分布电容和电容器中的分布电感会变成占主导地位的参数,使这类滤波器的插入损耗性能明显恶化。在高频时,填充吸波材料的同轴线却具有良好的插入损耗特性。若要求从低频10kHz到微波波段40GHz都具有良好的EMI抑制性能,则需要将两种滤波器串接使用,这样就形成了频率低端的反射式滤波和频率高端的吸收式滤波的超宽带EMI滤波器的设计思路。

3.超宽带EMI滤波器设计的应用举例

我们以电源滤波器为例,假设需求方有如下的技术要求:通带截止频率fp=1kHz,阻带起始频率fs=10kHz,通带内衰减小于3dB,阻带内衰减大于100dB,并且阻带要延伸到40GHz的上限频率。

先处理低频端部分,采用切比雪夫逼近进行建模。切比雪夫滤波器又称为等波纹滤波器,这种滤波器的衰减在通带内呈现等起伏特性,起伏的大小标志着衰减对理想均匀特性的最大偏离程度;过渡带内的衰减具有比巴特沃斯滤波器更快的增长速率;阻带内的衰减在不考虑分布参数的条件下将呈现出单调增加的趋势。根据以上的技术要求可以确定切比雪夫滤波器的阶数为5,元器件的连接方式分为T型和π型两种。T型电路奇数项元件为电感,偶数项元件为电容,这样所需的电感数目较多,在滤波器的实际制作中影响滤波器体积的主要是电感线圈的大小,采用T型电路很容易造成滤波器体积庞大,不易放置,因此元器件的连接多半采用的是π型电路。π型电路奇数项元件为电容,偶数项元件为电感,其电路图如图1所示。

70641495672854.jpg

图中C1=6.4μF,L2=3.5mH,C3=8.4μF,L4=3.5mH,C5=6.4μF。假设输入端和输出端的负载电阻都为50Ω,对图1的电路进行拉普拉斯变换,可以求出此LC滤波电路在低频端插入损耗的频率响应,其结果如图2所示。通带内插入损耗具有起伏特性,但都不会高于3dB;过渡带插入损耗从3dB迅速上升到100dB;阻带内插入损耗呈现单调上升的趋势。

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发表于 2018-01-21 10:23 1506次阅读
SiP封装共形屏蔽简介、性能、工艺、应用及优点解...

2018全球石墨烯九大趋势:在传感器,RFID,...

石墨烯价格的下降和产品质量的提高将有效地刺激下游应用加快发展。展望2018年,石墨烯在电子、复合材料...

发表于 2018-01-19 10:13 3739次阅读
2018全球石墨烯九大趋势:在传感器,RFID,...

验证了LCL型滤波器参数设计及光伏并入配电网的逆...

从滤波器的原理入手,对单L型和LCL型滤波器原理进行对比分析,在设计方法上,对比传统的分步设计法,本...

发表于 2018-01-17 16:00 1301次阅读
验证了LCL型滤波器参数设计及光伏并入配电网的逆...

滤波器分类以及不同结构的滤波电路的不同点电分析

滤波器是由集中参数的电阻、电感和电容,或分布参数的电阻、电感和电容构成的一种网络。这种网络允许一些频...

发表于 2018-01-16 09:36 1106次阅读
滤波器分类以及不同结构的滤波电路的不同点电分析

电容和电阻是如何组成高通滤波器?原理解析

高通滤波器是一种让某一频率以上的信号分量通过,而对该频率以下的信号分量大大抑制的电容、电感与电阻等器...

发表于 2018-01-15 13:36 464次阅读
电容和电阻是如何组成高通滤波器?原理解析

数字低通滤波器的设计

本文主要介绍了数字低通滤波器的设计,数字滤波器有无限冲激响应(IIR)系统和有限冲激响应(FIR)系...

发表于 2018-01-14 15:16 457次阅读
数字低通滤波器的设计

低通滤波器参数怎么设置

本文主要介绍了低通滤波器参数怎么设置,低通滤波器是指车载功放中能够让低频信号通过而不让中、高频信号通...

发表于 2018-01-14 15:01 707次阅读
低通滤波器参数怎么设置

实际滤波器的基本参数

本文主要介绍了实际滤波器的基本参数和滤波器的主要参数。理想滤波器是不存在的,在实际滤波器的幅频特性图...

发表于 2018-01-14 14:39 271次阅读
实际滤波器的基本参数

电源EMI滤波器基本原理及结构_电源滤波器性能参...

本文主要介绍了电源EMI滤波器基本原理及结构_电源滤波器性能参数以及滤波器的技术参数及正确使用。电源...

发表于 2018-01-12 16:09 698次阅读
电源EMI滤波器基本原理及结构_电源滤波器性能参...

电源滤波器怎么接线_电源滤波器接线图

本文主要介绍了电源滤波器怎么接线_电源滤波器接线图。电源滤波器是由电容、电感和电阻组成的滤波电路,又...

发表于 2018-01-12 15:22 1242次阅读
电源滤波器怎么接线_电源滤波器接线图

电源滤波器参数

电源滤波器是由滤波电感、电容组成的无源器件。它允许工频(50Hz、60Hz、400Hz)通过,而对电...

发表于 2018-01-12 10:40 434次阅读
电源滤波器参数

电源滤波器检验规范

电源滤波器一般都设计为只由电阻、电容及电感组成的被动滤波器,没有像晶体管之类的主动元件。右图是一个电...

发表于 2018-01-12 10:18 510次阅读
电源滤波器检验规范

电源滤波器分类及应用

电源滤波器就是对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电器设备。电源滤波器的功能就是...

发表于 2018-01-12 09:46 227次阅读
电源滤波器分类及应用

设计或应用时如何攻克电源的EMI难题

随着微电子技术的高速发展,实际应用对开关电源提出更苛刻的技术要求,不仅讲究高效率、高功率密度,且为保...

发表于 2018-01-12 09:39 2085次阅读
设计或应用时如何攻克电源的EMI难题

电源滤波器型号及选型

电源滤波器是由电容、电感和电阻组成的滤波电路,又名“电源EMI滤波器”,或是“EMI电源滤波器”,一...

发表于 2018-01-12 09:05 284次阅读
电源滤波器型号及选型

利用多级滤波器来消除开关电源转换器的输出噪声

开关电源几乎用于所有电子设备中。它们由于尺寸小、成本低和效率高而具有极高的价值。但是,它们最大的缺点...

发表于 2018-01-10 09:45 748次阅读
利用多级滤波器来消除开关电源转换器的输出噪声

初学者必看,详解硬件电路设计过程与电源电路解析

献给那些刚开始或即将开始设计硬件电路的人。时光飞逝,离俺最初画第一块电路已有3年。刚刚开始接触电路板...

发表于 2018-01-07 10:10 4552次阅读
初学者必看,详解硬件电路设计过程与电源电路解析

滤波器发展与分类详解以及应用比例

1917年,美国和德国科学家分别发明了LC滤波器,次年导致了美国第一个多路复用系统的出现。20世纪5...

发表于 2018-01-05 15:00 1205次阅读
滤波器发展与分类详解以及应用比例

提出一种方环形贴片滤波器结构 通过谐振器使滤波器...

提出了一种用阶梯型阻抗方形环谐振器构成的双模微带滤波器,该滤波器引入一个方形切角作为微扰,并采用输入...

发表于 2018-01-05 11:10 998次阅读
提出一种方环形贴片滤波器结构 通过谐振器使滤波器...

图像其实是一种波,可以用波的算法处理图像

前几天读到一篇文章,它提到图像其实是一种波,可以用波的算法处理图像。我顿时有一种醍醐灌顶的感觉,从没...

发表于 2018-01-05 10:44 1288次阅读
图像其实是一种波,可以用波的算法处理图像

滤波器介绍_滤波器的应用及讨论

随着信息时代数字时代的到来,数字滤波技术已经成为一门极其重要的学科和技术领域,滤波器应用范围十分广泛...

发表于 2018-01-04 17:09 364次阅读
滤波器介绍_滤波器的应用及讨论

为什么会有工频干扰_工频干扰产生原因及解决方案

工频干扰可通过设计滤波器来进行有效的减少。本文介绍减少工频干扰的平滑滤波器、陷波器、带阻滤波器三种滤...

发表于 2018-01-04 16:03 1934次阅读
为什么会有工频干扰_工频干扰产生原因及解决方案

对于ST-T004高性能屏蔽箱主要功能和适应范围...

一款屏蔽效果100db高性能屏蔽箱,可以满足wifi、zigbee、5G、bluetooth等无线通...

发表于 2017-12-28 16:17 2217次阅读
对于ST-T004高性能屏蔽箱主要功能和适应范围...