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[導讀]1 引 言  防主要有三項措施,即屏蔽、濾波和接地。往往單純采用屏蔽不能提供完整的電磁干擾防護,因為設備或系統(tǒng)上的電纜是最有效的干擾接收與發(fā)射天線。許多設備單臺做實驗時都沒有問題,但當兩臺設備連接起來以

1 引 言

  防主要有三項措施,即屏蔽、濾波和接地。往往單純采用屏蔽不能提供完整的電磁干擾防護,因為設備或系統(tǒng)上的電纜是最有效的干擾接收與發(fā)射天線。許多設備單臺做實驗時都沒有問題,但當兩臺設備連接起來以后,就不滿足電磁兼容的要求了,這就是電纜起了接收和輻射天線的作用。唯一的措施就是加濾波器,切斷電磁干擾沿信號線或電源線傳播的路徑,與屏蔽共同構(gòu)成完美的電磁干擾防護,無論是抑制干擾源、消除耦合或提高接收電路的抗能力。都可以采用。

  2 線上干擾的類型

  線上的干擾電流按照其流動路徑可以分為兩類:一類是差模干擾電流,另一類是共模干擾電流。差模干擾電流是在火線和零線之間流動的干擾電流,共模干擾電流是在火線、零線與大地(或其它參考物體)之間流動的干擾電流,由于這兩種干擾的抑制方式不同,因此正確辨認干擾的類型是實施正確濾波方法的前提。

  

兩種干擾


       共模干擾一般是由來自外界或電路其它部分的干擾電磁波在電纜與“地”的回路中感應產(chǎn)生的,有時由于電纜兩端的接“地”電位不同,也會產(chǎn)生共模干擾。它對電磁兼容的危害很大,一方面,共模干擾會使電纜線向外發(fā)射出強烈的電磁輻射,干擾電路的其它部分或周邊電子設備;另一方面,如果電路不平衡,在電纜中不同導線上的共模干擾電流的幅度、相位發(fā)生差異時,共模干擾則會轉(zhuǎn)變成差模干擾,將嚴重影響正常信號的質(zhì)量,所以人們都在努力抑制共模干擾。
  
       差模干擾主要是電路中其它部分產(chǎn)生的電磁干擾經(jīng)過傳導或耦合的途徑進入信號線回路,如高次諧波、自激振蕩、電網(wǎng)干擾等。由于差模干擾電流與正常的信號電流同時、同方向在回路中流動,所以它對信號的干擾是嚴重的,必須設法抑制。
  
       綜上所述可知,為了達到電磁兼容的要求,對共模干擾和差模干擾都應設法抑制。

  3 濾波器的分類

  濾波器是由集中參數(shù)的電阻、電感和電容,或分布參數(shù)的電阻、電感和電容構(gòu)成的一種網(wǎng)絡。這種網(wǎng)絡允許一些頻率通過,而對其它頻率成份加以抑制。根據(jù)要濾除的干擾信號的頻率與工作頻率的相對關(guān)系,干擾濾波器有低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器等種類。

 

 

低通濾波器的類型


       低通濾波器是最常用的一種,主要用在干擾信號頻率比工作信號頻率高的場合。如在數(shù)字設備中,脈沖信號有豐富的高次諧波,這些高次諧波并不是電路工作所必需的,但它們卻是很強的干擾源。因此在數(shù)字電路中,常用低通濾波器將脈沖信號中不必要的高次諧波濾除掉,而僅保留能夠維持電路正常工作最低頻率。電源線濾波器也是低通濾波器,它僅允許50Hz的電流通過,對其它高頻干擾信號有很大的衰減。

  ●常用的低通濾波器是用電感和電容組合而成的,電容并聯(lián)在要濾波的信號線與信號地之間(濾除差模干擾電流)或信號線與機殼地或大地之間(濾除共模干擾電流)電感串聯(lián)在要濾波的信號線上。按照電路結(jié)構(gòu)分,有單電容型(C型),單電感型,L型和反Γ型,T型,π型。

  ●高通濾波器用于干擾頻率比信號頻率低的場合,如在一些靠近電源線的敏感信號線上濾除電源諧波造成的干擾。

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 ●帶通濾波器用于信號頻率僅占較窄帶寬的場合,如通信接收機的天線端口上要安裝帶通濾波器,僅允許通信信號通過。

  ●帶阻濾波器用于干擾頻率帶寬較窄,而信號頻率較寬的場合,如距離大功率電臺很近的電纜端口處要安裝帶阻頻率等于電臺發(fā)射頻率的帶阻濾波器。

  不同結(jié)構(gòu)的濾波電路主要有兩點不同:

  1.電路中的濾波器件越多,則濾波器阻帶的衰減越大,濾波器通帶與阻帶之間的過渡帶越短。

  2.不同結(jié)構(gòu)的濾波電路適合于不同的源阻抗和負載阻抗,它們的關(guān)系應遵循阻抗失配原則。但要注意的是,實際電路的阻抗很難估算,特別是在高頻時(電磁干擾問題往往發(fā)生在高頻),由于電路寄生參數(shù)的影響,電路的阻抗變化很大,而且電路的阻抗往往還與電路的工作狀態(tài)有關(guān),再加上電路阻抗在不同的頻率上也不一樣。因此,在實際中,哪一種濾波器有效主要靠試驗的結(jié)果確定。

  4 濾波器的基本原理

  濾波器是由電感和電容組成的低通濾波電路所構(gòu)成,它允許有用信號的電流通過,對頻率較高的干擾信號則有較大的衰減。由于干擾信號有差模和共模兩種,因此濾波器要對這兩種干擾都具有衰減作用。其基本原理有三種:

  A)利用電容通高頻隔低頻的特性,將火線、零線高頻干擾電流導入地線(共模),或?qū)⒒鹁€高頻干擾電流導入零線(差模);

  B)利用電感線圈的阻抗特性,將高頻干擾電流反射回干擾源;

  C)利用干擾抑制鐵氧體可將一定頻段的干擾信號吸收轉(zhuǎn)化為熱量的特性,針對某干擾信號的頻段選擇合適的干擾抑制鐵氧體磁環(huán)、磁珠直接套在需要濾波的電纜上即可。

  5 電源濾波器高頻插入損耗的重要性

  盡管各種標準中關(guān)于傳導發(fā)射的限制僅到30MHz(舊軍標到50MHz,新軍標到10MHz),但是對傳導發(fā)射的抑制絕不能忽略高頻的影響。因為,電源線上高頻傳導電流會導致輻射,使設備的輻射發(fā)射超標。另外,瞬態(tài)脈沖敏感度試驗中的試驗波形往往包含了很高的頻率成份,如果不濾除這些高頻干擾,也會導致設備的敏感度試驗失敗。

  電源線濾波器的高頻特性差的主要原因有兩個,一個是內(nèi)部寄生參數(shù)造成的空間耦合,另一個是濾波器件的不理想性。因此,改善高頻特性的方法也是從這兩個方面著手。

  內(nèi)部結(jié)構(gòu):濾波器的連線要按照電路結(jié)構(gòu)向一個方向布置,在空間允許的條件下,電感與電容之間保持一定的距離,必要時,可設置一些隔離板,減小空間耦合。

  電感:按照前面所介紹的方法控制電感的寄生電容。必要時,使用多個電感串聯(lián)的方式。

  差模濾波電容:電容的引線要盡量短。要理解這個要求的含義:電容與需要濾波的導線(火線和零線)之間的連 線盡量短。如果濾波器安裝在線路板上,線路板上的走線也會等效成電容的引線。這時,要注意保證時機的電容引線最短。

  共模電容:電容的引線要盡量短。對這個要求的理解和注意事項同差模電容相同。但是,濾波器的共模高頻濾波特性主要靠共模電容保證,并且共模干擾的頻率一般較高,因此共模濾波電容的高頻特性更加重要。使用三端電容可以明顯改善高頻濾波效果。但是要注意三端電容的正確使用方法。即,要使接地線盡量短,而其它兩根線的長短對效果幾乎沒有影響。必要時可以使用穿心電容,這時,濾波器本身的性能可以維持到1GHz以上。

  特別提示:當設備的輻射發(fā)射在某個頻率上不滿足標準的要求時,不要忘記檢查電源線在這個頻率上的共模傳導發(fā)射,輻射發(fā)射很可能是由這個共模發(fā)射電流引起的。

  6 濾波器的選擇

  根據(jù)干擾源的特性、頻率范圍、電壓和阻抗等參數(shù)及負載特性的要求,適當選擇濾波器,一般考慮:其一,要求濾波器在相應工作頻段范圍內(nèi),能滿足負載要求的衰減特性,若一種濾波器衰減量不能滿足要求時,則可采用多級聯(lián),可以獲得比單級更高的衰減,不同的濾波器級聯(lián),可以獲得在寬頻帶內(nèi)良好衰減特性。其二,要滿足負載電路工作頻率和需抑制頻率的要求,如果要抑制的頻率和有用信號頻率非常接近時,則需要頻率特性非常陡峭的濾波器,才能滿足把抑制的干擾頻率濾掉,只允許通過有用頻率信號的要求。其三,在所要求的頻率上,濾波器的阻抗必須與它連接干擾源阻抗和負載阻抗相失配,如果負載是高阻抗,則濾波器的輸出阻抗應為低阻;如果電源或干擾源阻抗是低阻抗,則濾波器的輸入阻抗應為高阻;如果電源阻抗或干擾源阻抗是未知的或者是在一個很大的范圍內(nèi)變化,很難得到穩(wěn)定的濾波特性,為了獲得濾波器具有良好的比較穩(wěn)定的濾波特性,可以在濾波器輸入和輸出端,同時并接一個固定電阻。其四,濾波器必須具有一定耐壓能力,要根據(jù)電源和干擾源的額定電壓來選擇濾波器,使它具有足夠高的額定電壓,以保證在所有預期工作的條件下都能可靠地工作,能夠經(jīng)受輸入瞬時高壓的沖擊。其五,濾波器允許通過應與電路中連續(xù)運行的額定電流一致。額定電流高了,會加大濾波器的體積和重量;額定電流低了,又會降低濾波器的可靠性,其六,濾波器應具有足夠的機械強度,結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小、安裝方便、安全可靠。

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 7 濾波器的使用

  為了提高電源的品質(zhì)、電路的線性、減少各種雜波和非線性失真干擾和諧波干擾等均使用濾波器。對武器系統(tǒng)來講,使用濾波器的場所有:其一,除總配電系統(tǒng)和分配電系統(tǒng)上設置電源濾波器外,進入設備的電源均要安裝濾波器,最好使用線至線濾波器,而不使用線至地濾波器。其二,對脈沖干擾和瞬變干擾敏感的設備,使用隔離變壓器供電時,應在負端加裝濾波器。其三,對含電爆裝置的武器系統(tǒng)供電時,應加濾波器。必要時,電爆裝置的引線也要加裝濾波器。其四、各分系統(tǒng)或設備之間的接口處,應有濾波器抑制干擾,確保兼容。其五,設備和分系統(tǒng)的控制信號,其輸入和輸出端均應加濾波器或旁路電容器。

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