屏蔽效果的测量

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,6, 屏蔽效果的测量,一、屏蔽室屏蔽效果的测量方法,GB12190,90,中规定了屏蔽室屏蔽效能的测量方法。,(,一,) 100Hz,20MHz,频段,、大环法：适用频段,100Hz,200KHz,模拟屏蔽室四周的磁场，测量屏蔽室整体屏蔽效能。 分为优先大环法和备用大环法（无法用优先大环法 时,）。,、优先大环法，如图,6,1,12,，大环的位置可分别选 在三个互相近似垂直的平面上,。,、,发射大环：导线为,1mm,的单匝绝缘铜线，大环是 一平行四边形（在同一平面内）,图中,l,、,w,、,h,分别是屏蔽室的长、宽、高（,m,）。,环与屏 蔽室各壁的间距,25mm,（,用橡胶杯等支起），跨越 门时可用电话线形状的卷曲线。,、,信号源：低频信号源（,1W,左右），匹配变压器，热 电偶电流表（也可通过测定串接在环内的定值电阻 上的电压降确定）。,、,检测系统,),检测环：直径,762mm,，,11,匝的环天线，在屏蔽室 中心与发射大环在同一平面内。,),测量仪,高阻选频电压表，输入阻抗远大于检测环的阻抗。,干扰测量仪。,、,发射环内无屏蔽室时，中心处的磁场,，,I,是发射环中的电流,、,屏蔽室在发射环内时，中心处的磁场,),用,高阻选频电压表,U,：,检测环测量的电压，,N,：,检测环的匝数，,11,匝,S,：,检测环的面积,),用干扰测量仪测,被测磁场,其中，,U,：,干扰测量仪的读数,K,f,：,频率修正因子,K,L,：,检测环的校准系数,Z,L,2,fL,，,检测环的感抗，,L,，,检测环的电感，,r,，,检测环的直流电阻，,R,，,干扰测量仪的输入阻抗（,50,）。,屏蔽效能： 例如：一个尺寸为,5m,4m,3m,的屏蔽室，用优先大环法测 量屏蔽效能，已知：,I,0.5A,，,用干扰测量仪测量， 频率为,50KHz,时，,U,10dB,V,，,求屏蔽效能,。,解：,、备用大环法（无法用优先大环法时，例如发射环套 不上去,）图,6,1,14,，,无屏蔽室时，原屏蔽室中心位置处的磁场，,其他如信号源系统，检测方法，屏蔽效果的计算都与优先大环法相同。、小环法 适用频段,100Hz,20MHz,，如,6,1,15,，,测量屏蔽室壁的屏蔽效能，尤其适用于测量钢板接缝，门缝，通风窗等处的屏蔽效能。,、,发射环、接收环：直径,300mm,由直径,4mm,的铜线,1,匝 （或多匝）制成，收、发环在同一平面内。,、,信号源,、,测量仪，与大环法相同,、,测量方法： 无屏蔽时,U,1,，,图,6,1,16,有屏蔽时,U,2,，,图,6,1,15,，保持信号源的输出不变。,则：屏蔽效能,(,二,) 300MHz,1000MHz,频段,、测试配置,图,6,1,17,发射系统：半波天线，高度,h/2,，,距拐角,1.3m,，,间隔,2.6m,，,距墙壁,1.3m,或,1.3,(,取大者,),， 电缆与天线垂直，长度,2m,或,2,(,取大者,),。,接收系统：,8,的偶极子天线，与发射天线相对， 距墙壁,0.3m,，,电缆与天线垂直。,测量设备：干扰场强测量仪，分别测水平极化、垂 直极化。,6,2,滤波技术,6,2,1,电磁干扰（,EMI,）,滤波器,EMI,滤波器基本的工作原理与普通滤波器一样,都是允许有用信号的频率分量通过，同时阻止其他干扰频率分量通过。,1,、,EMI,滤波器的特性,电磁干扰滤波器抑制电磁干扰，应能在大电流和高电 压下长期工作，对有用信号消耗要小，以保证最大传 输效率。,由于电磁干扰的频率从,20Hz,到几十,GHz,，,故难以用集 中参数等效电路来描述。,要求电磁干扰滤波器在工作频率范围内有比较高的衰 减性能。,干扰信号的电平变化幅度很大，有可能使电磁干扰滤 波器出现饱和。,电源系统的阻抗与干扰源的阻抗变化范围很大，所以 电磁干扰滤波器很难实现阻抗匹配。,2,、,EMI,滤波器的主要技术指标,、额定电压：输入滤波器的最高允许电压。干扰电平,变化的幅度大（特别是脉冲干扰,）, EMI,滤波器 的额定电压应当高一些。,、额定电流：在额定电压和规定的环境温度条件下， 滤波器允许的最大连续工作电流。工作电流与频率,有关，,f,，,允许的电流,。,、频率特性：中心频率,f,0,，,截止频率,f,c,。,由频率特性，,EMI,滤波器可分为：低通、高通、带通，带阻。,、输入、输出阻抗：,输入端（输出端）显现的阻抗,选择,EMI,滤波器要考虑阻抗匹配，防止有用信号衰减。,、插入损耗：定义,U,1,：,不接滤波器时信号源在负载阻抗上产生的电压，,U,2,：,接滤波器后信号源在同一负载阻抗上产生的电 压， 插入损耗随频率变化的曲线就是滤波器的频率特性曲线。（在高频段，插入损耗大就是低通滤波器，在低频段，,）,克服电容非理想性的方法,衰减,电容并联,LC,并联,电感并联,小电容,大电容,并联电容,频率,大容量,小容量,感,感,三端电容器的原理,引线电感与电容一起构成了一个,T,形低通滤波器,在引线上安装两个磁珠滤波效果更好,地线电感起着不良作用,三端电容,普通电容,30 70,1GHz,20,60,40,三端电容器的不足,寄生电容造成输入端、输出端耦合,接地电感造成旁路效果下降,穿心电容更胜一筹,金属板隔离输入输出端,一周接地电感很小,干扰滤波器的种类,衰减,衰减,衰减,衰减,低通,带通,高通,带阻,3dB,截止频率,电源线滤波器的特性,损耗,频率,理想滤波器特性,实际滤波器特性,一般产品说明书上给出的数据是,50,条件下的测试结果。,30MHz,越来越受到关注,高频滤波性能的重要性,滤波器高频性能差,滤波器高频性能好,无滤波,一、低通滤波器，使低频信号通过，高频信号衰减。,用于电源电路，使市电（,50Hz,）,通过，高频干扰信 号衰减。,用于放大器电路或发射机输出电路，使基波通过，谐波和其他干扰信号衰减。,常见的低通滤波器电路，图,6,2,2,。,H(S)=V,2,/V,1,V2 10000,，做大电感量共模扼流圈的磁心,电缆滤波的方法,屏蔽盒,馈通滤波器,连接器,使用,形滤波器的注意事项,滤波器接地阻抗,预期干扰电流路径,实际干扰电流路径,2,、低通滤波器的设计,、,Butterworth,低通滤 波器原型电路,目前普遍采用的是,Butterworth,滤波器。下面 以原型电路查表法为,例说明标准型低通滤波器的设计方法，图,6,2,5,是任意级,T,型低通滤波器的原型电路，其中,(a),为奇数级网络，,(b),为偶数级网络，,(c),为多级双重组合网络。,表,6,2,给出了,Butterworth,低通滤波器,1,20,级的元,件值。表中元件值是在信号源内阻,R,S,1,，,负载阻抗,R,L,1,，,截止频率,f,C,lHz,的条件下计算出来的。但是实际应用中，频率、信号源内阻及负载阻抗都与此不同，必须按照实际应用条件进行换算，方法如下。,根据实际的截止频率,f,C,换算,C,a,和,L,a,其中，,C,a,为对应频率,f,C,的电容值；,L,a,为对应频率,f,C,的电感值；,C,b,为从表中查的电容值；,L,b,为从表中查的电感值。,实际信号源内阻和负载阻抗的换算,当信号源内阻和负载阻抗均为,R,时，,R,a,、,L,a,、,C,a,分别为：,截止频率,f,C,和信号源内阻及负载阻抗的换算,在低通滤波器的截止频率,f,C,以外的阻带中的输出与频率成反比，频率每提高一个数量级，每一级的阻带衰减增加,20dB,，,n,级滤波器的阻带衰减则为,20ndB,。,多级滤波器的阻带衰减与相对频率之间的关系如图,6,2,6,所示。,R,图,6,2,6,多级滤波器的阻带衰减与相对频率之间的关系,、低通滤波器的设计,一高频接收机工作于,2MHz,一,3OMHz,的频率范围，接收天线的阻抗是,72,，,最低的干扰频率为,66MHz,，,为接收机设计一个低通滤波器， 使高于接收机工作频率的干扰信号至少衰减,3OdB,。,考虑低通滤波器的截止频率略大于,3OMHz,选取,32MHz,。,而最低的干扰频率为,66MHz,相对的频率变化倍数为,66/32,2.06,。 由图,6,2,6,可知，为了在,66MHz,处获得,3OdB,的衰减，应采用,5,级滤波器。 经查表,6,2,可得,5,级滤波器的元件参数为：,C,1,C,5,0.618(F),，,C,3,2.00(F),，,L,2,L,4,1.618(H),，,五级,Butterworth,低通滤波器原型电路如图,6,2,7,(a),所示。,根据截止频率,f,C,32MHz,，,接收机天线的阻抗为,72,，,利用,(6,2,21),式对元件参数进行转换计算：,最后设计完成的滤波器如图,6,2,7(b),所示，其频率特性如图,6,2,8,所示。在,66,MHz,处的衰减为,31dB,，,满足了设计的要求，在,3OMHz,以下的插入损耗小于,2dB,。,二、高通滤波器,高通滤波器抑制低频干扰信号，例如：从信号通道上滤除交流声干扰。,由于,高通滤波器与低通滤波器具有对偶性，,设计高通滤波器时可采用倒转方法，凡满足倒转原则的低通滤波器可以很方便地变成所需要的高通滤波器。倒转原则就是将低通滤波器的每一个电感器换成一个电容器，而每一个电容器换成一个电感器。,例如需要设计一个高通滤波器，截止频率,f,C,lMHz,，,在,25OkHz,处衰减,7OdB,，,输入,/,输出阻抗均为,600,。,仍然选用,Butterworth,滤波器模型，相对频率,lMHz,25OkHz,4,，,要求衰减,70dB,，,查图,6,2,6,可知,n,6,，,即应取,6,级滤波网络。由表,6,2,查得低通原型滤波器 （如图,6,2,9,所示）的元件参数为：,与其对偶的,高通原型滤波器如图,6,2,10,所示，对应的元件参数为：,再通过频率和阻抗的换算，可以得到,f,C,lMHz,，,R,L,600,的实际高频滤波器的元件参数值：,按本例要求设计的高通滤波器的频率特性如图,6,2,11,所示。,、带通滤波器,带通滤波器只允许某一频率范围内的信号通过。图,6,2,12,是一个带通滤波器电路，图中,LC,串联电路的,C,衰减低频端信号，,L,衰减高频端信号；,LC,并联电路的,C,旁路高频端信号，,L,旁路低频端信号。,图,6,2,1,3,是带通滤波器的幅频特性曲线，中心频率是,f,0,，,高于,f,0,具有低通滤波器的幅频特性，低于,f,0,具有高通滤波器的幅频特性。,、带阻滤波器,带阻滤波器只抑制某一频率范围内的干扰信号通过，幅频特性曲线如图,6,2,15,所示。例如：在电视接收机中拟制塑料热合机的干扰,。带阻滤波器的基本电路如图,6,2,16,所示（,n,5,，,类似地可以画出,n,1,，,2,，,3,级的带阻滤波器电路）， 可以看出带阻滤波器和带通滤波器的结构具有对称性，,LC,串联支路与,LC,并联支路正好调换了位置。因此带阻滤波的设计方法与带通滤波器相似：利用低通滤波器原型电路，按照频率和阻抗换算公式得到一个中心频率、带宽及衰减率完全一样的带通滤波器，然,后按对称结构画出带阻滤波器的电路和参数值。,6,2,3,损耗滤波器，,1,、选用具有高损耗系数或高损耗角正切的材料，把高频 电磁能量通过涡流转换成热能。,例如：铁氧体管，铁氧体磁环，磁环扼流圈等。,2,、铁氧体磁环的插入损耗,铁氧体磁环套在导线上， 等效电路图,6,2,17,。,Z,S,：,磁环电源边的阻抗，,Z,L,：,磁环负载边的阻抗，,Z,f,：,1,个磁环的阻抗，,n,Z,f,，,、几种常用的损耗滤波器,、铁氧体管,如图,6,2,18,把铁氧体管套在信号线或 电源线上，衰减高频干扰 信号。,、电缆滤波器：在导线外 包一层高频损耗材料（ 如铁氧体，或含铁粉的 环氧树脂），相当于增 加一个电感,L,i,，,一个电 阻,R,i,（,如图,6,2,21,）。,等效电路如图,6,2,22,所示，,C,p,是导线与外壳（屏蔽层）之间的分布电容，,R,p,是散热电阻。,、滤波连接器，如图,6,2,23,所示，,把铁氧体直接组装在电缆连接器内，在,100MHz,10GHz,的频率范围内可以获得,60dB,以上的衰减。,、磁环扼流圈，如图,6,2,24,所示,在导线上套一个圆环状 铁氧体磁环， 阻抗随导线中 电流频率的升高而增大， 可 抑制高频干扰分量。应用：电源线，数字信号线。,、穿心电容，外形如图,6,2,25(a),所示，,结构,原理如 图,6,2,25(b),、,(c),。,一个端片接导线，另一个通 过外壳接地，用于高频滤波。,共模扼流圈,共模扼流圈中的负载电流产生的磁场相互抵销，因此磁芯不会饱和。,常用的电源滤波器,电源线滤波器的基本电路,共模扼流圈,差模,X,电容,共模,Y,电容,共模滤波电容受到漏电流的限制,应用举例： 电动机的屏蔽和滤波，图,6,2,26,，电动机的碳刷滑动接触会出现火花放电,产生高频的辐射干扰和传导干扰（通过电源线传播）,可采用屏蔽,(,辐射干扰,),，磁环（传导干扰）， 穿心电容（辐射干扰和传导干扰）等措施。,6,2,4,有源滤波器： 使用晶体管等有源器件，以较小的体积和重量可以提供较大值的等效,L,和,C,，,常见的有源滤波器如图,6,2,27,所示。,、,有源电感滤波器：用晶体管模拟电感线圈的频率特 性（,f,越高，阻抗越大）。,、有源电容滤波器：用晶体管模拟电容器的频率特性 （,f,越高，阻抗越小）。,、对消滤波器（陷波器）：能产生与干扰信号幅度相 同，相位相反,(,差,180),电流，把干扰信号抵消。,共模干扰：电源线的相线，中线和地线出现幅度和相 位都相同的干扰信号，图,6,2,30,。空间电磁场对电 源线的耦合均为共模干扰。,差模干扰：电源线的相线，中线出现的幅度相等（或 近似相等）、相位相差,180,的干扰信号。差模干扰 主要来源于公共电源线路上其他设备产生的干扰（例 如：从相线来，从中线走）。,、电源滤波器的结构和工作原理,、共模电源滤波 器由补偿扼流 圈和相地、 中地间的电 容器,C,y,组成， 如图,6,2,31,所示。,补偿扼流圈，图,6,2,32,，,包括,串接于相线,P,的扼流圈,L,1,，,串接于中线,N,的扼流圈,L,2,，,分别绕在磁环的两半，当共模干扰电流流过时，,L,1,和,L,2,产生的磁通相加，电感增大，对拟制高频的共模干扰非常有效。,平衡电路的抗干扰特性,电磁场,V,1,V,2,I,1,I,2,V,D,平衡性好坏用共模抑制比表示：,CMRR = 20lg ( V,C,/ V,D,),V,C,高频时，由于寄生参数的影响，平衡性会降低,提高共模干扰抑制的方法,平衡电路,屏蔽电缆,共模扼流圈,平衡电路,CMRR,CMRR,f,f,、差模电源滤波器，图,6,2,33,，,在相线中线之间 接滤波电容,C,x,。,例如：一种单级电源滤波器，图,6,2-17,。由一个共模滤 波器和一个差模滤波器组成。,4,、滤波器的安装方法（略）,