宽带E M I铁氧体片状滤波器

1.前言
电磁兼容的手段有滤波、屏蔽和接地等。其中滤波器在电磁兼容中有着非常重要的地位，其主要作用是滤除系统内外的电磁杂波。我们设计的宽带EMI铁氧体片状滤波器就是为通信系统抑制数字集成电路直流电源的电磁干扰，它可以提高控制系统的信噪比和抗干扰能力。
2.原理及设计
宽带EMI铁氧体片状滤波器是一种低通滤波器，这里需要指出的是，在整个频段内，电感、电容起作用的情况不同，在低频段，虽然有电感存在，但其电感量太小，对插损的贡献，几乎可以忽略。在高频段，磁芯要起一定作用，但不是靠其电感量起作用，而靠磁芯的吸收损耗特性，也就是说在高频段按损耗线滤波器分析。
电磁干扰工作在阻抗不匹配的条件下，干扰电平变化幅度大。根据课题要求较宽抑制频带（100kHz-2000MHz），较高的抑制度因此采用网络综合技术确定的多级滤波器设计原型。设计时根据电磁兼容性要求，分析EMI片状滤波器抑制源频带范围，采用最平坦响应（Butterworth）为设计模型。Brtterworth响应是滤波器设计的经典理论具有快速上升时间、通带具有最平坦的振幅度。
计算时按插入损耗（50欧特性阻抗）要求，对滤波器电路分别计算，经综合得出EMI片状滤波器原型电路。


（1）低频段滤波器电路
取工作频率f=100kHz 截止频率f=80kHz
归一化频率Y=100÷80=1.25 又由IL（100kHz）=15dB
查Butterworth响应图谱 得n=3
可得C1 L2 C3值 经变量计算
C1=2200pF L2=0.8μH C3=1μF
（2）射频高段工作频率f=100MHz 截止频率f=80MHz
归一化频率Y=100÷80=1.25 又由IL（100kHz）=80dB
查Butterworth响应图谱 得n=3
可得C4 L5 C6值 经变量计算
C4+C6=10000pF L2=0.8μH
（3）在微波频段，按损耗线滤波器分析，即在空心同轴线内、外导体间添充磁损耗和介质损耗的材料后，同轴传输线的电磁损耗有较大的增加，构成了损耗传输线。本滤波器在导线外套入高μNiZn铁铁氧体材料和管式双极电容，构成了损耗线EMI滤波器。
（4）在宽带器件中，各个频段的滤波器看作一个传输系统插入的一系列不均匀区，选定参考面后，前一个网络的输出端与后一个网络的输入端级联。将上述设计的各个频段的滤波器按工艺要求级联后，即构成宽带EMI滤波器。
（5）理论和实验都表明，在射频和微波频段。传导信号在边界处会发生电磁场扰动。传导干扰信号变为了辐射干扰信号。因此，宽带EMI滤波器设计了金属屏蔽，屏蔽层与地相接。这样，就隔离了辐射干扰信号。使用时，又切断了地环路干扰。
（6）宽带EMI铁氧体片状滤波器的关键技术是体积和指标要求之间构成了一对矛盾。就软磁材料本身而言是一大难题，选用选取NiZn材料，μi：1500制成电感，磁芯规格为。
3.实验及结果
以HP-E5100A和HP-E4720E网络测试仪测试建立无载网络分析测试系统。按MIL-STD-220A标准设计建立滤波器网络分析测试系统，进行EMI片状滤波器测试。
实验结果如下：
频率f（MHz）：0.1 1 10 100 1000~2000
插入损耗（指标）IL（dB）：15 40 80 80 60
插入损耗（实际）IL（dB）：15 40 80 80 60
工作电压50V.DC 工作电流 5A 绝缘电阻100MΩ 耐压200V.DC 工作温度-55~+85oC
4 结论
基于BUTTERWORTH分析理论和数值方法，设计了宽带EMI铁氧体片状滤波器的结构、参数；研究了宽带EMI铁氧体片状滤波器电感材料和双极电容的特性，设计了滤波器工艺技术和控制方法以及测量方法；实验数据和理论数值相吻合。研制出了片状结构条件下，具有抗电磁干扰的金属电磁屏蔽功能，抗电磁干扰的宽频带，宽温范围内的宽带EMI铁氧体片状滤波器。宽带EMI铁氧体片状滤波器是由铁氧体磁芯与介质材料制成的低通滤波器，体积小、重量轻、滤波效果好、使用灵活，广泛应用于计算机、商用终端、电力检测、通信、工业控制、广播通讯、雷达等直流供电各种仪器、设备中抑制直流传导电磁干扰。

参考文献
（1）电磁兼容性工程设计手册 主 编陈穷 国防工业出版社
1993年第一版 221~223页
（2）现代微波滤波器结构与设计 （上册） 甘本跋 吴万春 西安电子科技大学出版社
1973年第一版 20~24页