大电流TEMPEST电源滤波器仿真设计
1前言
TEMPEST是指用于检测、评价和控制来自计算机系统、通信和数据处理设计的非功能传导发射信号(有用信息)的技术,国外多应用于重要目标保密通信工程。TEMPEST技术与EMC有若干相同之处,因此国外把TEMPEST列入EMC的研究领域。大电流TEMPEST电源滤波器用于高保密通信电源系统和电子对抗电源系统。
2抗EMI铁氧体材料选用
大电流TEMPEST电源滤波器采用多级滤波技术。在不同的滤波频段,使用相应的磁性材料。考虑MnZn、NiZn和磁粉心材料的温度特性、频率特性和载流特性。滤波器选取MnZnR7K材料和磁粉心FeNi50分别制成共模和差模电感;NiZnR1K5为高频吸收材料,制成大电流EMI电源滤波器样品经测试满足大电流滤波器对抗EMI材料的滤波、吸波等频率特性和抗EMI材料载流特性、温度特性要求。
3滤波电路、结构的设计理论及仿真计算
电磁干扰滤波器工作在阻抗不匹配的条件下,干扰电平变化幅度大。常用的T型、∏型、L型、C型滤波器结构简单,但频带窄、抑制度低。根据课题要求较宽抑制频带(10kHz~10GHz),较高的抑制度,因此采用网络综合技术确定的多级滤波设计原型。设计时根据电磁兼容性要求,分析EMI电源滤波器和抑制频带范围。
(1)低频段网络10kHz~300kHz:根据截止频率和抑制的要求,采用集中参数理论设计实现。
(2)射频频段和微波频段300kHz~3GHz:采用最平坦响应(Butterworth)为设计模型。Butterworth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。
(3)在高频段3GHz~10GHz:按损耗线滤波器分析,即在空心同轴线内,外导体间填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。滤波器在导线外套入高μNiZn铁氧体材料和管式双极电容器,构成了损耗线EMI滤波器。计算时按插入损耗(50欧特性阻抗)要求,对共模和差模电路分别计算,经综合得出EMI电源滤波器原型电路。用Protel进行了电源滤波器电路的设计和仿真优化工作(图2、图3),从实际的测试结果相比较,该频率响应模型和实际电路相吻合。
4实验及结果
研制出的大电流、高抑制度滤波器样品,60A和100A交流EMI电源滤波器。经HP5100A(10kHz-500MHz)、HP8720E(50MHz-20GHz)测试,主要指标见表1:
5前影展望
随着高科技的广泛应用,各种电磁辐射体如雷达、通信、导航等辐射源的功率越来越大,数量成倍地增加,频谱也越来越宽。如何运用电磁频谱,控制电磁环境效应,是非常重要的。在研究和发展电磁脉冲武器的同时,美国和俄罗斯都十分重视电磁环境效应和防护加固的基础研究和仿真模拟试验研究。大电流EMI电源滤波器可广泛用于微波暗室、雷达、保密通信设备等电源系统,前景广阔。
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
[2]电磁兼容原理与设计,王定华 赵永升,电子科技大学出版社
[3]甘本祓,现代微波滤波器结构及设计,科学出版社
[4]电磁兼容测量技术,赵永升,电子科技大学出版社
[5]电力电子系统电磁兼容设计基础及干扰抑制技术,钱照明等,浙江大学出版社
[6]ELECTRONIC FILTER DESION HANDBOOK,Arthur B.Williams
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