实验报告2-EMI电源滤波器插入损耗测试
EMI滤波器插入损耗的精准测量方案及实验研究
452020年第3期 安全与电磁兼容引言GB/T 7343-2017《无 源 EMC 滤 波 器 件 抑 制 特 性 的 测 量 方 法 》（ 以 下 简 称 “规 范 ”，等同采用 IEC/CISPR 17: 2011）[1]是国内外大多 EMI 滤波器制造商生产测试的指导文件。
然而，按规范的测量原理、定义和测试方法得到的数据，在各个厂商之间及各个滤波器用户之间往往不尽相同。
所以现行规范的测试方法不能精确地表示滤波器在其预定应用中产生的 EMI 插入损耗性能。
为了弥补现行规范的不足，本文提出利用共差模分离器来提高 EMI 滤波器插入损耗的测试精度，并通过实际测试加以验证。
另外，详细阐述了“对称差模测试”电路和“非对称测试”电路的区别。
1 无源 EMI 滤波器件的插入损耗[1]插入损耗测量是一种确定滤波器或抑制电路对射频骚扰抑制能力的标准化测量方法。
目前，在 EMI 滤波器的插入损耗电路中，主要运用的是四端测试网络 理论[2]。
图 1 为典型的滤波器电路，包含有线-线电容 Cx、线-地电容 Cy 和共模电感（由火线与零对称绕制线同一个磁芯而形成）。
线-线电容 Cx 和电感的互感，在滤波器的火线和零线之间产生很大的电磁耦合，就会产生与之相对应的共模、差模分量。
为了确保滤波器的正常工作和考虑到该情况，必须建立一个四端口插入损耗测量模型。
通用的电源 EMI 滤波器中，大都使用这个典型的基本电路结构。
本文采用四端口网络，分析滤波器插损测试规范中的三种电路，包括不对称（共模）测试电路、对称（差模）测试电路及非对称测试 电路。
1.1 不对称共模测试电路如图 2 所示，不对称（共模）测试电路是使用一个同相输出的 50Ω 0功率分配器电路，每个端口的输出阻抗为 50 Ω，测量分析对插入损耗的影响。
本文使用 mini 公司ZFSC 50 Ω 0功分器，见图 2，其典型性能数据见表 1。
EMI 滤波器插入损耗的精准测量方案及实验研究Precise Measurement Scheme and Experimental Research of EMI Filter Insertion Loss北京理工大学 区健昌 周阔 田元波摘要简要介绍了共模、差模及非对称的测试电路，但都无法精准测量 EMI 滤波器的插入损耗。
插入损耗测试
EMI电源滤波器插入损耗的测量方法EMI滤波器尚没有产品类国标，只是企业标准，EMI电源滤波器的主要性能指标一般包括插入损耗、频率特性、阻抗匹配、额定的电流值、绝缘电阻值、漏电流、物理尺寸及重量、使用环境以及本身的可靠性。
在使用时考虑最多的是额定的电压及电流值、插入损耗、漏电流三项。
本文主要介绍EMI滤波器插入损耗的测量方法。
EMI滤波器插入损耗测量方法是根据CISPR17(1981)出版物提出的滤波器标准测量方法包括共模、差模、常模和Q/ 100 Q阻抗测量方法。
1.共模插入损耗标准测量方法根据CISPR17(1981)出版物B6提出的共模插入损耗标准测量方法(Asymmetrical Measureme nt),如图所示。
根据插入损耗的定义，先要测量没有滤波器时，负载50Q上的电压V1作为OdB的参考电压。
再测量有滤波器后，负载500上的电压V2,通过频谱分析仪将20log(V1V2)随频率变化的结果显示在屏幕上或通过接口打印出来。
测量时注意，滤波器的输入端和输出端是并联的，目的是取得共模插入损耗的平均值。
因为滤波器的Cy电容量尽管标称值和误差等级一样，其实际值也不完全一样，电感尽管绕组匝数一样，但磁芯的磁导率误差和工艺上也很难实现在绕制和装配时完全对称，因此采用平均值才有意义。
图共模插入损耗的典型测量方法2 •差模插入损耗标准测量方法根据CISPR17( 198出版物B5提出的差模插入损耗标准测量方法(SymmetricalMeausurement ），如图 所示。
图差模插入损耗的典型测量方法由于频谱分析仪（或标准信号发生器）输出、输入均采用对地非对称结构的 50 Q 同轴 电缆，为了测量对地对称的差模插入损耗，需对频谱分析仪跟踪发生器的输出信 号（滤波器的输入信号）进行不对称-对称变换，对频谱分析仪输入信号（滤波 器的输出信号）进行对称-不对称的逆变换，其他步骤同上。
3 •常模插入损耗标准测量方法根据 CISPR17（1981）出版物 B7提出的不对称测量方法 （Un symmetrical Measurement ）又称常模（Normal Mode ）测量，如图所示。
实验四电源滤波器插入损耗仿真
实验四电源滤波器插入损耗仿真(总10页)--本页仅作预览文档封面，使用时请删除本页--电磁场与电磁兼容实验报告学号：姓名：院系：专业：教师：5月28日实验四 电源滤波器插入损耗仿真实验一、 实验目的通过对电源滤波器基本电路的仿真实验，掌握电源滤波器构成以及各器件的功能和作用，理解滤波器EMI 防护原理。
二、 实验原理和内容实验原理图：图 1电源滤波器电路图电源滤波器是一种多级差模和共模低通滤波器级联的应用实例，它可同时滤去差模和共模两种模式的高频噪声。
图1所示为电源滤波器的原理图。
L1和L2是差模电感扼流圈，电感量一般选取几十至几百毫亨，C1是差模滤波电容，一般选取~，L3和L4是共模扼流圈，电感量约为几毫亨，绕在同一个铁氧体环上，C2和C3是共模滤波电容，电容量一般选取几纳法。
插入损耗计算公式：图2 共模扼流圈实验内容：使用EWB或Multisim等电路仿真软件，对电源滤波器进行仿真，通过改变器件参数、输入阻抗、输出阻抗等条件，观察插入损耗的变化，并对实验结果进行分析。
三、实验步骤1、设计电源滤波器电路根据图1的电路图，在仿真软件中建立仿真模型电路如下图2、图3分别为共模、差模插入阻抗测试电路。
图2 共模插入阻抗测试电路图3 共模插入阻抗测试电路2、仿真滤波器的频率响应针对共模电路和差模电路分别进行仿真，分析不同频率下的输出信号。
1）控制输入频率分别等于1kHz, 10kHz, 20kHz, 100kHz,观察示波器的输出波形。
2）改变L1 L2的参数、C2 C3的参数，观察频率响应曲线的变化。
3、仿真计算滤波器共模插入损耗4、仿真计算滤波器差模插入损耗四、实验数据和结果分析1、共模电路仿真结果1）函数发生器参数设置截图通过改变函数发生器的频率参数来调节频率。
选用变压器代替共模扼流圈，但是选用的变压器并不是理想变压器，因此更改其中一些参数如下：2）不同频率仿真结果：f=100Hz f=1kHz f=9kHzf=10kHz f=20kHz f=100kHz从仿真结果可以分析出，当输入频率在一定低频范围内增大时，输出并不出现衰减，反而随着频率的增大而增大；当输入频率达到很高的频率范围时，输出随着频率的增大而衰减。
EMI电源滤波器中的插入损耗测试技术
ｏ ｏ ｒｆｌ ｒ ａ ｅｅ ｐ ａ ｉｅ ｎ ｔ ｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｉｅ ｔｏ ｒ ｏ ｎ ｅ ｕ ． ｆｐ ｗｅ ｉ ｅ ｒ ｍ ｈ ｓｚ ｄ ａ ｄ ｉ ｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔｄ ｒ ｃ ｉｎ ａ ｅ ｐ ｉ ｔ ｄ ｏ ｔ ｔ ｓ
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摘 要 ： 绍 了Ｅ 介 ＭＩ电源 滤 波器 中的 插入损 耗性 能指 标 的重要 性 ； 分析 了电源 电磁 干 扰 产 生的机 理 及 电源 滤 波
器 的作 用 ； 明 了插入 损耗 的定 义 、 说 测试 原理 以及 指标 种 类 ； 细描述 了在屏 蔽 室测量 和 频谱 分析 仪 动 态 测量 两 详
维普资讯
《 电气 开关 ￣２ ０ ． ． ） （０ ６Ｎｏ １
文章编号 ：０４ ２ ９ ２ ０ ）１ ００ －０ １０－ ８Ｘ（０６０ － ０ １ ４
Ｅ ＭＩ 电源滤波器中的插入损耗测试技术
邓 重 一 （ 罗定 职 业技 术 学院 电子 工 程 系 ， 东 罗定 ５ ７ ０ ） 广 ２ ２ ０
Ｌ 滤波 电容 Ｃ ～ｃ 。Ｌ对串模干扰不起作用， 当出 、 但 现 共模 干扰 时 ， 由于两 个线 圈 的磁通 方 向相 同 ， 经过 耦 合后总电感量迅速增大 ， 因此对共模信号呈现很大的 感抗 ， 使之不 易通过 ， 称作 共 模扼 流 圈。它 的两个 线 故
电源EMI滤波器插入损耗的研究(图)
电源EMI滤波器插入损耗的研究(图)
从抗电磁干扰角度来说，电源EMI滤波器实际是一个只允许直流和工频通过的低通滤波器，即从零频（直流）至截止频率（工频）的通带内以最小衰减通过电流（或电压）。
对电磁干扰的阻带，要求尽可能高的衰减，过渡带曲线尽可能陡（即过渡带尽可能窄）。
由于EMI滤波器衰减的定义与传统滤波器不同，所以，传统滤波器的各种传递函数表达式和现成的数据及图表均不能直接用于EMI滤波器的设计。
EMI滤波器的衰减用插入损耗来表示，本文将探讨电源EMI滤波器插入损耗的计算，以及影响插入损耗的各种原因和改进方法。
EMI滤波器插入损耗的理论分析
EMI滤波器插入损耗IL定义如下：
IL=10log(P1/P2)=20log(U1/U2) (1)
式中，P1和U1分别表示当EMI滤波器未插入前（图1（a）），从噪声源us传递到负载RL的功率和电压；P2和U2分别表示当EMI滤波器接入后（图1(b)），从噪声源传递到负载的功率和电压。
图1 EMI滤波器接入前、后的电路
理论分析EMI滤波器的IL时，把滤波器网络用A参数来表示：
(2)
则可求得EMI滤波器的IL表达式为：
IL=20log|(a11RL+a12+a21RSRL +a22RL)/(RS+RL)| (3)
图2为高性能的EMI滤波器。
其中，E表示共模信号输入端。
图2中网络。
EMI电源滤波器的插入损耗分析
EMI电源滤波器的插入损耗分析随着电子设备的不断增多，电磁干扰(EMI)现象越来越严重。
在传导干扰中，以电源线传导干扰最为严重。
抑制电源线上干扰的主要途径是使用EMI滤波器，通常用插入损耗表征滤波器的特性。
然而，在实际使用时，即使EMI滤波器的插入损耗设计达标，也有可能因为源阻抗和负载阻抗的变化而得不到最佳的滤波效果。
本文针对EMI滤波器的共模和差模插入损耗进行计算分析，并研究滤波器源阻抗与负载阻抗的变化对滤波器性能的影响，通过仿真验证了方法的有效性。
1 EMl滤波器的插入损耗 EMI滤波器对干扰噪声的抑制能力用插入损耗IL(Insertion Loss)来衡量。
插入损耗定义为：没有滤波器接入时，从噪声源传输到负载的功率P1和接入滤波器后，从噪声源传输到负载的功率P2之比，用dB表示，滤波器接入前、后的电路。
滤波器插入损耗的表达式为式(1)中，RS和RL分别表示源阻抗和负载阻抗；a11、a12、a21、a22表示滤波器网络的A参数。
根据式(1)可推导出共模插入损耗的表达式为同理根据式(1)可推导出差模插入损耗的表达式为2 源阻抗、负载阻抗对插入损耗的影响 EMI电源滤波器在不同的源与负载阻抗的情况下，滤波性能有很大的差异。
在一般的滤波器产品说明书中，提供的插入损耗值都是在源阻抗和负载阻抗均为50 Ω的情况下得到的。
在实际使用中，滤波器的端阻抗随着工作环境的变化而变化，因而对滤波器插入损耗的影响也很大。
引用美国测量的源阻抗和负载阻抗的变化范围，在10 kHz～10 MHz(军标CE102规定的抑制频率范围)，源阻抗变化范围为0．1～178 Ω，负载阻抗变化范围为0．007～10 kΩ。
(1)共模插入损耗的分析。
对式(2)进行变换得显然，当f(RS，RL)取最小值时，ILCM达到最小值。
式(6)中，当RL不变时，RS取最大值时，f(RS，RL)取最小值。
EMI滤波器插入损耗的人工测试方法的分析
第１ ６期 总 第 １ ０期 ７
２０ ０ ８年 ８月
内 蒙 古 科 技 与 经 济
Ｉ ｎ ｒＭ ｏ ｇ ｌ ｃｅ ｃ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｅ ｎ ｏｉ Ｓ ｉ ｅＴｅ ｈ ｏｏ ｙ＆ Ｅｃ ｎ ｍｙ ａ ｎ ｏｏ
Ｎｏ １ ，ｔ ｅ １ ０ ｈ ｉ ｕ ． ６ ｈ ７ ｔ ｓ ｅ ｓ Ａｕ ． ０ ８ ｇ２ ０
要 产 生 的 频 率 ， 别 进 行 共 模 测 试 和 差 模 测 试 ， 从 分 再 频 谱 分析 仪 读处 测试 数 据 ， 后 手 动记 下数 据 。 然
Ｅ 滤 波 器 插 入损 耗 的 ＭＩ 人工测 试 方法 的分 析
张 淑 萍 赵 亚 军２ ，
（． １ 内蒙 古 万 德 公 司 ； ． 蒙 古 自治 区 地 质 环 境 监 测 院 ， ２内 内蒙 古 呼 和 浩 特
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摘 要 ： 章 主 要 介 绍 了 利 用 屏 蔽 室 测 量 ＥＭ Ｉ滤 波 器 的 插 入 损 耗 的 方 法 ， 析 了 影 响 测 量 结 果 的 文 分
扰方面 ， ＥＭ Ｉ 波 器 是 十 分 有 效 的 器 件 。 ＥＭ Ｉ电 源 滤
滤 波 器 是 抑 制 电 源 线 传 导 干 扰 的 重 要 器 件 ， 以 研 所
究 ＥＭ Ｉ 波 器 的 插 入 损 耗 特 性 就 变 得 十 分 重 要 。 滤
本 文 研 究 的 ＥＭ Ｉ电 源 滤 波 器 是 无 源 网 络 ， 防 是
入 损 耗 、 率 特 性 、 抗 匹 配 、 定 的 电 流值 、 缘 电 频 阻 额 绝
随 着 电 子 产 品 日益 增 多 ， 而 空 间 电 磁 环 境 越 从
阻 值 、 电 流 、 理 尺 寸 及 重 量 、 用 环 境 以 及 本 身 漏 物 使
实验二 光插入回波损耗综合实验
实验二光插入回波损耗综合实验一、实验目的测试：插入损耗、回波损耗掌握：光纤端面处理和熔接技术了解光无源器件特性二、实验器材光纤熔接机、稳定光源、2×2光耦合器、光功率计、转换器、裸光纤连接器、光跳线三、实验原理回波损耗源于电缆链路中由于阻抗不匹配而产生反射的概念。
这种阻抗不匹配主要发生在有连接器的地方,也可能发生于各种缆线的特性阻抗发生变化的地方。
在光通信中光传输的的光纤链路上，经常需要进行光纤与光纤，光纤与器件，器件与仪器等进行连接。
在连接过程中，光纤端面，器件的光学表面等对其内传输地光不可避免地产生反射。
设PL和Pr分别表示入射和回波反射功率，单位可以是瓦(w)或者毫瓦(mw)；定义回波反射光功率与入射光功率之比为回波损耗Rl式中得到的是除法计算的比值，对于多个器件存在时，需要计算乘积，在光通信中很不方便。
若将Rl以分贝表示（单位为dB）时，上述的乘积运算就化为加减运算.【实验内容】待测器件的输入功率与回波功率测量由回波损耗定义可知，对于光纤链路中的任意器件而言，要测量其回波损耗，就需Pl和RR。
∗为方便计算，本实验所测功率的单位全部采用dBm要首先测量其输入端的光功率和反射回波的光功率，再通过公式计算得到。
插入损耗与回波损耗原理：四、实验注意事项为防止或减小反射损耗，可将两根光纤熔接在一起，形成固定接头，也可在光纤端面之间加入折射率与光纤纤芯相同或相近的匹配液。
因此，在实验的过程中要把多余的光纤头插入匹配液，以减小误差。
要注意安全，不能直接用眼睛对着有激光的光纤看，以免对眼睛造成伤害。
在实验过程中要保持光纤及其连接器的洁净。
光纤连接器的使用前，确保连接器内没有堵塞物。
在做熔接实验前，应该对熔接过程了解，以免误操作，对仪器产生不良影响。
切断下来的光纤头要放入指定的废料盒中，以免发生意外五、实验过程与现象实验步骤：（1）按照实验电路图搭建电路；（2）打开光源，检查各连接器是否正常，测量取值。
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EMI 电源滤波器插入损耗测试实验报告
一、实验目的
掌握EMI 电源滤波器共模与差模等效原理，了解矢量网络分析仪的工作原理，并熟练掌握仪器的基本操作流程，深刻理解屏蔽、接地、滤波在工程设计实践中的相互关系。
二、实验原理
插入损耗是指电路中接入滤波器网络前后，由噪声源产生的干扰消耗在同一负载上的功率之比，用分贝值表示，即：
式中，P1和U1分别表示当EMI 滤波器滤波器未插入前，从噪声源传递到负载的功率和电压；P2和U2分别表示当EMI 滤波器滤波器接入后，从噪声源传递到负载的功率和电压。
利用矢量网络分析仪测试时，插入损耗
IL =-20Lg |S 21|
测量原理图如图1所示。
()()101/2201/2?IL log P P log U U ==
共模插入损耗测试原理
差模插入损耗测试原理
三、实验测试系统的构成
1.矢量网络分析仪：绘制S21参数曲线，进而计算插入损耗。
2.EMI 滤波器插入损耗测试夹具
3.测试电缆及附件
4.被测滤波器样件（型号：军用直流电源滤波器TF-2E0UM-20A ）
四、实验内容及步骤
(一) 滤波器插入损耗测试
1． 首先对矢网进行校准。
2． 按照测试原理图，正确搭建插入损耗测试系统，分别测量直通时（不加滤波器），共模/差模测试状态下，在100KHz~50MHz 范围内，系统的插损，要求保存S21参数曲线，标记至少10个频点，并记录数据。
3． 按原理图安装好受试滤波器样件。
注意，确认引线连接的共模状态和差模状态，并要求滤波器外壳良好接地，同时注意滤波器的输入输出分别与矢网的port1和port2连接。
4． 将夹具设定在共模工作状态下，从矢量网络分析仪上读取S21参数曲线，保存曲线图并记录至少10个频点处的数据；切换至差模工作状态再次测试，并记录数据。
(二) 滤波器安装使用状态对插入损耗的影响
信号发生器
Ω
50
信号发生器
Ω
50
1、滤波器接地状态对插入损耗的影响
在共模测试状态下，改变滤波器接地状态，通过矢量网络分析仪测量得到其插入损耗曲线，与（一）中结果对比，并分析其原因。
2、滤波器输入输出屏蔽隔离对插入损耗的影响
分别在共模和差模测试状态下，去掉测试夹具中间的隔离挡板，并盖好盖板，通过矢量网络分析仪测量其插入损耗，与（一）中结果对比，并分析其原因。
五、实验数据处理
插入损耗测试数据记录（差模）
插入损耗测试数据记录（共模）
六、实验结果分析
1、测试中（共模）改变滤波器接地状态，观察插入损耗的变化情况，并分析其原因；
答：通过实验测量结果可以发现，改变共模电路中滤波器的接地状态，插入损耗明显减小。
2、测试中改变测试夹具中滤波器的输入/输出屏蔽隔离状态，观察分析插入损耗变化，以及与频率的关系；
答：通过实验测量结果可以发现，在滤波器输入/输出未进行屏蔽隔离的情况下，对于共模电路，其插入损耗与屏蔽状况下基本相同，而对于差模电路，相比屏蔽状况下其插入损耗明显减小，而且随着频率的升高，插入损耗减小量也在增加。
可见，滤波器输入/输出是否屏蔽隔离对于高频段的插入损耗影响更大。
3、滤波器插入损耗曲线与理想低通滤波器插损曲线有什么异同？并进行分析。
答：通过实验测量结果可以发现，滤波器插入损耗曲线与理想低通滤波器插损曲线的相同点是：对低频信号的插入损耗较小，对于高频信号的插入损耗较大。
不同点是：理想低通滤波器插损曲线存在突变，即到达某一频率值时，插入损耗突然增大。
而滤波器插入损耗曲线不存在突变，并且在频率值增大到一定程度时，曲线有下降趋势。
七、实验感想体会
由于第一次接触实验仪器，对于相关操作比较陌生，好在有老师的耐心指导，加上小组成员之间的讨论，总算是得到了预期的实验结果，顺利完成了实验。
总之，实验前一定要熟悉实验原理、对实验结果有所预期，只有这样才能在实验中对测量结果的合理性与准确性作出初步判断，可以及时发现实验中可能存在的问题，提高实验结果的可靠性。