电磁兼容-第6章 电磁干扰抑制的滤波技术ok
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电磁兼容第六章滤波技术(备份)
信号选择滤波器 按用途： EMI滤波器
3. EMI滤波器的特点
① 工作在阻抗失配的条件下；（干扰源的频率阻抗特性变化范围 很宽）
② EMI滤波器必须有足够高的耐压；（干扰源的电平变化幅度大）
③ 难以实现宽频段范围滤波；（干扰源的频带范围佷宽）来自2. 插入损耗
无源滤波器的端口网络特性
~
ZS
I1
U1 滤波 网络
I2 U2 ZL
U1 A11U 2 A12 I 2 UG 端口网络： I1 A21U 2 A22 I 2
其中 A11
U1 U2
A12
I2 0
U1 I2 U
2 0
I1 A21 U2
I2 0
I1 A22 I2 U
2 0
终端开路电压 反射系数
T型： L 1, C 2 , R 1
2 2 3 2 6 IL 10 lg (1 2 ) ( ) 10 lg(1 )
例：设天线的工作频率为2~30MHz，输入阻抗为72Ω，干扰频率
为66～72MHz，要求带外衰减≥30dB，设计低通滤波器。 解：最低截止频率>30MHz，取32MHz。最低干扰频率fi > 66MHz,
La Lb (2π fc )
2. 低通滤波器的设计
Ra Ug ~
② 阻抗换算
(R 1 R Z )
令
Ca Ra
Ra ZRb
Ca Cb / Z
( Rb 1)
La ZLb
电容型：
③ 宽带与阻抗综合换算
Ra Ug ~ Ca
Ra
Ra ZRb
Lb / (2 f c ) La
电磁兼容性设计中的抑制干扰技术
电磁兼容性设计中的抑制干扰技术电磁兼容性是指电子设备在电磁环境中能够正常工作而不被电磁干扰或对外部环境造成电磁干扰的能力。
而抑制干扰技术在电磁兼容性设计中起着至关重要的作用。
首先，为了有效抑制电磁干扰，我们需要了解电磁干扰的产生原因。
电磁干扰来源于电路中的高频电压和电流，通常由电器设备、通信设备、雷达系统等各种电子设备产生。
这些电磁波在传输过程中可能会相互干扰，导致设备运行不稳定或出现故障。
为了抑制这些干扰，我们可以采用一系列技术手段。
首先是在电路设计阶段就考虑到电磁兼容性的问题，尽量降低电路对外界的敏感度。
通过合理布局电路板，避免信号回路过长或过于靠近高功率电路，减少电路板的返波和辐射。
其次，在电子设备的外壳设计上，我们可以采用屏蔽措施来抑制电磁干扰。
屏蔽措施主要包括使用金属外壳、金属网格或金属箔等材料，将电子设备内部的电磁辐射隔离在外部，减少外部电磁波对电子设备的影响。
另外，在电源线、信号线等布线设计上，我们可以采用绕线、穿孔等技术手段来减少电磁辐射。
通过合理设置线路的走向和连接方式，尽量避免电流回路产生环形电流，减少电路板的辐射干扰。
此外，使用滤波器也是有效抑制电磁干扰的一种方法。
滤波器可以在电源线或信号线上加入，用于滤除高频噪声信号，保证设备的正常运行。
常见的滤波器包括差模滤波器、共模滤波器等，可以根据实际情况选择合适的滤波器型号和参数。
总的来说，电磁兼容性设计中的抑制干扰技术是一项复杂而又重要的工作。
只有从电路设计、外壳设计、布线设计，乃至滤波器的选择等各个方面进行系统而全面的考虑，才能够有效地提高设备的电磁兼容性，确保设备在复杂的电磁环境下稳定可靠地工作。
在今后的工程实践中，我们需要不断探索和创新，结合实际情况选择合适的抑制干扰技术，为提高设备的电磁兼容性而努力。
第六章 电磁兼容性设计
设备电磁兼容设计流程
①方框1、2提供原始数据，即电磁环境电平和系统效能的定 量规定。方框5、6和10确定敏感度门限和耦合电平、预测 电磁易损性。
②方框ll确定防护要求，对于防护要求低于30dB的设备，一 般不需要附加防护措施，设计将被提交批准，如果防护要 求在30～70dB之间，则需附加防护措施，如果预测表明 将出现电磁易损性，或防护要求超过70dB，则应进行复 审或重新设计，可以要求修改对预期环境的规定，或对系 统效能重新进行说明。
6.1 电磁兼容性设计的一般概念
6.1.2 电磁兼容性设计方法 费效比 措施 结构 屏蔽 滤波
开发进程
概念 设计 产品 市场
电磁兼容设计基本方法是指标分配和 功能分块设计, 首先根据标准把整 体电磁兼容指标逐级分配到各功能 块上，细化成系统级、设备级、电 路级和元件级的指标。然后，按照 要实现的功能和电磁兼容指标进行 电磁兼容设计，如按要实现的功能， 按骚扰源类型，按骚扰传播的渠道 以及按敏感设备的特性等
(2)电磁兼容设计的主要参数
①敏感度门限和干扰允许值
敏感度门限指敏感设备对干扰所呈现最小的 不希望有的响应电平。是确定干扰允许值 的基本出发点。干扰允许值必须小于能在 敏感设备中引起错误响应的电平值，应考 虑设备或系统工作受干扰时，在最敏感的 频率和最危险的状态下所允许的干扰电平， 在统计性设计时，应考虑设备或系统干扰 电平的概率。
(1)电磁兼容设计的具体内容
④设备及电路的电磁兼容设计
是系统电磁兼容设计的基础，是最基本的电 磁兼容性设计，其内容包括控制发射、控 制灵敏度、控制耦合以及接线、布线与电 缆网的设计、滤波、屏蔽、接地与搭接的 设计等。在设计中，可针对设备、分系统 及系统中可能会出现的电磁兼容问题，灵 活地运用这些技术，并要同时采取多种技 术措施
【电磁兼容】第6章 屏蔽技术
截止波导管的设计步骤
SE
fc f SE
孔 洞 的 泄 漏 不 能 满 足 屏 蔽 要 求
确 定 截 止 波 导 管 的 截 面 形 状
确
确
定
定
要
波
屏
导
蔽
管
的 5f 的
最
截
高
止
的
频
频
率
率
计 算 截 止 波 导 管 的 截 面 尺 寸
由 确 定 截 止 波 导 管 的 长 度
通风口的处理
穿孔金属板
截止波导通风板
饱和 最大磁导率
起始磁导率
磁场强度 H
低频强磁场的屏蔽
高导磁率材料：饱和
低导磁率材料：屏效不够
低导磁率材料 高导磁率材料
加工的影响
100 80 60
40
20 10
跌落前 跌落后
100
1k
10k
第4节 电磁场的屏蔽原理
• 电磁屏蔽是指利用屏蔽 体阻止高频电磁能量在 空间的传播
• 电磁屏蔽的原理
• 反射损耗 • 吸收损耗 • 多次反射损耗
实心材料屏蔽效能的计算
入射波
SE ＝ R1 ＋ R2 ＋ A＋B ＝ R＋ A＋B
场强
R1
B
吸收损耗A
R2
距离
吸收损耗的计算
0.37E0
入射电磁波E0 t
剩余电磁波E1
E1 = E0e-t
=E0e-t/
A ＝ 20 lg ( E0 / E1 ) = 20 lg ( e t / )
f
3 108 / 2r
综合屏蔽效能 (0.5mm铝板)
屏蔽效能 （dB）
250
电磁干扰滤波器
L
R
（b）
源
高 的 源 阻 抗
C
低 的 负 R载 阻 抗
对于L型滤波器，源阻抗等于负载阻抗时的插入损耗为：
2 1 2 L 2 Lin 10lg 2 LC CR R 4
(dB)
16
第六章 滤波
频率（Hz）
dB
25
第六章 滤波
二、滤波器的分类及特征
3. 吸收式滤波器
吸收式滤波器是由有耗元件构成的，它通过吸收不需要频率成分的能量 （转化为热能）来达到抑制干扰之目的。 尽管一些滤波器的输入输出阻抗可指望在一个相当宽的频率范围内与制 定的源和负载阻抗相匹配，但在实际中这种匹配情况往往不存在。正因为 存在这种失配，所以很多时候当把一个滤波器插入传输干扰的线路时，实 际上线路上将形成干扰电压的增加而不是减小。这个缺陷存在于所有低损 耗元件构成的滤波器中。这正是反射滤波器的缺点。 当滤波器与源阻抗不匹配时，一部分有用能量将被反射回能源，这将导 致干扰电平的增加而不是减小，因而促使了吸收滤波器的产生，即用吸收 滤波器来抑制不需要的能量（使之转化为热耗）。 26
R
C
源
R
并联电容滤波器
12
第六章 滤波
二、滤波器的分类及特征
2. 反射式滤波器
II.低通滤波器
（1）并联电容滤波器 其插入损耗为：
并联电容滤波器
理想 电容
R C 源 R
Lin 10lg(1 (fRC)2）(dB)
由于实际的电容器引线上存在电感，因 此其衰减曲线是LC串联网络的衰减曲线。 在某一点频率上会发生谐振（谐振频率 fR），超过谐振点后，电容器呈现电感的 阻抗特性，及频率越高，阻抗越大。 13
《电磁兼容和测试技术》-电磁干扰抑制技术
3. 原理： • 二次场理论（一次场作用下，产生极化、磁化形成二次场); • 反射衰减理论
1.概 述
4. 屏蔽的分类（按工作原理） • 电场屏蔽：静电屏蔽、低频交变电场屏蔽（利用良好接地 的金属导体制作）
• 磁场屏蔽：静磁屏蔽、低频交变磁场屏蔽（利用高导磁率 材料构成低磁阻通路）、高频磁场屏蔽
• 电磁屏蔽：用于高频电磁场的屏蔽（利用反射和衰减来隔 离电磁场的耦合）
2.电场屏蔽
• 双层门盖结构
电屏蔽的结构
多了一次衰减
2.电场屏蔽
多级电路共用屏蔽盒
电屏蔽的结构
共盖结构其等效电路 与单盖相同
分盖结构其等效电路 与双层盖相同
因此，分盖性能更好
2.电场屏蔽
电场屏蔽的设计要点及总结 • 屏蔽体的材料以良导体为好，对厚度无什么要求? • 屏蔽体的形状对屏蔽效能有明显的影响 • 屏蔽体要靠近受保护的设备 • 屏蔽体要有良好的接地
3. 磁场屏蔽
分两种情况：
1、低频磁场屏蔽（f < 100kHz）
2、高频磁场屏蔽
反磁场 高频磁场
涡流 金属板
3磁场屏蔽
• 低频磁场屏蔽（f < 100kHz）
利用高导磁率的铁磁材料（如 铁、硅钢片、坡莫合金），对干扰 磁场进行分路。
• 高频磁场屏蔽
利用低电阻的良导体中形 成的涡电流产生反向磁通抑 制入射磁场。
1.0
10
100 kHz
磁屏蔽材料手册上给出的导磁率数据大多是直流情况下的，随着
频率增加，导磁率会下降 ，当频率大于10kHz 时，导磁率更低。
3. 磁场屏蔽
磁导率随场强的变化 磁通密度 B
= B / H
饱和 最大磁导率
电磁兼容第六章滤波技术
U 2 0
终端短路电
流反射系数
输入阻抗： Z inU I1 1A A 1 2 1 1 U U 2 2 A A 1 2 2 2II2 2A A 2 1 2 2 A A 1 2 1 1 Z Z L L
Zout
U2 I2
A12A22ZS A11A21ZS
-
无源滤波器的插入损耗
U1 A11U2 A12I2
第六章 滤波技术
-
主要内容
6.1 电磁干扰滤波器的特性和分类 6.2 插入损耗的计算方法 6.3 反射式滤波器 6.4 电容、电感的高频特性 6.5 有源滤波器 6.6 吸收式滤波器 6.7 反射-吸收组合式低通滤波器 6.8 电源滤波器 6.9 滤波器的选择和使用
-
滤波器作用：抑制传导干扰
滤波器作用：抑制传导干扰
-
6.3.1 低通滤波器
6.3 反射式滤波器
衰减 低通
f
数字脉冲电路中的脉冲信号有丰富的高次谐波，是很强的干扰源
高频电磁波容易被吸收，在电路中产生的噪声电压和电流也是高 频的
当导线上有传导电流时，电流的频率越高，越容易产生辐射
导线或电缆之间由于存在杂散电容和互感，会产生相互串扰，它 与频率有关，频率越高，串扰越严重
IL 1 0 lg 1 [ L(2 R )]2
-
3. 反Γ形低通滤波器
A参数：
A 11ZC U 1/U (Z 1CZL)1Z ZC L12LC
A12 jL ,
插入损耗为：A 21Z U C U 1/1(/Z (Z LL Z Z C)C)Z 1 Cj C A 2 2 1
IL20lgA11RA12A21R2A22R 2R
ZS I1
I2
A11U2 A12U2 / ZL US ~
电磁兼容设计中电磁干扰的抑制方法
电磁兼容设计中电磁干扰的抑制方法电磁兼容性(EMC)是指“一种器件、设备或系统的性能，它可以使其在自身环境下正常工作并且同时不会对此环境中任何其他设备产生强烈电磁干扰”，即电子线路、系统相互不影响，在电磁方面相互兼容的状态。
电磁干扰三要素分别是：噪声源强度、噪声通过某种途径传到受干扰处的耦合因素、受干扰设备的敏感程度。
电磁干扰抑制技术就是围绕这三要素所采取的各种措施，归纳起来就是：抑制电磁干扰源；切断电磁干扰耦合途径；降低电磁敏感装置的敏感性。
电磁干扰的抑制方法很多，基本方法有三种，即接地、屏蔽和滤波。
每种方法在电路与系统的设计中各有独特作用，但在使用上又是相互关联。
如良好的接地可降低设备对屏蔽和滤波的要求，而良好的屏蔽也能降低对滤波的要求。
一、接地根据使用功能的不同，可以把接地分成如下几种形式：1、安全接地：使用交流电的设备必须通过黄绿色安全地线接地，否则当设备内的电源与机壳之间的绝缘电阻变小时，会因为漏电而导致电击伤害。
2、雷电接地：设施的雷电保护系统是一个独立系统，由避雷针、下导体和与接地系统相连的接头组成。
该接地系统通常与安全接地接在一起。
雷电放电接地仅对设施而言，设备没有这个要求。
3、电磁兼容接地：出于电磁兼容设计而要求的接地，包括：（1）屏蔽接地,为了防止由电路之间的寄生电容产生的相互干扰，必须进行隔离和屏蔽，用于隔离和屏蔽的金属必须接地。
（2）、滤波器接地,滤波器中一般都包含信号线或电源线到地的旁路电容，当滤波器不接地时，这些电容就处于悬浮状态，起不到旁路的作用。
（3）、噪声和干扰抑制,对内部噪声和外部干扰的控制，应将设备或系统上的某些点与地相连，从而为干扰信号提供“最低阻抗”通道。
（4）、电路参考,电路之间信号要正确传输，必须有一个公共电位参考点，这个公共电位参考点就是地。
因此所有互相连接的电路必须接地。
二、屏蔽用金属材料将设备内部产生噪声的区域封闭起来的方法称为屏蔽。
屏蔽能有效抑制通过空间传播的电磁干扰。
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R I1
I2
A12
U1 I2
U2 0
0
U1
A21
I1 U2
I2 0
1/( jC)
U2
jC
Ug ~
U1 C
U2 R
A22
I1 I2
U2 0 1
IL 10lg 1 (CR 2)2
R
Z1in
Z 2in
1
jCR
第6章 抑制电磁干扰的滤波技术
IL 20 lg A11R A12 A21R2 A22R 2R
Z1in
A12 A22
A11R A21R
• L型：
A11
U1 U2
I2 0 1
R
I1
L
等
I2
Ug ~
U1
U2 R
A12
U1 I2
U2 0
j L
A21
I1 U2
I20 0A22源自I1 I2U2 0 1
IL 10lg 1[L (2R)]2 Z1in Z2in jL R
第6章 抑制电磁干扰的滤波技术
第6章 抑制电磁干扰的滤波技术
( 2 ) 频率特性
插入损耗随频率的变化——频率特性
通带：信号无衰减通过滤波器的频率范围
阻带：受到很大衰减的频率范围
按频率划分：低通、高通、带通、带阻四种类型。
衰减 低通
衰减 高通
衰减 带通
衰减 带阻
f
f
f
f
频率特性参数：中心频率、截止频率、最低使用频率、最高 使用频率等。
第6章 抑制电磁干扰的滤波技术
( 3 ) 阻抗特性： 滤波器的输入阻抗、输出阻抗 ( 4 ) 额定电压：输入滤波器的最高允许电压值 ( 5 ) 额定电流: 不降低滤波器插入损耗效能的最大使用电流
2. 分类
反射式 按原理：
吸收式
按工作条件： 有源 无源（LC）
按用途： 信号选择滤波器 EMI滤波器
Ug
IL 20 lg U20 20 lg A11ZL A12 A21Zg ZL A22Zg
U2
Zg ZL
第6章 抑制电磁干扰的滤波技术
6.3 反射式滤波器
6.3.1 低通滤波器
电磁干扰滤波器主要是低通滤波器，用在干扰频率比工作信 号频率高的场合：
• 数字脉冲电路是一种主要的电磁干扰源，脉冲信号有丰富的 高次谐波，是很强的干扰源。
第6章 抑制电磁干扰的滤波技术
滤波器作用：抑制传导干扰
滤波器作用：抑制传导干扰
信号滤波器 电源滤波器
工作原理
在一定的通频带 内，滤波器的衰减很 小，能量容易地通过。 在此通频带之外则衰 减很大，抑制了能量 的传输。
第6章 抑制电磁干扰的滤波技术
满足电源线干扰发射和抗扰度要求
第6章 抑制电磁干扰的滤波技术
第6章 抑制电磁干扰的滤波技术
第6章 抑制电磁干扰的滤波技术
6.1 电磁干扰滤波器的特性和分类 6.2 插入损耗的计算方法 6.3 反射式滤波器 6.4 电容、电感的高频特性 6.5 有源滤波器 6.6 吸收式滤波器 6.7 反射-吸收组合式低通滤波器 6.8 电源滤波器 6.9 滤波器的选择和使用
按频率
第6章 抑制电磁干扰的滤波技术
3. EMI滤波器的特点 ① 工作在阻抗失配的条件下；（干扰源的频率阻抗特性变 化范围很宽）
② 可能出现饱和效应；（干扰源的电平变化幅度大）
③ 高频特性非常复杂；（干扰源的频带范围很宽） ④ 应具有较高的可靠性；（干扰源工作频率范围宽，具有
较大的脉冲电流、电压）
2
10 lg
1
4
[(2
2 LC )2
(CR
L
/
R)2 ]
Z1in
j L 1 2LC
R
jCR
Z 2in
jL (1 2LC)R 1 jCR
第6章 抑制电磁干扰的滤波技术
• 高频电磁波更容易被接收，对设备造成电磁干扰电磁场的 频率较高，在电路中产生的噪声电压、电流也是高频的。
• 当导线上有传导电流时，电流的频率越高，越容易产生辐射。
• 导线或电缆之间由于存在杂散电容和互感，会产生相互的串 扰，频率越高．串扰越严重。
第6章 抑制电磁干扰的滤波技术
1. 常见形式 并联电容型；串联电感型；Γ型；反Γ型；T型 ；Π型等
第6章 抑制电磁干扰的滤波技术
6.2 插入损耗的计算方法 无源滤波器的端口网络特性
端口网络：
UI11
A11U 2 A21U 2
A12 I2 A22 I 2
其中
A11
U1 U2
I2 0
终端开路电压 反射系数
A12
U1 I2
U2 0
终端短路 耦合阻抗
Zg I1
I2
Ug ~
U1
滤波 网络
U2
ZL
满足抗扰度及设备辐射发射要求
第6章 抑制电磁干扰的滤波技术
6.1 电磁干扰滤波器的特性与分类 1. 特性：
插入损耗，频率特性，阻抗特性，额定电流；外形尺 寸，工作环境，可靠性等。
( 1 ) 插入损耗（IL） 衡量滤波器性能的主要指标。定义：
IL 20 lg U1 (dB) U2
U1—— 未接入滤波器，信号源在负载上建立的电压； U2 —— 接入滤波器，信号源在负载上建立的电压。 IL与信号源频率、源阻抗、负载阻抗等因素有关。
A21
I1 U2
I2 0
终端开路 耦合导纳
A22
I1 I2
U2 0
终端短路电 流反射系数
输入阻抗： Z1in
U1 I1
A11U2 A12I2 A21U 2 A22I2
A12 A11Z L A22 A21ZL
Z2in
U2 I2
A12 A11
A22 Z g A21Z g
第6章 抑制电磁干扰的滤波技术
R U~ C
R
等L
R
等L 等L
R U~ C
R U~
C
R
RL
RL
R
L
U~
R U~
C
R U~ C C
R
第6章 抑制电磁干扰的滤波技术
IL 20 lg A11R A12 A21R2 A22R 2R
Z1in
A12 A22
A11R A21R
(Zg ZL R)
• C型：
A11
U1 U2
I2 0 1
IL 20 lg A11R A12 A21R2 A22R 2R
Z1in
A12 A22
A11R A21R
• Γ型： A11 1 , A12 jL
R I1
L
等
I2
Ug
~
U1
C
U2 R
A21 jC , A22 1 2LC
IL 20 lg 1 [1 jL R jCR (1 2LC)]
无源滤波器的插入损耗
U1 A11U2 A12I2
Zg I1
I2
A11U2 A12U2 / ZL Ug ~
U1
滤波 网络
U2
ZL
U2
ZL A11ZL
A12
U1
ZL A11ZL A12
Z1in Z g Z1in
Ug
U1
Z1in Z g Z1in
Ug
无滤波器网络时 故插入损耗
U 20
ZL Zg ZL