隨著電子設(shè)備工作頻率的迅速提高,電磁干擾的頻率也越來越高,干擾頻率通常會(huì)達(dá)到數(shù)百MHz,甚至GHz以上。由于電壓或電流的頻率越高,越容易產(chǎn)生輻射,因此,正是這些頻率很高的干擾信號(hào)導(dǎo)致了輻射干擾的問題日益嚴(yán)重。因此,對(duì)用來解決輻射干擾的濾波器的一個(gè)基本要求就是要能對(duì)這些高頻干擾信號(hào)有較大的衰減,這種濾波器就是射頻干擾濾波器。普通干擾濾波器的有效濾波頻率范圍為數(shù)kHz數(shù)十MHz,而射頻干擾濾波器的有效濾波頻率范圍從數(shù)kHz到GHz以上。
按照傳統(tǒng)方式構(gòu)造的濾波器不能成為射頻濾波器。這是由于兩個(gè)原因:第一個(gè)原因是:旁路電容寄生電感較大(導(dǎo)致串聯(lián)諧振,增加了旁路阻抗),導(dǎo)致電容器在較高的頻率并不具有較低的阻抗,起不到旁路的作用。第二個(gè)原因是:濾波器的輸入端和輸出端之間的雜散電容導(dǎo)致高頻干擾信號(hào)耦合,使濾波器對(duì)高頻干擾失去作用。解決這個(gè)問題的方法是用穿心電容作為旁路電容。穿心電容具有非常小的寄生電感,旁路阻抗非常小,并且由于采用隔離安裝方式,消除了輸入輸出端之間的高頻耦合。
選擇射頻濾波器需要考慮的因素
中心頻率(Center Frequency):射頻濾波器通帶的中心頻率f0,一般取f0=(f1+f2)/2,f1、f2為帶通或帶阻濾波器左、右相對(duì)下降1dB或3dB邊頻點(diǎn)。窄帶濾波器常以插損最小點(diǎn)為中心頻率計(jì)算通帶帶寬。
截止頻率(Cutoff Frequency):指低通濾波器的通帶右邊頻點(diǎn)及高通濾波器的通帶左邊頻點(diǎn)。通常以1dB或3dB相對(duì)損耗點(diǎn)來標(biāo)準(zhǔn)定義。當(dāng)頻率超過截止頻率時(shí),濾波器就進(jìn)入了阻帶,在阻帶,干擾信號(hào)會(huì)受到較大的衰減。根據(jù)使用濾波器的場合不同(信號(hào)電纜濾波還是電源線濾波),可以用兩個(gè)方法來確定濾波器的截止頻率。在對(duì)信號(hào)電纜進(jìn)行濾波時(shí),根據(jù)有效信號(hào)的帶寬來確定,截止頻率要大于信號(hào)的帶寬,這樣才能保證有用信號(hào)不被衰減。在對(duì)電源線或直流信號(hào)線,濾波時(shí),由于有效信號(hào)的頻率很低,信號(hào)失真的問題不是主要因素,因此主要根據(jù)干擾信號(hào)的頻率來定,要使干擾頻率全部落在濾波器的阻帶內(nèi)。濾波器的截止頻率越低,濾波器的尺寸越大,價(jià)格越高,因此沒有必要時(shí)(干擾的頻率不是很低時(shí)),不要盲目選用截止頻率過低的濾波器。
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插入損耗(Insertion Loss):由于射頻濾波器的引入對(duì)電路中原有信號(hào)帶來的衰耗,以中心或截止頻率處損耗表征,如要求全帶內(nèi)插損需強(qiáng)調(diào)。每一種濾波器都有一張插入損耗與頻率對(duì)應(yīng)的表格,選用濾波器時(shí),根據(jù)干擾信號(hào)的頻率和需要衰減的程度確定對(duì)插入損耗的要求。需要注意的一點(diǎn)是,產(chǎn)品樣本上給出的插入損耗是在50系統(tǒng)中測量的,實(shí)際使用條件如果不是50,插入損耗會(huì)有差異。
通帶帶寬(BWxdB):指需要通過的頻譜寬度,BWxdB=(f2-f1)。f1、f2為以中心頻率f0處插入損耗為基準(zhǔn),下降X(dB)處對(duì)應(yīng)的左、右邊頻點(diǎn)。通常用X=3、1、0.5 即BW3dB、BW1dB、BW0.5dB 表征濾波器通帶帶寬參數(shù)。分?jǐn)?shù)帶寬(fractional bandwidth)=BW3dB/f0×100%,也常用來表征濾波器通帶帶寬。
額定電壓:濾波器在正常工作時(shí)能夠長時(shí)間承受的電壓,要注意正確選用直流和交流品種,在交流應(yīng)用場合絕對(duì)不能使用直流的品種,否則容易發(fā)生擊穿。由于幾乎所有的電磁兼容試驗(yàn)都有脈沖干擾的項(xiàng)目,因此在選用濾波器時(shí)要考慮這種高壓脈沖干擾的作用,耐壓值需要留有一定的富裕量。
額定電流:濾波器在正常工作時(shí)能夠長時(shí)間流過的電流值,額定電流由濾波器的引線直徑?jīng)Q定,線徑越大,額定電流越大。對(duì)于濾波器組件,額定電流還與電感線圈的飽和特性有關(guān),當(dāng)電流超過額定電流時(shí),濾波器的性能會(huì)下降。
工作溫度范圍:濾波器件能保證預(yù)定性能和正常工作時(shí)所處的環(huán)境溫度,本樣本中的濾波器件除了特別標(biāo)出的以外,工作溫度范圍為有-55-+125C。
濾波器的體積:濾波器的體積與濾波器的額定工作電壓、工作電流、截止頻率、插入損耗以及制造工藝有關(guān)。電氣性能基本相同的濾波器,由于不同的制造工藝而導(dǎo)致不同的體積,電氣性能接近時(shí),體積較大的濾波器價(jià)格較低(適合安裝空間較大的場合)。
射頻濾波器的安裝方式
射頻濾波器的安裝方式對(duì)濾波器的性能有很大影響。首先射頻干擾濾波器必須以金屬板為隔離板,將濾波器的輸入和輸出隔離開。其次,濾波器要與金屬板之間保持低阻抗的接觸,以保證濾波電容的旁路效果。最好將濾波器安裝在鍍錫或鋅的鋁板或鋼板上。為了保證可靠的連接,一般要在濾波器的安裝法蘭與隔離板之間安裝內(nèi)齒墊片,而不能使用導(dǎo)電膠之類的物質(zhì)來達(dá)到可靠連接的目的。需要注意的問題是,不同金屬的接觸面之間會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕,導(dǎo)致接觸阻抗增加。有些設(shè)備經(jīng)過一段時(shí)間使用后,干擾情況變得嚴(yán)重,就是由于濾波器的接地阻抗增加導(dǎo)致的。特別是當(dāng)濾波器的低頻濾波效果降低時(shí),要考慮這種因素。
射頻濾波器的分類
根據(jù)工作信號(hào)的頻率范圍,射頻濾波器主要分為四大類:低通濾波器(LPF)、高通濾波器(HPF)、帶通濾波器(BPF)和帶阻濾波器(BEF)。低通濾波器指低頻信號(hào)能夠通過而高頻信號(hào)不能通過的濾波器;高通濾波器則相反,即高頻信號(hào)能通過而低頻信號(hào)不能通過;帶通濾波器是指頻率在某一個(gè)頻率范圍內(nèi)的信號(hào)能通過,射頻濾波器而在此頻率范圍之外的信號(hào)均不能通過;帶阻濾波器的性能與之相反,即某個(gè)頻帶范圍內(nèi)的信號(hào)被阻斷,但允許在此頻率范圍之外的信號(hào)通過。