CN109557381A - 一种无源emc滤波器对称插入损耗测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种无源EMC滤波器对称插入损耗测量系统,由信号发生器、不平衡‑平衡变换器、无源EMC滤波器、平衡‑不平衡变换器、测量接收机依次连接组成;所述平衡‑不平衡变换器由所述不平衡‑平衡变换器对调输入、输出端构成。本发明提供的系统克服了现有技术的不足,使用2端口VNA就实现了从10kHz到100Mhz的频率范围内,按《GB/T7343‑2017/IEC/CISPR17‑2011,无源EMC滤波器抑制特性的测量方法》标准,对无源EMC滤波器对称插入损耗进行测量,省去了投资4端口VNA的成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种无源EMC滤波器对称插入损耗测量系统,属于无源EMC滤波器抑制特性的测量技术领域。
背景技术
在标准《GB/T7343-2017/IEC/CISPR17-2011,无源EMC滤波器抑制特性的测量方法》,5.2.4节,图6“对称插入损耗测量的测试电路(以4线滤波器为例)”中,有二只1:1的变压器W,如图1所示。此标准规定测试在50欧姆系统中进行,测试的起始频率为10kHz。即从10kHz以上的频率范围内(例如从10kHz到30MHz,甚至更高的频率),这两个1:1变压器要满足下面三点要求:其一,它的传输比1:1;其二,结合图2,当在该变压器的C、D端间接50欧姆的负载,则该变压器的A、B端的阻抗是50欧姆;其三,反过来,当在该变压器的A、B端间接50欧姆的负载,则该变压器的C、D端的阻抗也是50欧姆;否则,“对称插入损耗测量的测试电路”测得的不是无源EMC滤波器的真实插入损耗。
在《GB/T7343-2017/IEC/CISPR17-2011,无源EMC滤波器抑制特性的测量方法》标准中,既没有给出制造上述变压器的材料、尺寸和技术参数,也没有指定满足标准要求的制造商及其产品型号。仅在注中指出:“使用一个4端口VNA(Vector Network Analyzer,矢量网络分析仪)来代替变压器也许可以避免变压器特性本身所产生的不良影响”。这就是说,用上述1:1的变压器来测量无源EMC滤波器的对称插入损耗是不准确的,要用4端口的VNA测量才合适。
EMC滤波器的生产企业使用的是2端口VNA,为了按上述标准来测量无源EMC滤波器的对称插入损耗,必须投资购买4端口的VNA,这增加了企业的成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何使用2端口VNA实现按《GB/T7343-2017/IEC/CISPR17-2011,无源EMC滤波器抑制特性的测量方法》标准,对无源EMC滤波器对称插入损耗进行测量,省去投资4端口VNA的成本。
为了解决上述技术问题,本发明的技术方案是提供一种无源EMC滤波器对称插入损耗测量系统,其特征在于:由信号发生器、不平衡-平衡变换器、无源EMC滤波器、平衡-不平衡变换器、测量接收机依次连接组成;所述平衡-不平衡变换器由所述不平衡-平衡变换器对调输入、输出端构成。
优选地,所述信号发生器输出端连接不平衡-平衡变换器输入端,不平衡-平衡变换器输出端连接无源EMC滤波器输入端,无源EMC滤波器输出端连接平衡-不平衡变换器输入端,平衡-不平衡变换器输出端连接测量接收机输入端。
优选地,所述不平衡-平衡变换器,包括不平衡-平衡变换线圈,所述不平衡-平衡变换线圈包括磁环,同轴电缆均匀绕制于磁环上;
所述磁环为单一材料的磁环或不同材料的磁环构成的组合磁环;
所述同轴电缆包括同轴设置的内导体和外导体,内导体与外导体之间设有绝缘填充层;
所述不平衡-平衡变换线圈通过支架固定于屏蔽盒中心;屏蔽盒的一端设置第一连接器,屏蔽盒的另一端设置第二连接器和第三连接器;
所述不平衡-平衡变换线圈的同轴电缆一端的内导体焊接到第一连接器的内导体上,且同轴电缆该端的外导体焊接到靠近第一连接器外导体一侧的屏蔽盒壁面上;这一端就是不平衡-平衡变换器的不平衡端,连接到信号发生器的输出端;
所述不平衡-平衡变换线圈的同轴电缆另一端的内导体焊接到第二连接器的内导体上,且同轴电缆该端的外导体焊接到第三连接器的内导体上;这一端就是不平衡-平衡变换器的平衡端,连接到无源EMC滤波器的输入端。
优选地,所述不平衡-平衡变换线圈的同轴电缆的内导体或外导体两端的阻抗必须满足:2*π*最低工作频率*L>10倍期望阻抗值;
L为所述不平衡-平衡变换线圈的同轴电缆的内导体或外导体的电感量,单位H。
优选地,所述支架由环氧板或其他绝缘材料板构成。
优选地,所述外导体外部设有绝缘涂覆层。
优选地,取第二只不平衡-平衡变换器对调输入端和输出端,用作平衡-不平衡变换器;即将第二只不平衡-平衡变换器的第二连接器、第三连接器连接无源EMC滤波器的输出端,将第二只不平衡-平衡变换器的第一连接器连接测量接收机的输入端,就组成了按《GB/T7343-2017/IEC/CISPR17-2011,无源EMC滤波器抑制特性的测量方法》标准,对无源EMC滤波器对称插入损耗进行测量的测试系统。
本发明提供的系统克服了现有技术的不足,使用2端口VNA就实现了从10kHz到100Mhz的频率范围内,按《GB/T7343-2017/IEC/CISPR17-2011,无源EMC滤波器抑制特性的测量方法》标准,对无源EMC滤波器对称插入损耗进行测量,省去了投资4端口VNA的成本。
附图说明
图1为标准《GB/T7343-2017/IEC/CISPR17-2011,无源EMC滤波器抑制特性的测量方法》,5.2.4节,图6“对称插入损耗测量的测试电路(以4线滤波器为例)”示意图;
图2为1:1的变压器示意图;
图3为本实施例提供的无源EMC滤波器对称插入损耗测量系统示意图;
图4为同轴电缆结构示意图;
图5为磁芯粘叠示意图;
图6为不平衡-平衡变换线圈示意图;
图7为不平衡-平衡变换器内部结构示意图;
图8为不平衡-平衡变换器反射损耗S11测试装置主视图;
图9为不平衡-平衡变换器反射损耗S11测试装置俯视图
图10为不平衡-平衡变换器回波损耗S11测试结果图;
图11为不平衡-平衡变换器传输损耗S21测试结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。
图3为本实施例提供的无源EMC滤波器对称插入损耗测量系统示意图,所述的无源EMC滤波器对称插入损耗测量系统由信号发生器、不平衡-平衡变换器、无源EMC滤波器、平衡-不平衡变换器、测量接收机依次连接组成。信号发生器输出端连接不平衡-平衡变换器输入端,不平衡-平衡变换器输出端连接无源EMC滤波器输入端,无源EMC滤波器输出端连接平衡-不平衡变换器输入端,平衡-不平衡变换器输出端连接测量接收机输入端。
其中,无源EMC滤波器输出端的平衡-不平衡变换器由无源EMC滤波器输入端的平衡-不平衡变换器对调输入、输出端构成。
不平衡-平衡变换器是将不平衡信号和平衡信号相互变换的变换器。本实施例用同轴电缆产品来制造不平衡-平衡变换器,既能保证阻抗始终保持不变,维持在期望阻抗值,又能十分方便地绕制不平衡-平衡变换器。
结合图4,同轴电缆8包括同轴设置的内导体15-15’和外导体16-16’,内导体15-15’与外导体16-16’之间有绝缘填充层17-17’,外导体16-16’外面有绝缘涂覆层19。
用同轴电缆8绕制平衡-不平衡变换器的线圈,要求内导体15-15’或外导体16-16’的阻抗必须满足:2*π*最低工作频率*内导体15-15’(或外导体16-16’)的电感量,所得到的阻抗大于10倍期望阻抗值这个条件。例如,设最低工作频率为10kHz,期望阻抗值为50欧姆,内导体15-15’的电感量为L,单位H,则有2*π*104*L>10*50欧姆。
选外径Φ32mm、内径18mm、高12mm的非晶磁环和外径Φ31mm、内径19mm、高12mm的7k铁氧体磁环多只,用数字电桥测出频率从1kHz~100kHz、1匝时的电感量。从非晶磁环和7k铁氧体磁环中,各选出2只电感量偏高且电感量接近的环。然后,把一只非晶磁环40和一只7k铁氧体磁环30用703胶同心粘接,得到图5中所表示的组合磁环35,共计2套。用牌号为RG316的50欧姆同轴电缆8在组合磁环35上均匀分布绕14匝,制造出图6所示的不平衡-平衡变换线圈2个。
测出这2个平衡-不平衡变换线圈的内导体15-15’(或者外导体16-16’)的电感量,列在表一。当频率为10kHz时,其内导体15-15’(或外导体16-16’)的阻抗为2*π*10000Hz*15.7mH=985.96Ω,是50Ω的19.7倍,满足低频频率为10kHz时的阻抗要求。
表一第1个和第2个线圈中心导体15-15’的电感量
1kHz | 10kHz | 20kHz | 40kHz | 50kHz | 100kHz | |
第1个 | 17.5mH | 15.7mH | 13.3mH | 9.46mH | 8.22mH | 5.44mH |
第2个 | 17.5mH | 15.7mH | 13.3mH | 9.54mH | 8.32mH | 5.6mH |
结合图7,在长82mm、宽67mm、高56mm的钢屏蔽盒28的一端设置1个N型母头连接器34,在该钢屏蔽盒28的另一端设置2个N型母头连接器32和33。在钢屏蔽盒28内,设置环氧板23构成的支架,通过该支架把上述不平衡-平衡变换线圈安放到钢屏蔽盒28的中心位置。把不平衡-平衡变换线圈一端同轴电缆的内导体15’焊接到N型母头连接器34的内导体64上,把不平衡-平衡变换线圈一端同轴电缆的外导体16’焊接到靠近N型母头连接器34外导体的屏蔽盒壁上。这一端就是不平衡-平衡变换器的不平衡端,连接到信号发生器的输出端。把不平衡-平衡变换线圈另一端同轴电缆的内导体15焊接到N型母头连接器32的内导体上,把平衡-不平衡变换线圈另一端同轴电缆的外导体16焊接到N型母头连接器33的内导体上。这一端就是不平衡-平衡变换器的平衡端,连接到无源EMC滤波器的输入端。
检查焊接无误,封上盖板,不平衡-平衡变换器制作完成。它替代图1中被测滤波器左面的那只1:1变压器。
要完成《GB/T7343-2017/IEC/CISPR17-2011,无源EMC滤波器抑制特性的测量方法》标准中无源EMC滤波器对称插入损耗的测试,还需要另一只、用来替代图1中被测无源EMC滤波器右面的那只1:1变压器的平衡-不平衡变换器。该平衡-不平衡变换器的技术参数和工艺与上述不平衡-平衡变换器完全一致,唯一的差别是,交换N型母头连接器32和33的中心导体的连接,即把N型母头连接器33中心导体接不平衡-平衡变换线圈的内导体15,把N型母头连接器32中心导体接不平衡-平衡变换线圈的外导体16,交换这两根线的连接,是为了测试时电缆不会出现交叉。
为了测试上述的不平衡-平衡变换器和平衡-不平衡变换器的反射损耗,要在图7的N型母头连接器32和33端口上连接期望阻抗值(本实施例中为50欧姆)的负载。为此,制作了图8和图9所示的不平衡-平衡变换器反射损耗S11测试装置。其中,N型公头连接器42和43与图7的N型母头连接器32和33相连接,在两N型公头连接器42和43之间焊接了一块双面PCB板75。双面PCB板75的一面连接N型公头连接器42和43的法兰盘(地),双面PCB板75的另一面是一条带线77,带线77的中部断开,并联焊接2只100欧姆的贴片电阻73。
图10是用不平衡-平衡变换器反射损耗测试装置测得的不平衡-平衡变换器的输入回波损耗S11数据,从DC到102MHz的驻波为1.3:1。图11是测得的不平衡-平衡变换器插入损耗S21的数据,从DC到102MHz的插入损耗被控制在0.3dB。实验数据表明,用2端口的VNA,就能在10kHz到100MHz的频率范围内,按标准《GB/T7343-2017/IEC/CISPR17-2011,无源EMC滤波器抑制特性的测量方法》进行无源EMC滤波器对称插入损耗的测量。
本实施例根据电路理论,用不平衡-平衡变换器来代替图1中,被测无源EMC滤波器左面的那只1:1变压器;用相同参数的另外一只不平衡-平衡变换器,对调输入、输出端,使其变成了平衡-不平衡变换器,用它代替被测无源EMC滤波器右面的那只1:1的变压器,就能使用2端口VNA,按《GB/T7343-2017/IEC/CISPR17-2011,无源EMC滤波器抑制特性的测量方法》标准对无源EMC滤波器对称插入损耗进行测量,省去投资4端口VNA的成本。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例,并非对本发明任何形式上和实质上的限制,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明方法的前提下,还将可以做出若干改进和补充,这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化,均为本发明的等效实施例;同时,凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变,均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种无源EMC滤波器对称插入损耗测量系统,其特征在于:由信号发生器、不平衡-平衡变换器、无源EMC滤波器、平衡-不平衡变换器、测量接收机依次连接组成;所述平衡-不平衡变换器由所述不平衡-平衡变换器对调输入、输出端构成。
2.如权利要求1所述的一种无源EMC滤波器对称插入损耗测量系统,其特征在于:所述信号发生器输出端连接不平衡-平衡变换器输入端,不平衡-平衡变换器输出端连接无源EMC滤波器输入端,无源EMC滤波器输出端连接平衡-不平衡变换器输入端,平衡-不平衡变换器输出端连接测量接收机输入端。
3.如权利要求2所述的一种无源EMC滤波器对称插入损耗测量系统,其特征在于:所述不平衡-平衡变换器包括不平衡-平衡变换线圈,所述不平衡-平衡变换线圈包括磁环,同轴电缆(8)均匀绕制于磁环上;
所述同轴电缆(8)包括内导体(15-15’)和外导体(16-16’),内导体(15-15’)与外导体(16-16’)之间设有绝缘填充层(17-17’);
所述不平衡-平衡变换线圈通过支架固定于屏蔽盒(28)中心;屏蔽盒(28)的一端设置第一连接器(34),屏蔽盒(28)的另一端设置第二连接器(32)和第三连接器(33);
所述不平衡-平衡变换线圈的同轴电缆(8)一端的内导体焊接到第一连接器(34)的内导体(64)上,且同轴电缆(8)该端的外导体焊接到第一连接器(34)外导体上或靠近第一连接器(34)外导体一侧的屏蔽盒(28)壁面上;第一连接器(34)为不平衡-平衡变换器的输入端;
所述不平衡-平衡变换线圈的同轴电缆(8)另一端的内导体焊接到第二连接器(32)的内导体上,且同轴电缆(8)该端的外导体焊接到第三连接器(33)的内导体上;第二连接器(32)、第三连接器(33)为不平衡-平衡变换器的输出端。
4.如权利要求3所述的一种无源EMC滤波器对称插入损耗测量系统,其特征在于:所述不平衡-平衡变换线圈的同轴电缆(8)的内导体(15-15’)或外导体(16-16’)两端的阻抗必须满足:2*π*最低工作频率*L>10倍期望阻抗值;
L为所述不平衡-平衡变换线圈的同轴电缆(8)的内导体(15-15’)或外导体(16-16’)的电感量,单位为H。
5.如权利要求3所述的一种无源EMC滤波器对称插入损耗测量系统,其特征在于:所述不平衡-平衡变换器的第一连接器(34)连接所述信号发生器的输出端,所述不平衡-平衡变换器的第二连接器(32)、第三连接器(33)连接所述无源EMC滤波器的输入端。
6.如权利要求3所述的一种无源EMC滤波器对称插入损耗测量系统,其特征在于:所述支架由绝缘材料制成。
7.如权利要求3所述的一种无源EMC滤波器对称插入损耗测量系统,其特征在于:所述外导体(16-16’)外部设有绝缘涂覆层。
8.如权利要求3所述的一种无源EMC滤波器对称插入损耗测量系统,其特征在于:所述磁环为单一材料的磁环或不同材料的磁环构成的组合磁环。
9.如权利要求3所述的一种无源EMC滤波器对称插入损耗测量系统,其特征在于:取第二只不平衡-平衡变换器对调输入端和输出端,用作平衡-不平衡变换器;即将第二只不平衡-平衡变换器的第二连接器(32)、第三连接器(33)连接无源EMC滤波器的输出端,将第二只不平衡-平衡变换器的第一连接器(34)连接测量接收机的输入端。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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