CN115696889A - 电磁波屏蔽滤波器 - Google Patents

Abstract

涉及一种滤波器构成方式，其在构成电磁波屏蔽滤波器时，并非采用低通滤波器或带通滤波器的方式构成，而是采用磁场传递方式构成，只传输所愿信号的同时，保持非所愿电磁波的屏蔽。本实施例涉及一种用于高频通信的电磁波屏蔽滤波器，其在滤波器的内部构成椭圆形铁氧体磁芯，两端设置初级线圈和次级线圈，然后，对于椭圆形磁场芯，采用电磁波屏蔽材料收尾，将初级线圈侧的信号以磁场形态传输到次级线圈，并去除其余的非所愿共模成分。

Description

电磁波屏蔽滤波器

技术领域

本发明的一实施例涉及一种电磁波屏蔽滤波器，具体涉及一种电磁波屏蔽设施内，让需要的高频信号通过，而将此外的干扰频率成分加以阻断的滤波器。

背景技术

以下阐述的内容仅提供与本实施例相关的背景信息，不构成传统技术。

通常，为了检验电磁波屏蔽设施的屏蔽功效，根据EEEE-std-299或MIL-STD-188-125-1/2、国立传播研究院公告第2016-10号等规则，实施屏蔽测试，确认电磁波屏蔽设施的屏蔽性能。

电磁波屏蔽设施基本上根据电磁波分成内部和外部，设施通过设计，防止了外部的电磁波环境对设施内部的服务器或通信装备产生影响，其利用用于人员或装备移动的屏蔽门以及用于内部供电或通信的电磁波屏蔽滤波器，连接了电磁波屏蔽设施的内部和外部。

目前，传统的通常电磁波屏蔽滤波器通常使用低通滤波器，阻断待屏蔽电磁波的自10kHz～100kHz以上至几～18GHz高频带，让像供电一样的60Hz低频通过，并根据情况，有时使用带通滤波器，只让特定频带通过。通信带频率(例：500MHz)中，高频通信频率高于低通滤波器的截止频率，此时，实施光电转换之后，通过光缆进行输入，再实施电光转换来传输信号的同时，保持电磁波的屏蔽，从而连接屏蔽设施的内部和外部。

通常，低通式电磁波屏蔽滤波器用作军用EMP屏蔽滤波器，其屏蔽至频率最低的电磁波，3dB损耗的截止频率接近10kHz，截止频率比这更低时，会给输送的电力带来损耗，因此，通常的下限线为10kHz截止频率。因此，传送10kHz以下频率时，比这更低的频率无法通过滤波器，这导致滤波器的作用受到限制。如此，目前使用的低通式电磁波屏蔽滤波器在阻断全频带，只让所愿频带的信号通过方面具有局限性，这说明电磁波屏蔽滤波器在构成上需要根本性的结构性的变化。

发明内容

所要解决的课题

本实施例的目的在于，在滤波器内部决定电磁波屏蔽面外部及内部的部分配置高导磁系数椭圆形磁芯，通过深度和直径上适合阻断电磁波的芯屏蔽及贯通部，对于高频电磁波信号，在初级线圈转换成差模形态，在椭圆形磁芯，以差模式磁场形态，从屏蔽设施外部传递至内部，在次级线圈重新还原差模高频信号，传递所愿高频信号的同时，阻断非所愿共模形态电磁波，从而在低通式或带通式滤波器构成电磁破屏蔽。

课题解决方案

本实施例一方面构成一种电磁波屏蔽滤波器，该电磁波屏蔽滤波器作为设置在电磁波屏蔽设施一侧屏蔽壁面的结构，在高导磁系数椭圆形(圆形)磁芯结构的两侧短边卷绕有初级线圈和次级线圈，而椭圆形磁芯的中间包括：初级线圈，其由高导电率(低阻抗)材料组成，深度和直径适合使电磁波屏蔽滤波器内部纵跨实施电磁波屏蔽，以高导磁系数椭圆形磁芯结构为中心，相互对称地相对而立；外围盒体，其包括所述次级线圈和所述高导磁系数磁芯(导磁路径)；芯中心沿着纵跨方向填充有高导电率(低阻抗)材料的结构。

发明效果

如上所述，根据本实施例，在滤波器内部决定内部和外部的电磁波屏蔽分界面上构成高导磁系数导磁路径，让RF或差模形态高频电磁波信号通过椭圆形(或圆形)磁芯，以磁场形态从外部传递至内部，椭圆形磁芯周边和屏蔽滤波器盒体内部面填充高导电率(低阻抗)材料，以屏蔽电磁波，屏蔽电磁波屏蔽设施外部和内部的电场和磁场，因此，其让无线高频信号通过，但，其余的放射性共模(Common mode)电磁波被全频带屏蔽。

并且，高频信号本身是差模(Differential mode)结构，可以通过，但，外部噪声等高输出电磁波等是共模(Common mode)结构，不能通过椭圆形磁芯，这会使除了愿意让通过的信号之外的噪声被全频带屏蔽。这也是本发明区别于传统带通滤波器或低通滤波器式电磁波屏蔽滤波器的技术特征。

附图说明

图1示出了根据本实施例包括椭圆形(圆形)磁芯和磁芯屏蔽及贯通部的电磁波屏蔽滤波器。

图2示出了根据本实施例，将包括椭圆形磁芯和磁芯屏蔽及贯通部的电磁波屏蔽滤波器应用于电磁波屏蔽设施的例。

图3示出了将根据本实施例包括椭圆形磁芯的电磁波屏蔽滤波器沿着侧面及纵截面示出的电磁波屏蔽滤波器视图。

图4示出了根据本实施例，为了同时收发高频信号，包括双重椭圆形磁芯和初级线圈及次级线圈的电磁波屏蔽滤波器视图。

图5示出了根据本实施例，利用同轴电缆构成替代初级及次级线圈的初级及次级环形天线，应用包括磁芯屏蔽及贯通部的电磁波屏蔽滤波器的例。

图6示出了以下构成：根据本实施例，为了使差模高频信号通过利用图5所示同轴电缆的滤波器，输入同轴电缆内芯不接地，且同轴电缆外部接地局部断线，以使天线保持电磁波屏蔽的同时，形成磁场，使同轴电缆外部接地局部断线的目的在于，使已经构成的初级及次级环形天线有效发射磁场。

图7示出了以下构成：根据本实施例，为了使GHz频带的RF通过利用同轴电缆的电磁波屏蔽滤波器，去除铁氧体磁芯，应用空心(Air)芯体，将同轴电缆结构的小型环形天线的宽面应用于呈对接结构的电磁波屏蔽滤波器，其目的在于，应用在让GHz频带信号通过的电磁波屏蔽滤波器。

图8示出了本电磁波屏蔽设施用于通风的蜂窝体。

图9示出了通常使用的低通滤波器型电磁波屏蔽滤波器。

附图标记说明

101、201、301、401、501、601、701：电磁波屏蔽滤波器盒体

202、302、402、502：初级线圈

104、204、304、404、504：椭圆形(圆形)磁芯(导磁路径)

203、303、403、403：初级及次级线圈

105、205、305、405、505、605、705：磁芯屏蔽及贯通部(高导电性材料)

506、507、606、607、706、707：RF连接器

508、509、608、609、708、709：同轴电缆

502、503、602、603、702、703：同轴电缆终端环形天线(初级及次级线圈功能)

206：电磁波屏蔽门 801：蜂窝体

802：蜂窝体的直径(g) 803：蜂窝体的深度(d)

920、921：电感器 923、924、925：电容器

926：防雷器(MOV,Arrestor)

具体实施方式

以下，参考附图详细描述本实施例。

图1示出了根据本实施例包括椭圆形磁芯的电磁波屏蔽滤波器。

根据本实施例，包括椭圆形(圆形)芯的电磁波屏蔽滤波器包括电磁波屏蔽盒体101、椭圆形(圆形)磁芯102、初级线圈102、次级线圈104、磁芯屏蔽及贯通部105，但，包括在电磁波屏蔽滤波器的构件未必受此限定。

如图1所示，包括椭圆形磁芯的电磁波屏蔽滤波器中，电磁波屏蔽设施的一侧屏蔽壁面设置滤波器时，初级线圈102和次级线圈103将设置在椭圆形磁芯两端。椭圆形磁芯103应用了高频特性优异的高导磁系数材料，因此，愿意让通过的信号形成的磁场从初级线圈102经由椭圆形芯传递到相反侧芯，并在相反侧次级线圈103重新变更为电压形态。从次级线圈103到初级线圈102的相反情况也可以如此。

初级线圈102侧输入高频通信信号时，会变更为磁场，经由椭圆形磁芯103，被诱导及传递到次级线圈。重新传递到次级线圈的磁场被次级线圈转换成电压形态，还原接收的信号。但，在这种状态下，虽然是不具备电磁波屏蔽功能的变压器形态，但，在其中的椭圆形磁芯104周边用高导电率(低阻抗)材料105填充屏蔽滤波器内部壁面时，会形成包绕磁芯104的隧道状结构，构成屏蔽电磁波的条件。

并且，椭圆形铁氧体砖物理耐久性偏弱，在构成椭圆形磁芯屏蔽及贯通部时，如果应用铁絮或铜絮等形态，不仅制作容易，对于外部冲击，也会具有相当强的防护作用。用高密度金属形态填充滤波器盒体和芯部分时，外部冲击会被直接传递，但，以铁絮或铜絮形态，用低密度材料填充时，物理冲击被低密度(与海绵相似的结构)材料吸收，这会导致冲击的传递受到限制。

如图9所示，低通滤波器式电磁波屏蔽滤波器由电感器920、921、电容器923、924、925、防雷器927等组成，由于其结构让截止频率以下频率以及截止频率以上频率通过，难以让高于低通滤波器截止频率的频率通过屏蔽设施，因此，为了只让特定频带通过，有时会应用带通滤波器式电磁波屏蔽滤波器，但，这种低通滤波器或带通滤波器通带附近的频率屏蔽特性会造成频带被抑制衰减60dB左右，难以确保完整的屏蔽特性，进一步，带通滤波器的频带内输入有高输出电磁波(EMP)信号时，电磁波屏蔽滤波器难以起作用。

但，根据本实施例的电磁波屏蔽滤波器(图1)中，根据麦克斯韦方程组的电磁感应定律(数式1)，被椭圆形磁芯104诱导的高频信号只在差模(Differential Mode)结构得到传递，因此，高输出电磁波及/或外部电磁波噪声等放射性共模(Common mode)电磁波不能从初级线圈102穿过椭圆形磁芯104，再传递至次级线圈103。

并且，本实施例应用的椭圆形磁芯的直径为3～10mm左右，因此，输入一定值以上的高输出电磁波时，椭圆形磁芯104的磁通量会饱和，一定能量以上不能传递到次级线圈，由此，可以保护与椭圆形磁芯次级侧输出连接的通信装备的接收端和发送端。

并且，尽管构成电磁波屏蔽滤波器的构成元件为高频元件，但，均由手动元件组成，因此，受损的可能性极低，其原因在于，没有包含随着时间的推移被氧化或化学性质发生变化的物质。

进一步，包括在低通滤波器(图9)的元件，特别是，防雷器927、电容器926、920、921等具有寿命，不能永久使用，该部件在受损时或每隔一定周期需要更换，将这种部件应用在根据本实施例的电磁波屏蔽滤波器(图1)是多余的。但，根据本实施例的电磁波屏蔽滤波器可以不间断使用屏蔽设施内部的装备，几乎不会发生铁氧体磁芯104因受冲击被损坏或者初级线圈102和次级线圈103因过载电流受损的现象，可以具有永久寿命。

应用于本实施例中电磁波屏蔽滤波器的椭圆形磁芯104的材料因其高频特性优秀且导磁系数高，可以使用铁氧体材质，ZnMn型铁氧体材料因其导电率高(几十欧姆左右)，可以在较低频带应用，NiMn型铁氧体材料因其导电率低(几十M欧姆)且导磁系数高，可以在进一步高的频带有效应用。

进一步，本示意描述的电磁波屏蔽滤波器涉及用于高频信号的电磁波屏蔽滤波器，但，将替代铁氧体磁芯的层叠型铁芯磁芯应用于椭圆形磁芯时，可以用作50Hz或60Hz电线的电磁波屏蔽滤波器，并且，由于椭圆形磁芯结构，初级线圈和次级线圈的间距变远，传输效率会下降，但，可以保证电磁波屏蔽特性，因此，可以根据需要应用。

如图2所示，电磁波屏蔽滤波器难以单独实现电磁波屏蔽，由于其在结构上，屏蔽设施207的壁面或棚顶抵接滤波器的盒体201，六面体均可以在被阻断的屏蔽设施内使用。当前建造的屏蔽设施均为以这种结构构筑且应用于这种设施的滤波器。

形成椭圆形(圆形)磁芯屏蔽及贯通部的部分形成孔，将ZnMn型铁氧体用作椭圆形磁芯时，由于铁氧体砖本身导电率高(低阻抗，几十欧姆)，即使具有磁芯孔，也仍然可以从电磁波的层面保持等同于阻塞的形态。并且，将椭圆形磁芯应用于NiMn型铁氧体时，从电磁波的层面来讲，或许将贯穿磁芯的孔视作电磁波屏蔽受损的结构，但，如(表1)，可以调整孔的直径(d,306)和深度(g,307)来解决该问题。并且，铁氧体材质本身具有吸收电磁波的功能，因此，即使有孔，也不会对电磁波屏蔽的受损与否造成影响。

图8示出了电磁波屏蔽设施通风部使用的蜂窝体，该构件可以通风，但，电磁波被屏蔽，虽然具备物理性孔(图8)，但，电磁波可以在蜂窝体的截止频率以内被屏蔽。

下表为根据电磁波屏蔽设施蜂窝体的直径和深度决定的电磁波屏蔽效果计算公式，由此可知，根据贯通口的物理性孔的形态是否为四边形、圆、六边形结构，其电磁波屏蔽效果也会不同，但，基本上调整了贯通口的直径(d)和深度(d)(参考图3及图8)，因此，即使具备有损于电磁波屏蔽的孔，也可以在屏蔽频率以下实现电磁波屏蔽。

[表1]

例如，六边形蜂窝体的深度(d)为20mm，最长直径为3mm时，在18GHz可以保持的屏蔽效果为96dB，因此，即使有孔，由孔的深度和直径决定的截止频率以下可以实现电磁波屏蔽。

因此，应用NiMn型铁氧体时，由于导电率低(高阻抗材料)，即使具备电磁波层面的孔，其结构也可以使电磁波屏蔽保持无损状态。

根据本实施例的电磁波屏蔽滤波器(图1)不需要配备传统的低通式或带通式滤波器结构需要的容量性(电容器)元件和感应性(电感器)元件，特别是，不需要针对外部强脉冲性冲击设置防护装置，如，防雷器或EMP防护装置926。电磁波屏蔽滤波器(图9)内部元件是带有寿命的元件，需要定期更换，这会发生时间及费用损耗。与这种低通滤波器式相比，电场传输式滤波器的最大优点在于，全频带的电磁波屏蔽效果高达100dB以上，甚至不单独存在电磁波屏蔽滤波器的通带，连让信号通过的通带也可以保持电磁波屏蔽。并且，包绕初级线圈和次级线圈及椭圆形芯的部分在其结构内部具备了电短路及屏蔽结构，将以电场形态释放或耦合的现象减至最少，从而保持初级和次级之间的电磁波屏蔽。

图3示出了包括本实施例的椭圆形(圆形)磁芯的电磁波屏蔽滤波器侧面及纵截面，表示了磁芯贯通口的直径和深度。

包括本实施例的椭圆形(圆形)磁芯304的电磁波屏蔽滤波器(图3)包括椭圆形磁芯304、初级线圈302、次级线圈303、磁芯屏蔽及贯通部305、电磁波屏蔽滤波器的外围盒体301。包括在电磁波屏蔽滤波器(图3)的构件未必受此限定。

图4示出了根据本实施例，包括双重椭圆形(圆形)磁芯的电磁波屏蔽滤波器。

根据本实施例，包括椭圆形磁芯的电磁波屏蔽滤波器(图4)由2个椭圆形磁芯、2个初级线圈402、3个次级线圈403、磁芯屏蔽及贯通部405组成，在以太网等数字通信中，为了向屏蔽设施内部传递高频信号，单独构成发送部和接收部来同时实施发送和接收。包括在电磁波屏蔽滤波器(图4)的构件未必受此限定。

图5示出了根据本实施例，包括椭圆形(圆形)磁芯的电磁波屏蔽滤波器。

根据本实施例，包括椭圆形(圆形)芯的电磁波屏蔽滤波器(图5)由椭圆形(圆形)磁芯504、起到初级线圈作用的同轴电缆508、终端的环形天线502、起到次级线圈作用的同轴电缆509、终端的环形天线503、磁芯屏蔽及贯通部505组成，低频率中传送特性下降，但，频率高于线圈的频带中，传送效率有待提高。通过将同轴电缆508、509卷绕到磁芯之后，将同轴电缆508、509内芯与同轴电缆508、509屏蔽面电连接的方法，制成环形天线502、503，起到与初级线圈和次级线圈相同的作用。并且，涉及的频率具有几百MHz～几GHz带宽，可以应用SMA或N型等RF连接器506、507及电缆508、509进行连接。包括在电磁波屏蔽滤波器的构件未必受此限定。

图7示出了前项提及的特征中，用空心(Air)芯体替代铁氧体磁芯时情况。铁氧体材质在1GHz以下频带容易工作，但，难以满足1GHz频带以上的磁场传递特性，因此，用空心(Air)芯体替代铁氧体磁芯时，可以获得像GHz频带一样显著高的频率特性，其可以用于让特定GHz频带的信号通过并屏蔽全频带电磁波的目的，甚至在RF通带内，可以屏蔽外部的电磁波，共模(Common mode)的外部电磁波噪声作为放射性电磁波，由于数式1所示的磁场传递结构，可以从初级侧传递到次级侧。初级同轴电缆708和次级同轴电缆709与电磁波屏蔽滤波器盒体701外部的连接器706、707连接，中间部由小型环形(loop)天线结构组成，该小型环形(loop)天线结构通过同轴电缆的内芯和外壳接地部相连的结构制成。初级环形天线702和次级环形天线703相互不会电短路，并以相向的结构配置，被输入的RF信号经由初级环形天线702时形成的磁场以磁场形态传送到次级环形天线703侧，并以接收该磁场信号的结构工作。包绕初级及次级环形天线的芯屏蔽部和小型环形天线部位电气隔离。并且，在该空间内，从电场层面来看，环形天线本身短路，不会发生电场的释放，也不会发生耦合，因此，决定屏蔽室内部和外部的初级端和次级端电短路，致使全频带在电场上完全被隔离。只有响应初级环形天线702和次级环形天线703的特定相应频带在初级侧和次级侧，以磁场形态发生局部的电磁波损耗，但，初级端和次级端被连接(3dB以内)。

图8示出了本电磁波屏蔽设施通风口部分设置的蜂窝体的简略图，示出了孔的直径(g,802)和深度(d,803)，以这两项为函数决定电磁波屏蔽效能的量，即使存在电磁开口面，也可以在特定截止频率以下实现电磁波屏蔽。

图9示出了当前通用的用于高频信号线的低通滤波器式电磁波屏蔽滤波器，如图所示，由电感器920、921、电容器923、924、925和浪涌保护器925等组成，经由滤波器输入的信号只可以在特定截止频率以下通过，而其以上被屏蔽。根据情况，有时与带通滤波器或高通滤波器合并使用，但，屏蔽滤波器的通带内输入有干扰信号或高输出信号时，会穿过屏蔽滤波器，并通过输出进行传递，因此，可能会给屏蔽设施内装备造成损坏。

上述内容仅仅举例说明了本实施例的技术思想，只要是本实施例所属技术领域的通常技术人员，均可以在不脱离本实施例本质特性的范围内，进行多种修改和变形。因此，对于本实施例的技术思想来讲，本实施例不是一种限定，而是一种描述，本实施例的技术思想不受这种实施例的限定。对于本实施例保护范围的解释，应当以下附权利要求书为准，应当解释为，与其处在同等范围内的所有技术思想均包括在本实施例的权利范围。

Claims (9)

1.一种电磁波屏蔽滤波器，其特征在于：

由设置在电磁波屏蔽滤波器的中央部的椭圆形（圆形）铁氧体磁芯组成，

包括：

初级线圈及次级线圈，其以所述椭圆形铁氧体磁芯为中心，相互对称地相对而立；

初级线圈，其卷绕在所述椭圆形（圆形）芯；

次级线圈，其卷绕在所述椭圆形芯；

芯贯通及屏蔽部，其包绕所述椭圆形磁芯；

电磁波屏蔽滤波器外围盒体，其包括磁芯屏蔽及贯通部，该芯屏蔽及贯通部面接触地包绕所述初级线圈、所述次级线圈、所述椭圆形铁氧体磁芯和磁芯，并与屏蔽滤波器内部面抵接。

2.根据权利要求1所述的电磁波屏蔽滤波器，其特征在于：通过所述椭圆形磁芯，应用高频特性优秀且导磁系数高的芯，保持以磁场形态传输信号的同时，利用磁场芯屏蔽贯通部实现对于磁芯周边的电磁屏蔽，从而保持所述初级线圈和所述次级线圈之间的电磁屏蔽。

3.根据权利要求2所述的电磁波屏蔽滤波器，其特征在于：所述磁芯应用椭圆形（圆形）铁氧体磁芯。

4.根据权利要求2所述的电磁波屏蔽滤波器，其特征在于：磁芯屏蔽及贯通部使所述椭圆形磁芯中心部周边与电磁波屏蔽滤波器的内部壁面实现面接地及屏蔽，其材料由铁、铜、铝等高导电率（低阻抗）材料组成。

5.根据权利要求2所述的电磁波屏蔽滤波器，其特征在于：所述磁芯屏蔽及贯通部由作为高导电率（低阻抗）材料的铁絮或铜絮等低密度高导电率型式组成。

6.根据权利要求2所述的电磁波屏蔽滤波器，其特征在于：通过所述椭圆形（圆形）磁芯多重卷绕初级及次级线圈的形态，从初级端向次级端传输高频信号（RF）。

7.根据权利要求2所述的电磁波屏蔽滤波器，其特征在于：所述椭圆形（圆形）磁芯卷绕替代初级及次级线圈的同轴电缆，通过以环形天线形态卷绕一圈或多重卷绕的结构，从初级端向次级端传输高频信号（RF）。

8.根据权利要求2所述的电磁波屏蔽滤波器，其特征在于：

用空心（Air）芯体替代所述椭圆形（圆形）磁芯，同轴电缆终端应用替代初级及次级线圈的环形天线结构卷绕一圈或多重卷绕，形成环形天线面相向的结构，从初级端向次级端传输高频信号（RF）。

9.根据权利要求2所述的电磁波屏蔽滤波器，其特征在于：所述磁芯应用椭圆形（圆形）层叠型铁芯芯体。

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