SU1688356A1

SU1688356A1 - Mains noise suppression filter

Info

Publication number: SU1688356A1
Application number: SU894732478A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Иванович Тарасов; Юрий Никитич Пчельников
Original assignee: Московский Государственный Проектный Институт; Московский Институт Электронного Машиностроения
Priority date: 1989-07-04
Filing date: 1989-07-04
Publication date: 1991-10-30

Abstract

Изобретение относитс к радиоэлектронике , в частности к технике обеспечени электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств (РЭС) при решении задач фильтрации вводов сетей питани в экранированные сооружени , камеры, корпуса РЭС и защиты от электромагнитных полей помех (ЭПП), а также дл предотвращени утечки ЭПП из них. Цель изобретени - расширение диапазона частот подавлени нежелательного высокочастотного пол при сохранении габаритных размеров фильтра. Сетевой помехоподавл ющий фильтр содержит металлическую спираль 1, металлическую трубку 2 цилиндрической формы, внутренний металлический цилиндр 3, перегородку 4, зазоры между спиралью 1 и трубкой 2, а также между спиралью 1 и цилиндром 3 заполнены магнитным радио- поглощающим неэлектропроводным материалом 5. Применение цилиндра 3, где расположены емкостные элементы 7, позвол ет , не увеличива габаритных размеров, существенно увеличить диапазон частот подавлени нежелательных электромагнитных волн, что количественно определ етс величиной емкости элементов 7, и одновременно позвол ет изменить полосу частот подавлени ЭПП. Устройство по п. 2 ф-лы характеризует выполнение зазора между спиралью 1 и цилиндром 3. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. ёThe invention relates to radio electronics, in particular, to the technique of providing electromagnetic compatibility of radio electronic means (RES) in solving the problems of filtering power supply network inputs into shielded structures, chambers, RES housing and protection from electromagnetic interference fields (EPA), as well as to prevent EPC leakage from them . The purpose of the invention is to expand the frequency range of suppressing an undesirable high-frequency field while maintaining the overall dimensions of the filter. The network noise suppression filter contains a metal coil 1, a metal tube 2 of cylindrical shape, an internal metal cylinder 3, a partition 4, gaps between helix 1 and tube 2, and also between helix 1 and cylinder 3 are filled with a magnetic radio-absorbing non-conductive material 5. Use of a cylinder 3, where the capacitive elements 7 are located, makes it possible, without increasing the overall dimensions, to significantly increase the frequency range of the suppression of unwanted electromagnetic waves, which is quantitatively determined unit capacity of the elements 7, and at the same time allows to change the bandwidth of the suppression of the EPP. The device according to claim 2 f-ly describes the implementation of the gap between the spiral 1 and the cylinder 3. 1 Cp. f-ly, 1 ill. yo

Description

1212

IIII

/Д// D /

312312

////

О 00About 00

со со ел оco

Изобретение относитс к радиоэлектронике , в частности к технике обеспечени электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств (РЭС) при решении задач фильтрации вводов сетей питани в экранированные сооружени , камеры, корпуса РЭС и защиты их от электромагнитных полей помех (ЭМПП), а также дл предотвращени утечки ЭМПП из них.The invention relates to radio electronics, in particular to the technique of providing electromagnetic compatibility of radio electronic means (RES) in solving the problems of filtering power supply network inputs into shielded structures, cameras, RES housings and protecting them from electromagnetic interference fields (EMF), as well as preventing leakage of EMF from of them.

Целью изобретени вл етс расширение диапазона частот подавлени нежелательного высокочастотного пол при сохранении габаритных размеров фильтра.The aim of the invention is to expand the frequency range of the suppression of the unwanted high-frequency field while maintaining the overall dimensions of the filter.

На чертеже представлена структура сетевого помехоподавл ющего фильтра.The drawing shows the structure of a network interference suppression filter.

Сетевой помехоподавл ющий фильтр содержит металлическую спираль 1 с радиусом навивки в, помещенную внутрь внешней металлической трубки 2 цилиндрической формы диаметром 2d, внутренний металлический цилиндр 3 диаметром 2а с перегородкой 4, раздел ющей его на две равные части. Зазоры между внешней металлической трубкой 2 цилиндрической формы и металлической спиралью 1, а также между металлической спиралью 1 и внутренним металлическим цилиндром 3 заполнены магнитным радиопоглощающим, неэлектропроводным материалом 5. Шаг металлической спирали 1 - t, превыша диаметр проволоки, из которой он выполнен, обеспечивает зазоры между каждым из соседних витков металлической спирали 1. Упом нутые зазоры заполнены резистив- ным материалом 6, характеризуемым поверхностным сопротивлением:The network noise suppression filter contains a metal spiral 1 with a radius of winding in, placed inside an external metal tube 2 of cylindrical shape with a diameter of 2d, and an internal metal cylinder 3 with a diameter of 2a with a partition 4 dividing it into two equal parts. The gaps between the cylindrical external metal tube 2 and the metal spiral 1, as well as between the metal spiral 1 and the internal metal cylinder 3 are filled with a magnetic radio-absorbing, non-conductive material 5. The metal spiral pitch 1 - t exceeds the diameter of the wire from which it is made, provides gaps between each of the adjacent turns of the metal spiral 1. The aforementioned gaps are filled with resistive material 6 characterized by surface resistance:

4 ,,four ,,

w ф-i w fi

..

Кроме того, фильтр содержит емкостные элементы 7, представл ющие собой, например , сегнетокерамические пластины, металлизированные торцы которых прикреплены к внутренней поверхности внутреннего металлического цилиндра 3 и к шпильке 8, котора с помощью диэлектрических втулок 9 укреплена соосно с внутрен- ним металлическим цилиндром 3 и изолирована от него. Число емкостных элементов 7, размещенных внутри каждой из половин внутреннего металлического цилиндра 3, определ ет емкости, шунтирующие на входе и выходе индуктивность, развиваемую металлической спиралью 1. К внешним част м шпилек 8, выступающим за торцы внешней металлической трубки 2 цилиндрической формы и внутреннего металRIn addition, the filter contains capacitive elements 7, which are, for example, ferroelectric plates, the metallized ends of which are attached to the inner surface of the inner metal cylinder 3 and to the stud 8, which is fixed coaxially with the inner metal cylinder 3 and isolated from him. The number of capacitive elements 7 placed inside each of the halves of the inner metal cylinder 3 determines the capacitances shunting the inductance developed at the inlet and outlet by the metal spiral 1. To the outer parts of the studs 8 protruding beyond the ends of the outer metal tube 2 of cylindrical shape and the inner metal

лического цилиндра 3, с помощью гаек 10 прикреплен провод 11 металлической спирали 1, выход щий за крышки 12 через отверсти 13 в них и изолированный отwire cylinder 3, by means of nuts 10, is attached a wire 11 of a metal spiral 1, which goes beyond the covers 12 through the openings 13 in them and is isolated from

крышек 12 посредством диэлектрических втулок 14. Крышки 12 механически соедин ют внутренний металлический цилиндр 3 и внешнюю металлическую трубку 2 цилиндрической формы и обеспечивают надежныйcovers 12 by means of dielectric bushings 14. The covers 12 mechanically connect the inner metal cylinder 3 and the outer metal tube 2 of a cylindrical shape and provide reliable

0 электрический контакт между ними.0 electrical contact between them.

Сетевой помехоподавл ющий фильтр работает следующим образом.The network interference suppression filter operates as follows.

Силовой ток промышленной частоты течет по шпильке 8 на входе устройства, поThe power current of industrial frequency flows through the pin 8 at the device input,

5 металлической спирали 1 и да лее по шпильке 8 на выходе устройства. Вторым электродом , с помощью которого осуществл етс св зь между источником электрической энергии и нагрузкой, вл ет0 с либо внешн металлическа трубка 2 цилиндрической формы, электрически (с помощью резьбового соединени или сварки) соединенна со стенкой экранированного объема, либо шпилька 8 второго, аналогич5 ного сетевого помехоподавл ющего фильтра , также монтируемого на стенке того же экранированного объема. Активное сопротивление шпилек 8 и металлической спирали 1 определ етс только их сечением и на5 of the metal spiral 1 and further along the stud 8 at the exit of the device. The second electrode, through which the connection between the source of electrical energy and the load is carried out, is either a cylindrical external metal tube 2, electrically (using a threaded joint or welding) connected to the wall of a shielded volume, or a pin 8 of the second, analogous 5 network noise suppression filter, also mounted on the wall of the same shielded volume. The resistance of the studs 8 and the metal spiral 1 is determined only by their cross section and

0 промышленных частотах 50 Гц или 400 Гц пренебрежимо мало. Индуктивное сопро-г тивление металлической спирали 1 во внутреннем металлическом цилиндре 3 и внешней металлической трубке 2 цилиндри5 ческой формы на промышленных частотах также пренебрежимо мало вследствие низкой частоты пропускаемого тока. Реактивное и активное сопротивление емкостных элементов 7 бесконечно велико вследствие0 industrial frequencies of 50 Hz or 400 Hz are negligible. The inductive resistance of the metal spiral 1 in the inner metal cylinder 3 and the outer metal tube 2 of cylindrical shape at industrial frequencies is also negligible due to the low frequency of the transmitted current. Reactive and active resistance of the capacitive elements 7 is infinitely large due to

0 малой частоты промышленного тока и изолирующих характеристик сегнетокерамики, из которых изготовлены эти емкостные элементы 7. Таким образом, протекание тока промышленных частот через предлагаемый0 low frequency industrial current and the insulating characteristics of ferroelectric ceramics of which these capacitive elements 7 are made. Thus, the flow of current industrial frequencies through the proposed

5 сетевой помехоподавл ющий фильтр будет сопровождатьс пренебрежимо малыми потер ми полезной, передаваемой мощности. Поступление на вход предлагаемого сетевого помехоподавл ющего фильтра не0 желательно высокочастотного сигнала приводит к по влению высокочастотного тока, который шунтируетс емкостным элементом 7. Причем число емкостных элементов 7 определ ет суммарную емкость, подклю5 ченную параллельно индуктивному элементу - металлической спирали 1 и, следовательно, частоту ЭМПП. начина с которой реактивное сопротивление суммарной емкости становитс достаточно малым дл обеспечени заданной величины вноси5, the network interference suppression filter will be accompanied by a negligible loss of useful, transmitted power. The arrival at the input of the proposed network noise suppression filter of a non-desirable high-frequency signal leads to the appearance of a high-frequency current that is bridged by the capacitive element 7. Moreover, the number of capacitive elements 7 determines the total capacitance connected parallel to the inductive element - metal coil 1 and, therefore, the EMF frequency . starting with which the reactance of the total capacitance becomes small enough to provide a given value

мого затухани . С ростом частоты ЭМПП емкостное сопротивление продолжает падать , что приводит к увеличению вносимого затухани , при этом индуктивное сопротивление металлической спирали 1 еще не достаточно велико (на частотах пор дка сотен килогерц). При дальнейшем росте частоты ЭМПП, вследствие про влени паразитной индуктивности у емкостных элементов 7, не будет про вл тьс уменьшени реактивного сопротивлени и, следовательно, увеличени вносимого затухани ЭМПП отдельно емкостными элементами 7 сетевого помехоподавл ющего фильтра. Начина с этих частот, т. е. с частот, когда вносимое емкостными элементами 7 затухание будет уменьшатьс , протекание по металлической спирали 1 тока нежелательно высокочастотного сигнала приводит к возникновению разности потенциалов на соседних витках вдоль образующей металлической спирали 1 вследствие наличи разности фаз сигнала в этих точках. Причем разность фаз, а следовательно , и разность потенциалов в этих точках увеличиваютс с ростом частоты. При этом с уменьшением длины электромагнитной волны, распростран ющейс в зазорах между металлической спиралью 1 и внутренним металлическим цилиндром 3 и внешней металлической трубкой 2 цилиндрической формы, больша часть высокочастотного тока пол ЭМПП протекает по резистивному материалу б, омически соедин ющему витки металлической спирали 1. Таким образом происходит диссипаци энергии ЭМПП, т. е. затухание высокочастотного сигнала. Подавление нежелательного высокочастотного пол в еще более коротковолновой части диапазона ЭМПП происходит не только за счет диссипатив- ных потерь в слое резистивного материала 6, но и за счет затухани пол помехи в магнитном, радиопоглощающем неэлектропроводном материале 5, заполн ющем зазоры между металлической спиралью 1 и внутренним металлическим цилиндром 3 и внешней металлической трубкой 2 цилиндрической формы и обладающем значительными магнитными потер ми.Our attenuation. With increasing frequency of EMF, capacitance continues to fall, which leads to an increase in the attenuation, while the inductive resistance of the metal spiral 1 is not yet large enough (at frequencies of the order of hundreds of kilohertz). With a further increase in the frequency of EMF, due to the appearance of parasitic inductance in capacitive elements 7, there will be no decrease in reactance and, therefore, an increase in insertion attenuation of EMPP by separate capacitive elements 7 of the network noise suppression filter. Starting from these frequencies, i.e., from the frequencies when the attenuation introduced by the capacitive elements 7 decreases, the current flowing through the metal spiral 1 of the undesirable high-frequency signal leads to the appearance of a potential difference on the adjacent turns along the generator of the metal spiral 1 points. Moreover, the phase difference and, consequently, the potential difference at these points increase with increasing frequency. At the same time, with a decrease in the length of the electromagnetic wave propagating in the gaps between the metal spiral 1 and the inner metal cylinder 3 and the outer metal tube 2 of a cylindrical shape, most of the high-frequency current of the EMP field flows through the resistive material b, ohmically connecting the turns of the metal spiral 1. Thus thus, the energy of the EMP is dissipated, that is, the attenuation of the high-frequency signal. The suppression of an undesirable high-frequency field in an even shorter-wave part of the EMF range occurs not only due to dissipative losses in the layer of resistive material 6, but also due to the attenuation of the field interference in the magnetic, radio-absorbing non-conductive material 5 filling the gaps between the metal spiral 1 and the internal a metal cylinder 3 and an outer metal tube 2 of cylindrical shape and having significant magnetic losses.

Таким образом, применение внутреннего металлического цилиндра 3, где расположены емкостные элементы 7, позвол ет, не увеличива габаритных размеров прототипа , существенно увеличить диапазон частот подавлени нежелательных электромагнитных волн. Причем количественное увеличение этого диапазона практическим определ етс величиной емкости емкостных элементов 7, расположенных в каждой из частей внутреннего металлического цилиндра 3. Варьиру числом емкостных элементов 7, определ емым эту суммарную емкость , можно измен ть полосу частот подавлени ЭМПП. Естественно, что поверхностное сопротивление резистивного материала 6, шунтирующего витки металлической спирали 1, как функци геометрических размеров устройства, характеристик магнитного, радиопоглощающегоThus, the use of the internal metal cylinder 3, where the capacitive elements 7 are located, allows, without increasing the overall dimensions of the prototype, to significantly increase the frequency range of suppression of unwanted electromagnetic waves. Moreover, the quantitative increase in this range is practically determined by the value of the capacitance of the capacitive elements 7 located in each part of the inner metal cylinder 3. By varying the number of capacitive elements 7 defined by this total capacitance, it is possible to change the frequency band of suppression of EMF. Naturally, the surface resistance of the resistive material 6, shunting the turns of the metal spiral 1, as a function of the geometrical dimensions of the device, the characteristics of the magnetic, radio-absorbing

неэлектропроводного материала 5 и частоты ЭМПП, будет отличным от аналогичной характеристики прототипа.non-conductive material 5 and frequency EMPP will be different from the similar characteristics of the prototype.

Применение предложенного сетевого помехоподавл ющего фильтра позволит одним устройством решить задачу фильтрации вводов сетей питани в широком диапазоне частот, задачу, дл решени которой в насто щее врем используютс , как минимум два сетевых фильтра, включаемых последовательно , причем каждый из них имеет габаритные размеры пор дка одного метра.The use of the proposed network noise suppression filter will allow one device to solve the problem of filtering power supply network inputs in a wide range of frequencies, a problem for which at least two network filters connected in series are currently used, each of which has dimensions of the order of one meter

Выражение оптимального поверхностного сопротивлени резистивного сло дл достижени заданного затухани в максимально возможном диапазоне частот получено путем решени дисперсионного уравнени спиральной замедл ющей системы (как электродинамической системы) в двух металлических экранах, где витки спиралиThe expression of the optimal surface resistance of the resistive layer to achieve a given attenuation in the largest possible frequency range is obtained by solving the dispersion equation of the spiral moderating system (as an electrodynamic system) in two metal screens, where the turns of the helix

шунтированы слоем резистивного материала с поверхностной проводимостью - I.shunted by a layer of resistive material with surface conductivity - I.

Claims

1. Network interference suppression

a filter containing an outer metal tube of a cylindrical shape, inside which a metal spiral is installed axially with it, the turns of which are connected by a layer of resistive material, and the gap between the outer metallic tube of a cylindrical shape and forming the metal spiral is filled with a magnetic radio-absorbing non-conductive material, characterized in that

In order to expand the frequency range of suppressing an undesirable high-frequency field while maintaining the overall dimensions of the filter, inside the metal helix axially with it there is an internal metal cylinder, in the center of which there is a partition perpendicular to its axis, dividing it into two equal parts, in each of which capacitive elements and hairpins are installed, which are mounted coaxially and connected to the inner metal cylinder through capacitive elements, and the inner metal cylinder p is connected to the outer metal tube of a cylindrical shape and is isolated from the stud, to

the metal spiral is attached to ..

2. The filter according to claim 1, characterized in that the gap between the metal spiral and the internal metal cylinder is filled with a magnetic radio absorbing non-conducting material, and the turns of the metal spiral are bridged by a layer of resistive material with a surface resistance determined by the ratio

, (& CH4IME

Fi

gb

F.M.IF + 1I “OU

five

0

where d is the inner radius of the outer metal tube of cylindrical shape, m;

b is the average winding radius of the metal spiral, m;

t-pitch winding metal spiral, m;

a is the outer radius of the inner metal cylinder, m;

f is the smallest frequency of an undesirable high-frequency field, on which a metal coil in an external cylindrical metal tube and an internal metal cylinder without capacitive elements provides a given attenuation, Hz;

/ 4 absolute magnetic permeability of vacuum. Hz / m;

/ r1 is the relative magnetic permeability of the magnetic radio absorbing non-conducting material.