高性能電源濾波器插損測試研究

南京模擬技術研究所 彭 飛 辛海洋

高性能電源濾波器插損測試研究

南京模擬技術研究所 彭 飛 辛海洋

電波暗室環境使用的濾波器由于其尺寸大、性能高的特點，對其進行插入損耗測試存在諸多問題。本文討論了分別使用矢量網絡分析儀法和頻譜儀法進行濾波器插入損耗測試的特點，給出了暗室用的電源濾波器插入損耗測試應采用頻譜儀法進行測試，以保證測試的準確性。

電源濾波器；插入損耗；矢量網絡分析儀；頻譜分析儀

0 引言

電波暗室由于其高性能的要求，對于其使用的電源濾波器往往要求在較寬的頻率范圍內有較大的插入損耗，如在頻率范圍14kHz-30MHz內，電源濾波器的插入損耗不低于100dB。但是，由于電波暗室所使用的電源濾波器大多為交流220V、380V等高電壓電源提供濾波，且濾波器的額定電流一般在幾十安培，甚至上百安培，導致濾波器本身尺寸較大；另一方面，這類濾波器需要直接與市電供電線相連，為普通低頻線纜，導致濾波器接線端子不能采用射頻連接頭。在對濾波器的插損進行測試時，以上濾波器的外形特征會給測試帶來一定困難。本文將對濾波器的插損測試矢量網絡分析儀法和頻譜儀法進行對比分析，給出這類濾波器合理測試建議。

1 濾波器插損測試原理

電波暗室用高性能電源濾波器主要用于暗室電源EMI干擾濾波，保證接入暗室內的電源環境是干凈的，滿足電磁兼容測試的供電要求。一般而言，濾波器的主要性能指標包括插入損耗、頻率特性、阻抗匹配、額定電流值、絕緣電阻值、漏電流、物理尺寸及重量、使用環境以及本身的可靠性。在使用時考慮最多的是額定電壓電流值、插入損耗和漏電流三項，而本文主要討論濾波器的參數：插入損耗。

濾波器插入損耗是指有用信號通過的能力，插入損耗越大表示信號通過能力越弱。濾波器插入損耗測試分為共模和差模測試，測試原理圖如圖1所示。在濾波器的輸入端連接信號發生器，在輸出端連接接收機，二者測試的差別在于地線的連接。當源阻抗和負載阻抗等于50Ω時，插入損耗定義為：不加電源濾波器時從干擾源傳遞到負載的干擾電壓V0與接入濾波器時負載上的干擾電源V1之比，通常用(1)式表示：

式中IL為插入損耗，單位dB。

圖1 電源濾波器插入損耗測試原理圖

依據標準測試方法，借助輔助測試裝置，分別采用矢量網絡分析儀和頻譜分析儀對其插入損耗進行測試和對比。

2 矢量網絡分析儀法

采用矢量網絡分析儀進行濾波器插損測試較為簡單，采用雙端口測試方法，將濾波器接入到端口1和端口2，直接測試濾波器的S21參數，即可得到測試頻段范圍內的濾波器插入損耗值。

采用矢量網絡分析儀對一款共模電源濾波器進行測試，對該濾波器進行共模插入損耗測試，濾波器外殼接地，但線纜沒有進行屏蔽，射頻線纜一端為N型射頻接頭，另一端為金屬夾子，方便直接與濾波器輸入輸出線連接。可以得到在10kHz-1GHz范圍內的插入損耗結果，在14kHz-30MHz范圍內，插入損耗低于70dB。但是，以上測試結果離濾波器的實際性能相距較遠，原因如下：

（1）測試沒有在屏蔽室內進行，空間環境中的干擾噪聲過多，容易耦合到矢量網絡分析儀輸入端口，造成接收信號偏大，降低插入損耗；

（2）測試過程中，濾波器輸入輸出線纜沒有進行屏蔽包裹處理，且輸入輸出線之間沒有進行隔離，造成輸入線上信號耦合至輸出線，這一耦合對測試結果的影響極大，會大大降低插入損耗的測試值；

（3）矢量網絡分析儀在屏蔽室環境下的本底噪聲電平高于-100dBm，此時測試S21參數，是不可能得到插損大于100dB的值的；

（4）射頻線纜與濾波器線纜之間的阻抗不匹配，會使測試結果受到影響。

綜上，鑒于矢量網絡分析儀自身結構以及濾波器尺寸較大的特點，是很難做到在矢量網絡分析儀測試條件下，將濾波器輸入輸出線進行充分隔離的。因此，本文將采用頻譜儀法進行測試。

3 頻譜儀法

濾波器插入損耗頻譜儀測試法原理是將濾波器和信號源置于屏蔽室內，頻譜儀或接收機置于屏蔽室外，以實現濾波器輸入輸出之間的隔離；同時，屏蔽室的封閉環境也消除了外部空間電磁干擾對濾波器的耦合。這里采用接收機作為信號接收設備，測試頻率范圍為14kHz-30MHz。首先將信號源與接收機進行直連，測試在特定頻點上的線纜損耗，結果如表1所示。

表1 線纜插入損耗

然后，將濾波器接入到信號源和接收機之間，同樣對濾波器進行共模插入損耗測試；將濾波器輸入、輸出線用黃銅布進行屏蔽包裹，且濾波器輸出線通過屏蔽室穿孔穿出屏蔽室，盡量減少輸出線在屏蔽室內的長度，濾波器通過黃銅布接地，接地良好，測試過程中屏蔽門關閉。信號源輸出0dBm，分別測試如表1所示頻點，讀取接收機讀數再加上表1中的路徑損耗，即可得到各頻點處濾波器的插入損耗值，結果如圖2所示。

圖2 頻譜儀法測試結果

不難看出：

（1）采用頻譜儀法進行插入損耗測試，測試結果會大大提高，尤其是在高頻段，測試結果比矢量網絡分析儀法提高超過30dB，這是因為頻譜儀法由于信號源與接收機相分離，可以很好地解決空間以及輸入輸出線之間的耦合；

（2）當對更高頻段的線損進行校準后，可以采用該方法測試濾波器在更寬頻率范圍內的插入損耗；

（3）頻譜儀法測試只能得到點頻測試結果，但可以通過密集取點的方法得到更多頻點上的插入損耗值。

4 結論

對于高插入損耗、大尺寸電源濾波器測試，測試的關鍵是對濾波器進行充分屏蔽，屏蔽部位包括殼體、線纜等各個會引起空間耦合處。由于矢量網絡分析儀自身結構上不能夠將端口1和端口2進行充分隔離，屏蔽很難充分進行，會使得直接采用矢量網絡分析儀測試方法得到的測試結果誤差較大。若采用頻譜儀法進行測量可以很好地解決對應的問題，能夠較為準確地得到測試結果。

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[3]MIL-STD-220B,TEST METHOD STANDARDMETHOD OF INSERTION LOSS MEASUREMENT,美國國家軍用標準,2000,1．

[4]簡力,宋芳．EMI濾波器測試技術研究[J]．計算機與數字工程,2015,43(1):106-109．

彭飛（1988—），女，江蘇揚州人，大學本科，工程師，主要研究方向為系統電磁兼容測試設計。

辛海洋（1989—），男，陜西寶雞人，大學本科，工程師，主要研究方向為中頻數字信號處理。