高性能电源滤波器插损测试研究

南京模拟技术研究所 彭 飞 辛海洋

高性能电源滤波器插损测试研究

南京模拟技术研究所 彭 飞 辛海洋

电波暗室环境使用的滤波器由于其尺寸大、性能高的特点，对其进行插入损耗测试存在诸多问题。本文讨论了分别使用矢量网络分析仪法和频谱仪法进行滤波器插入损耗测试的特点，给出了暗室用的电源滤波器插入损耗测试应采用频谱仪法进行测试，以保证测试的准确性。

电源滤波器；插入损耗；矢量网络分析仪；频谱分析仪

0 引言

电波暗室由于其高性能的要求，对于其使用的电源滤波器往往要求在较宽的频率范围内有较大的插入损耗，如在频率范围14kHz-30MHz内，电源滤波器的插入损耗不低于100dB。但是，由于电波暗室所使用的电源滤波器大多为交流220V、380V等高电压电源提供滤波，且滤波器的额定电流一般在几十安培，甚至上百安培，导致滤波器本身尺寸较大；另一方面，这类滤波器需要直接与市电供电线相连，为普通低频线缆，导致滤波器接线端子不能采用射频连接头。在对滤波器的插损进行测试时，以上滤波器的外形特征会给测试带来一定困难。本文将对滤波器的插损测试矢量网络分析仪法和频谱仪法进行对比分析，给出这类滤波器合理测试建议。

1 滤波器插损测试原理

电波暗室用高性能电源滤波器主要用于暗室电源EMI干扰滤波，保证接入暗室内的电源环境是干净的，满足电磁兼容测试的供电要求。一般而言，滤波器的主要性能指标包括插入损耗、频率特性、阻抗匹配、额定电流值、绝缘电阻值、漏电流、物理尺寸及重量、使用环境以及本身的可靠性。在使用时考虑最多的是额定电压电流值、插入损耗和漏电流三项，而本文主要讨论滤波器的参数：插入损耗。

滤波器插入损耗是指有用信号通过的能力，插入损耗越大表示信号通过能力越弱。滤波器插入损耗测试分为共模和差模测试，测试原理图如图1所示。在滤波器的输入端连接信号发生器，在输出端连接接收机，二者测试的差别在于地线的连接。当源阻抗和负载阻抗等于50Ω时，插入损耗定义为：不加电源滤波器时从干扰源传递到负载的干扰电压V0与接入滤波器时负载上的干扰电源V1之比，通常用(1)式表示：

式中IL为插入损耗，单位dB。

图1 电源滤波器插入损耗测试原理图

依据标准测试方法，借助辅助测试装置，分别采用矢量网络分析仪和频谱分析仪对其插入损耗进行测试和对比。

2 矢量网络分析仪法

采用矢量网络分析仪进行滤波器插损测试较为简单，采用双端口测试方法，将滤波器接入到端口1和端口2，直接测试滤波器的S21参数，即可得到测试频段范围内的滤波器插入损耗值。

采用矢量网络分析仪对一款共模电源滤波器进行测试，对该滤波器进行共模插入损耗测试，滤波器外壳接地，但线缆没有进行屏蔽，射频线缆一端为N型射频接头，另一端为金属夹子，方便直接与滤波器输入输出线连接。可以得到在10kHz-1GHz范围内的插入损耗结果，在14kHz-30MHz范围内，插入损耗低于70dB。但是，以上测试结果离滤波器的实际性能相距较远，原因如下：

（1）测试没有在屏蔽室内进行，空间环境中的干扰噪声过多，容易耦合到矢量网络分析仪输入端口，造成接收信号偏大，降低插入损耗；

（2）测试过程中，滤波器输入输出线缆没有进行屏蔽包裹处理，且输入输出线之间没有进行隔离，造成输入线上信号耦合至输出线，这一耦合对测试结果的影响极大，会大大降低插入损耗的测试值；

（3）矢量网络分析仪在屏蔽室环境下的本底噪声电平高于-100dBm，此时测试S21参数，是不可能得到插损大于100dB的值的；

（4）射频线缆与滤波器线缆之间的阻抗不匹配，会使测试结果受到影响。

综上，鉴于矢量网络分析仪自身结构以及滤波器尺寸较大的特点，是很难做到在矢量网络分析仪测试条件下，将滤波器输入输出线进行充分隔离的。因此，本文将采用频谱仪法进行测试。

3 频谱仪法

滤波器插入损耗频谱仪测试法原理是将滤波器和信号源置于屏蔽室内，频谱仪或接收机置于屏蔽室外，以实现滤波器输入输出之间的隔离；同时，屏蔽室的封闭环境也消除了外部空间电磁干扰对滤波器的耦合。这里采用接收机作为信号接收设备，测试频率范围为14kHz-30MHz。首先将信号源与接收机进行直连，测试在特定频点上的线缆损耗，结果如表1所示。

表1 线缆插入损耗

然后，将滤波器接入到信号源和接收机之间，同样对滤波器进行共模插入损耗测试；将滤波器输入、输出线用黄铜布进行屏蔽包裹，且滤波器输出线通过屏蔽室穿孔穿出屏蔽室，尽量减少输出线在屏蔽室内的长度，滤波器通过黄铜布接地，接地良好，测试过程中屏蔽门关闭。信号源输出0dBm，分别测试如表1所示频点，读取接收机读数再加上表1中的路径损耗，即可得到各频点处滤波器的插入损耗值，结果如图2所示。

图2 频谱仪法测试结果

不难看出：

（1）采用频谱仪法进行插入损耗测试，测试结果会大大提高，尤其是在高频段，测试结果比矢量网络分析仪法提高超过30dB，这是因为频谱仪法由于信号源与接收机相分离，可以很好地解决空间以及输入输出线之间的耦合；

（2）当对更高频段的线损进行校准后，可以采用该方法测试滤波器在更宽频率范围内的插入损耗；

（3）频谱仪法测试只能得到点频测试结果，但可以通过密集取点的方法得到更多频点上的插入损耗值。

4 结论

对于高插入损耗、大尺寸电源滤波器测试，测试的关键是对滤波器进行充分屏蔽，屏蔽部位包括壳体、线缆等各个会引起空间耦合处。由于矢量网络分析仪自身结构上不能够将端口1和端口2进行充分隔离，屏蔽很难充分进行，会使得直接采用矢量网络分析仪测试方法得到的测试结果误差较大。若采用频谱仪法进行测量可以很好地解决对应的问题，能够较为准确地得到测试结果。

[1]刘峰,何为,等．宽带电磁干扰电源滤波器及其性能测试[J]．防护工程,2013,35(6):42-46．

[2]GB-7341987,10kHz-30MHz无源无线电干扰滤波器和一只元件抑制特性的测量方法[M]．北京:中华人民共和国机械工业部,1987．

[3]MIL-STD-220B,TEST METHOD STANDARDMETHOD OF INSERTION LOSS MEASUREMENT,美国国家军用标准,2000,1．

[4]简力,宋芳．EMI滤波器测试技术研究[J]．计算机与数字工程,2015,43(1):106-109．

彭飞（1988—），女，江苏扬州人，大学本科，工程师，主要研究方向为系统电磁兼容测试设计。

辛海洋（1989—），男，陕西宝鸡人，大学本科，工程师，主要研究方向为中频数字信号处理。