Сетевой помехоподавляющий фильтр Советский патент 1991 года по МПК H02M1/12 H01F41/00 

12

II

/Д/

312

//

О 00

со со ел о

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к технике обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств (РЭС) при решении задач фильтрации вводов сетей питания в экранированные сооружения, камеры, корпуса РЭС и защиты их от электромагнитных полей помех (ЭМПП), а также для предотвращения утечки ЭМПП из них.

Целью изобретения является расширение диапазона частот подавления нежелательного высокочастотного поля при сохранении габаритных размеров фильтра.

На чертеже представлена структура сетевого помехоподавляющего фильтра.

Сетевой помехоподавляющий 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, разделяющей 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, превышая диаметр проволоки, из которой он выполнен, обеспечивает зазоры между каждым из соседних витков металлической спирали 1. Упомянутые зазоры заполнены резистив- ным материалом 6, характеризуемым поверхностным сопротивлением:

4 ,,

w ф-i

.

Кроме того, фильтр содержит емкостные элементы 7, представляющие собой, например, сегнетокерамические пластины, металлизированные торцы которых прикреплены к внутренней поверхности внутреннего металлического цилиндра 3 и к шпильке 8, которая 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, определяет емкости, шунтирующие на входе и выходе индуктивность, развиваемую металлической спиралью 1. К внешним частям шпилек 8, выступающим за торцы внешней металлической трубки 2 цилиндрической формы и внутреннего металR

лического цилиндра 3, с помощью гаек 10 прикреплен провод 11 металлической спирали 1, выходящий за крышки 12 через отверстия 13 в них и изолированный от

крышек 12 посредством диэлектрических втулок 14. Крышки 12 механически соединяют внутренний металлический цилиндр 3 и внешнюю металлическую трубку 2 цилиндрической формы и обеспечивают надежный

0 электрический контакт между ними.

Сетевой помехоподавляющий фильтр работает следующим образом.

Силовой ток промышленной частоты течет по шпильке 8 на входе устройства, по

5 металлической спирали 1 и да лее по шпильке 8 на выходе устройства. Вторым электродом, с помощью которого осуществляется связь между источником электрической энергии и нагрузкой, являет0 ся либо внешняя металлическая трубка 2 цилиндрической формы, электрически (с помощью резьбового соединения или сварки) соединенная со стенкой экранированного объема, либо шпилька 8 второго, аналогич5 ного сетевого помехоподавляющего фильтра, также монтируемого на стенке того же экранированного объема. Активное сопротивление шпилек 8 и металлической спирали 1 определяется только их сечением и на

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 вследствие

0 малой частоты промышленного тока и изолирующих характеристик сегнетокерамики, из которых изготовлены эти емкостные элементы 7. Таким образом, протекание тока промышленных частот через предлагаемый

5 сетевой помехоподавляющий фильтр будет сопровождаться пренебрежимо малыми потерями полезной, передаваемой мощности. Поступление на вход предлагаемого сетевого помехоподавляющего фильтра не0 желательно высокочастотного сигнала приводит к появлению высокочастотного тока, который шунтируется емкостным элементом 7. Причем число емкостных элементов 7 определяет суммарную емкость, подклю5 ченную параллельно индуктивному элементу - металлической спирали 1 и, следовательно, частоту ЭМПП. начиная с которой реактивное сопротивление суммарной емкости становится достаточно малым для обеспечения заданной величины вноси

мого затухания. С ростом частоты ЭМПП емкостное сопротивление продолжает падать, что приводит к увеличению вносимого затухания, при этом индуктивное сопротивление металлической спирали 1 еще не достаточно велико (на частотах порядка сотен килогерц). При дальнейшем росте частоты ЭМПП, вследствие проявления паразитной индуктивности у емкостных элементов 7, не будет проявляться уменьшения реактивного сопротивления и, следовательно, увеличения вносимого затухания ЭМПП отдельно емкостными элементами 7 сетевого помехоподавляющего фильтра. Начиная с этих частот, т. е. с частот, когда вносимое емкостными элементами 7 затухание будет уменьшаться, протекание по металлической спирали 1 тока нежелательно высокочастотного сигнала приводит к возникновению разности потенциалов на соседних витках вдоль образующей металлической спирали 1 вследствие наличия разности фаз сигнала в этих точках. Причем разность фаз, а следовательно, и разность потенциалов в этих точках увеличиваются с ростом частоты. При этом с уменьшением длины электромагнитной волны, распространяющейся в зазорах между металлической спиралью 1 и внутренним металлическим цилиндром 3 и внешней металлической трубкой 2 цилиндрической формы, большая часть высокочастотного тока поля ЭМПП протекает по резистивному материалу б, омически соединяющему витки металлической спирали 1. Таким образом происходит диссипация энергии ЭМПП, т. е. затухание высокочастотного сигнала. Подавление нежелательного высокочастотного поля в еще более коротковолновой части диапазона ЭМПП происходит не только за счет диссипатив- ных потерь в слое резистивного материала 6, но и за счет затухания поля помехи в магнитном, радиопоглощающем неэлектропроводном материале 5, заполняющем зазоры между металлической спиралью 1 и внутренним металлическим цилиндром 3 и внешней металлической трубкой 2 цилиндрической формы и обладающем значительными магнитными потерями.

Таким образом, применение внутреннего металлического цилиндра 3, где расположены емкостные элементы 7, позволяет, не увеличивая габаритных размеров прототипа, существенно увеличить диапазон частот подавления нежелательных электромагнитных волн. Причем количественное увеличение этого диапазона практическим определяется величиной емкости емкостных элементов 7, расположенных в каждой из частей внутреннего металлического цилиндра 3. Варьируя числом емкостных элементов 7, определяемым эту суммарную емкость, можно изменять полосу частот подавления ЭМПП. Естественно, что поверхностное сопротивление резистивного материала 6, шунтирующего витки металлической спирали 1, как функция геометрических размеров устройства, характеристик магнитного, радиопоглощающего

неэлектропроводного материала 5 и частоты ЭМПП, будет отличным от аналогичной характеристики прототипа.

Применение предложенного сетевого помехоподавляющего фильтра позволит одним устройством решить задачу фильтрации вводов сетей питания в широком диапазоне частот, задачу, для решения которой в настоящее время используются, как минимум два сетевых фильтра, включаемых последовательно, причем каждый из них имеет габаритные размеры порядка одного метра.

Выражение оптимального поверхностного сопротивления резистивного слоя для достижения заданного затухания в максимально возможном диапазоне частот получено путем решения дисперсионного уравнения спиральной замедляющей системы (как электродинамической системы) в двух металлических экранах, где витки спирали

шунтированы слоем резистивного материала с поверхностной проводимостью - I.

Формула изобретения

1. Сетевой помехоподавляющий

фильтр, содержащий внешнюю металлическую трубку цилиндрической формы, внутри которой аксиально с ней установлена металлическая спираль, витки которой соединены слоем резистивного материала, причем зазор между внешней металлической трубкой цилиндрической формы и образующей металлической спирали заполнен магнитным радиопоглощающим неэлектропроводным материалом, отличающийся тем, что,

с целью расширения диапазона частот подавления нежелательного высокочастотного поля при сохранении габаритных размеров фильтра, внутри металлической спирали аксиально с ней с зазором размещен внутренний металлический цилиндр, в центре которого перпендикулярно его оси установлена перегородка, разделяющая его на две равные части, в каждой из которых установлены емкостные элементы и шпиль ка, которые установлены соосно и соединены с внутренним металлическим цилиндром через емкостные элементы, причем внутренний металлический цилиндр соединен с внешней металлической трубкой цилиндрической формы и изолирован от шпильки, к

которой прикреплена металлическая спираль..

2. Фильтр по п. 1,отличающийся тем, что зазор между металлической спиралью и внутренним металлическим цилиндромзаполненмагнитнымрадиопоглощающим неэлектропроводным материалом, а витки металлической спирали шунтированы слоем резистивного материала с величиной поверхностного сопротивления, определяемого соотношением

,(& Ч4ЙМ

Ф-i

гь

фМ.иф + 1и«оУь

5

0

где d - внутренний радиус внешней металлической трубки цилиндрической формы, м;

b - средний радиус намотки металлической спирали, м;

t-шаг намотки металлической спирали, м;

а - внешний радиус внутреннего металлического цилиндра, м;

f - наименьшая частота нежелательного высокочастотного поля, на которой металлическая спираль во внешней металлической трубке цилиндрической формы и внутреннем металлическом цилиндре без емкостных элементов обеспечивает заданное затухание, Гц;

/4 абсолютная магнитная проницаемость вакуума. Гц/м;

/г1 -относительнаямагнитная проницаемость магнитного радиопоглощающего неэлектропроводного материала.

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к технике обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств (РЭС) при решении задач фильтрации вводов сетей питания в экранированные сооружения, камеры, корпуса РЭС и защиты от электромагнитных полей помех (ЭПП), а также для предотвращения утечки ЭПП из них. Цель изобретения - расширение диапазона частот подавления нежелательного высокочастотного поля при сохранении габаритных размеров фильтра. Сетевой помехоподавляющий 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, позволяет, не увеличивая габаритных размеров, существенно увеличить диапазон частот подавления нежелательных электромагнитных волн, что количественно определяется величиной емкости элементов 7, и одновременно позволяет изменить полосу частот подавления ЭПП. Устройство по п. 2 ф-лы характеризует выполнение зазора между спиралью 1 и цилиндром 3. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. ё