滤波器最主要的特性参数有额定电压、额定电流、频率特性、输入输出阻抗、插入损耗以及传输频率特性等。
(1)额定电压。指输入滤波器的最高允许电压值。若输入滤波器的电压过高，会使内部电容器损坏。
(2)额定电流。指在额定电压和规定环境温度条件下，滤波器所允许的最大连续工作电流。一般使用温度越高其允许的工作电流越小。同时，工作电流还与频率有关：工作频率越高，其允许电流也越小。
(3)频率特性。滤波器的频率特性是描述其选择性或对干扰抑制功能的参数，通常用中心频率f0、截止频率fc及上升和下降斜率来表示。
(4)输入输出阻抗。从信号源到滤波器输入的阻抗称为输入阻抗，滤波器输出到接收电路的阻抗称为输出阻抗。对于信号选择滤波器需要考虑阻抗匹配，以防止信号衰减。
(5)插入损耗。描述滤波器性能的最主要参量是插入损耗，插入损耗的大小随工作频率不同而改变。信号源通过滤波器在负载阻抗上建立的电压为U2；不接滤波器时信号源在同一负载阻抗上建立的电压为U1。插入损耗Lin的定义为。
(6)传输频率特性。滤波器的最重要参数就是其传输频率特性，可用对数幅频特性20lgA来表示。在抗干扰技术中又称为衰减系数(dB)，即：
滤波器的频率特性必须达到设计的要求，为此目的，和滤波器连接的负载阻抗值及连接的信号阻抗值也必须符合设计要求。另外，滤波器还必须有足够高的额定电压值，以保证能经受浪涌或脉冲干扰的恶劣电磁环境。
根据滤波器的作用对象可以将滤波器分为电源滤波器与信号滤波器。电源滤波器是安装在电源线上的滤波器，从电磁兼容的角度考虑，电源线也是一个穿过机箱的导体，它对设备电磁兼容性的影响与信号线相同，因此电源线上必须安装滤波器。信号滤波器是指安装在信号线上的滤波器，信号滤波器要考虑滤波器不能对工作信号有严重的影响。
滤波器按照对不需要的信号能量的抑制方式分类又可分为反射式和吸收式。反射式滤波器的工作原理是将不需要的频率分量反射回信号源或干扰源，而让需要的频率分量通过滤波器进入接收电路，以达到选择或抑制的目的。
3.4.3反射式滤波器
反射式滤波器通常由电抗元件如电感器和电容器组合构成(理想情况，这些元件是无耗的)，使在滤波器的通带内提供低的串联阻抗和高的并联阻抗，而在滤波器的阻带内提供大的串联阻抗和小的并联阻抗，也就是对干扰电流建立起一个高的串联阻抗和低的并联阻抗。反射滤波器是通过把不需要的频率成分的能量反射回信号源而达到抑制的目的。其种类有四种：带阻滤波器、带通滤波器、高通滤波器和低通滤波器。
1.带阻滤波器
带阻滤波器是指用于对特定窄频带(在此频带内可能产生电磁干扰)内的能量进行衰减的一种滤波器。图3.31为其电路结构图，图3.32为其频率特性，其中C1、C2为截止频率。
带阻滤波器是用做串联在负载和干扰源之间的抑制器件。其作用如下。
(1)在音频放大器输入端或级间连接端可抑制拍频振荡器或者中频的馈入，抑制雷达脉冲重复频率、外差振荡等。
(2)在直流或者交流配电线上，抑制计算机时钟波动。整流纹波以及雷达脉冲重复频率等。
(3)在接收机输入端抑制强的外干扰，否则这些干扰会产生过载。
(4)在接收机输入端抑制中频输入信号。
(5)在接收机输入端抑制影像信号频率。
(6)在发射机输出端或级间连接可抑制谐波。
2.带通滤波器
带通滤波器正好和带阻滤波器相反，它是指作用于对特定窄频带外的能量进行衰减的一种滤波器。图3.33为其电路结构与频率特性，其中C1、C2为截止频率。
带通滤波器是并接于干扰线和地之间，以消除电磁干扰信号，达到兼容的目的。
3.低通滤波器
低通滤波器是指低频通过、高频衰减的一种滤波器。它是电磁干扰技术中应用最多的一种滤波器。常用于直流或者交流电源线路，对高于市电的频率进行衰减；用于放大器电路和发射机输出电路，让基波信号通过，而谐波和其他乱真信号受到衰减；在数字设备中，用低通滤波器滤除脉冲信号中的高次谐波；舰船电网里均采用低通滤波器。所以低通滤波器应该成为我们讨论的重点。低通滤波器的种类很多，按其电路形式可分为并联电容滤波器、串联电感滤波器及L型、Π型滤波器等。图3.34为低通滤波器的频率特性，其中C为截止频率。
4.高通滤波器
在降低电磁干扰上，高通滤波器虽不如低通滤波器应用广泛，但也有用途。特别是这种滤波器一直被用于从信号通道上滤除交流电流频率或抑制特定的低频外界信号。高通滤波器的网络结构与低通滤波器的网络结构具有对称性，高通滤波器可由低通滤波器转换而成。当把低通滤波器转换成具有相同终端和截止频率的高通滤波器时，其转换方法是：
把每个电感L(H)转换成数值为1/L(F)的电容C。
把每个电容C(F)转换成数值为1/C(H)的电感L。
3.4.4低通滤波器
1.电容低通滤波器
并联电容滤波器是最简单的低通EMI滤波器，通常连接于携带干扰的导线与回路地线之间，如图3.36所示。它用来旁路高频能量，流通期望的低频能量或者信号电流。如果源阻抗图3.37显示了并联电容滤波器的插入损耗与频率的关系。但由于实际的电容器引线上存在电感，因此其衰减曲线是LC串联网络的衰减曲线。在某一点频率上会发生谐振(谐振频率为fR)，超过谐振点后，电容器呈现电感的阻抗特性，即频率越高，阻抗越大。当干扰频率超过谐振点后，频率越高，滤波效果越差。这在实际工程中必须引起足够的重视。要滤除高频的电磁干扰，一定要使电容器的谐波频率高于干扰频率。但有时也利用电容的这个特性对特定频率的干扰进行有效的滤波。通过调整谐振点，使谐振点在干扰频率附近。
提高谐振频率的方法是减小引线电感和电容。但有时为了滤除频率较低的干扰信号，必须使用较大的电容。因此减小引线电感才是最有效的方法。
2.电感低通滤波器
串联电感滤波器是低通滤波器的另一简单形式，在其电路构成上，电感器与携带干扰的导线串联连接，如图3.38所示。当源阻抗和负载阻抗相等时，插入损耗为实际的电感绕组中总是存在电阻和电容的，因此实际电感可以等效为电感与电阻串联再与电容并联。
电感与寄生电容会形成并联谐振，在谐振点，阻抗非常大，因此滤波器的插入损耗非常大。在谐振点以上，电感的特性已经与电容相同，随着频率升高而降低。因此一般电感的高频滤波性能不是很好。也可以利用谐振点上阻抗很大的特性，对特定频率的干扰进行有效抑制。
电感可以是空心的，也可以是绕在高导磁率材料上的，如铁氧体、镍铁合金等。空心电感的最大好处是不会发生饱和，同时电感量随频率而稳定，但由于磁力线分散到空间，会造成较强的干扰。带磁芯的电感由于磁力线集中在磁芯中，因此对外界的干扰较小，但正是由于这一特性，它容易受到外界干扰的影响。另外，当流过电感的电流较大时，磁芯会发生饱和，并且电感量随频率和工作电流而变化。
要拓宽电感的频率范围，可以采用上述电容并联的思路，将两个谐振点不同的电感串联起来。对于要求较高的滤波器，可以将一个大电感分解成一个较大的电感和若干电感量不同的小电感，将这些电感串联起来，可以使电感的带宽扩展，但这付出的代价是元件的体积和成本增大。另外，要注意与电容并联同样的问题，即引入了额外的串联谐振点，谐振点上电感的阻抗很小。当要求较低时，也可以在同一个磁芯上将电感分段绕制。
3.RC低通滤波器
1)L型低通滤波器
单一元件的滤波器缺点是带外衰落速率只有6dB/倍额程，把单个串联电感和并联电容组合而成一个“L”型结构的滤波器，则得到12dB/倍频程。如果源阻抗和负载阻抗相等，则滤波器的插入损耗与插入线路中的方向无关。如果源阻抗不等于负载阻抗时，通常将获得最大插入损耗。电容器并联，阻抗更高。电路结构如图3.40所示。
对于L型滤波器，源阻抗与负载阻抗相等时的插入损耗为器的高频性能。对于非常低的频率，使用Π型滤波器可提供高衰减，如屏蔽室的电源线滤波。
3)T型滤波器
T型滤波器的电路结构如图3.42所示。T型滤波器能够有效地抑制瞬态干扰，主要缺点是需要两个电感器，使滤波器的总尺寸增大。
3.4.5低通滤波器的选择
实际工程中，系统的输入、输出效应总是存在的，信号源内总是存在内阻抗，负载总存在输入阻抗。要根据信号源的内阻和负载的阻抗来选择低通滤波器，如表3.6所示。
3.4.6滤波器的安装
滤波器对电磁干扰的抑制作用不仅取决于滤波器本身的设计和它的实际工作条件，而且在很大程度上还取决于滤波器的安装。滤波器的安装正确与否对其插入损耗特性影响很大，只有正确安装，才能达到预期的效果。安装滤波器时应考虑如下几个问题。
(1)安装位置。滤波器安装在干扰源一侧还是安装在受干扰对象一侧，取决于干扰的入侵途径。一个干扰源干扰多个敏感设备时，应在干扰源一侧接入一个滤波器。反之，如果将滤波器接入敏感设备一侧，将需要多个滤波器。类似地，如果只有一个敏感设备和多个干扰源，那么滤波器应安装在敏感设备一侧。此外，将滤波器接入干扰源一侧，可以使传导干扰限制在干扰源的局部。为了抑制来自电源线上的辐射干扰和传导干扰，应在设备或者屏蔽体的入口处安装滤波器。
(2)输入端引线与输出端引线的屏蔽隔离。滤波器的输入端引线和输出端引线之间必须屏蔽隔离，引线应尽量短且不能交叉，以避免输入端引线与输出端引线间的耦合干扰。否则，输入端引线与输出端引线之间的耦合将通过杂散电容器直接影响滤波器的滤波效果。
(3)高频接地。滤波器应加屏蔽，其屏蔽体应与金属设备壳体良好搭接。若设备壳体是非金属材料，则滤波器屏蔽体应与滤波器地相连，并与设备地良好搭接。否则，高频接地阻抗将直接降低高频滤波效果。当滤波电容与地线阻抗谐振时，将产生很强的电磁干扰。因此，滤波器的安装位置应尽量接近金属设备壳体的接地点，滤波器的接地线应尽量短。
(4)搭接方法。一般将滤波器的屏蔽体外壳直接安装在设备的金属外壳上，以降低连接电阻。为了保证在任何情况下均有良好的接触，最好采用焊接、螺帽压紧等搭接方法。
(5)电源线滤波器应安装在敏感设备或者屏蔽体的入口处，并对屏蔽器加以屏蔽。
图3.43显示滤波器的不正确安装。安装错误在于滤波器的输入端引线和输出端引线之间存在明显的电磁耦合。这样一来，存在于滤波器某一端的干扰信号会跳过滤波器对它的抑制，即不经过滤波器的衰减而直接耦合到滤波器的另一端。此外，图中的滤波器均安装在设备屏蔽体的内部，设备内部电路或者元件上的电磁干扰会通过辐射途径，在滤波器输入端引线上感应产生干扰电流，并直接通过传导途径耦合到设备外部去，使金属设备外壳失去对其内部元件和电路产生的电磁干扰辐射的抑制。当然，如果滤波器输入端引线上存在电磁干扰信号，也会耦合到设备内部的元件或者电路上，从而破坏滤波器和设备屏蔽体对电磁干扰的抑制作用。
最严重的是捆扎设备电缆时，将滤波器的输入端引线和输出端引线捆扎在一起。如图3.43(a)所示就是把滤波器安装在印制电路板上，因印制电路板一面是绝缘材料，结果使滤波器的屏蔽外壳没有实现与设备金属壳体的良好电气连接。
推荐用于安装电源EMI滤波器的方法如图3.44所示。这样安装方法的最大特点是，最大限度地将滤波器的输入端引线和输出端引线隔离，并且实现了良好的接地和搭接。
习题
1.请论述光隔的工作原理和抗干扰的用处，并举实例说明它的用法。
2.讨论辐射干扰的特点和防范措施。
3.怎么选择屏蔽材料与结构？在工程实际中如何应用屏蔽？请举例说明。
4.简述滤波器的分类及各种滤波器的特性。
5.随着我国城市建设的发展，在我国的农村或城市周围出现大量高压输电线路，有个别距离周围建筑物较近，会对环境造成一定的影响，如果要消除这种影响，可以采取哪些屏蔽措施？兼顾经济成本与屏蔽效能说明之。
