諧波濾波器單元原理與常見問題處理方法

梁炯

【摘要】針對短波發(fā)射機中諧波濾波器單元常見問題，本文從諧波濾波器單元的原理和在整機中的作用出發(fā)，分析了問題產(chǎn)生的原因，以及問題處理方法，可幫助維護人員快速解決問題，大幅提高維修效率。

【關鍵詞】諧波抑制;阻抗匹配;切換控制。

中圖分類號：TN94? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.01.007

作為短波發(fā)射機重要組成部分之一，諧波濾波器單元主要完成功放輸出信號的諧波抑制作用。由于功放單元的非線性因素，導致功放輸出信號中含有大量雜散信號，諧波濾波器單元就是為了濾除此類雜散信號，保證輸出信號純度設計的。同時，諧波濾波器單元作為發(fā)射機末端輸出部分，是直接與天饋線系統(tǒng)直連的，諧波單元還承擔發(fā)射機功放單元與天饋線系統(tǒng)的匹配橋梁作用，可以說，諧波濾單元性能的好壞，直接影響著發(fā)射機功率輸出是否正常，因此，對諧波濾波器基本原理與單元常見問題進行分析，并總結處理方法，對設備的使用與維護，就變得十分必要。

1. 諧波濾波器單元作用

諧波濾波器單元在整機中，主要有以下幾個作用：

1.1 諧波抑制

由于功率放大器的非線性因素，導致功放輸出的信號中含有大量的雜散信號，主要是二次諧波、三次諧波。諧波的存在，會影響輸出信號的純度，增加了功放輸出反射，因此，必須在發(fā)射機輸出端設計諧波濾波器單元，實現(xiàn)對諧波雜散的抑制。

1.2 阻抗匹配

諧波濾波器位于功放輸出和天饋線系統(tǒng)之間，可實現(xiàn)發(fā)射機功放單元和天饋系統(tǒng)的阻抗匹配作用，有效改善功率輸出效果，降低反射功率與整機輸出電流，使有效功率最大化輸出。

2. 諧波濾波器基本原理

依據(jù)歸一化元件參數(shù)來設計濾波器，以歸一化元件參數(shù)為基本依據(jù)，經(jīng)截止頻率變換和特征阻抗變換兩個步驟求得待設計濾波器的構成元件參數(shù)。其中，截止頻率變換就是按下式來改變歸一化元件參數(shù)。

由于基準濾波器的截止頻率為，基準濾波器的特征阻抗為1Ω，為對應的歸一化的電感參數(shù)，為對應的歸一化電容參數(shù)，待設計濾波器的截止頻率為fp，待設計濾波器的特征阻抗為R。所以

代入歸一化的電感、電容參數(shù)即可計算出濾波器具體的電感、電容值。

根據(jù)整機設計需要，諧波濾波器單元采用低通LC濾波形式，其仿真電路圖如圖1所示。

諧波濾波器單元工作頻率范圍是3.2MHz～26.1MHz，整個單元分成六段濾波板，每段濾波板都采用LC諧振形式設計。激勵器根據(jù)輸出頻率，自動控制對應頻段輸入輸出端的真空繼電器，通過繼電器的切換，實現(xiàn)對應頻段濾波板的接入與斷開。其原理框圖如圖2所示。

諧波濾波器單元頻率分段如表1所示。

3. 常見問題分析及其處理方法

根據(jù)諧波濾波器單元的基本原理和作用可知，當諧波單元出現(xiàn)故障時，會影響整機輸出的雜散抑制效果，整機輸出功率也會不正常，甚至報警而無法播出。由于雜散抑制效果需要儀器測試，因此，一般通過判斷整機輸出功率、駐波比、電流等運行參數(shù)來判斷諧波單元是否正常。諧波濾波器常見問題如下：

3.1 諧波濾波板故障

諧波濾波板采用LC諧振電路構成的7階低通濾波器形式，元器件為電容和電感器件，因此，電路板出現(xiàn)的問題主要是電容和電感出現(xiàn)故障，具體就是電容燒壞，電感焊接點融化。由于元器件耐壓值比較高，出現(xiàn)問題主要是通過元器件的電流過大燒壞元器件。

諧波濾波板元件器燒壞，在整機運行上體現(xiàn)出來最明顯的現(xiàn)象就是發(fā)射機反射功率過大，駐波比偏高，整機電流也會異常，機器甚至會報警。

如何定位和檢查是否是諧波板出現(xiàn)問題，可更換到其他頻段頻率開機，如果其他頻段正常開機發(fā)射，只有某段內(nèi)頻率都報警，可基本判斷為該段諧波板故障。打開諧波單元蓋板，可通過目測方法觀察到底是哪里出現(xiàn)燒壞現(xiàn)象，進而進行維修處理。

3.2 真空繼電器損壞

通過圖1的原理圖可知，真空繼電器主要實現(xiàn)濾波板的接入與斷開，繼電器的動作由激勵器直接控制。繼電器默認是斷開，即濾波板不接入射頻鏈路。當有頻率設置時，才選通對應頻段繼電器。繼電器出現(xiàn)故障主要分為繼電器開路，無法閉合接通濾波板，另外一種是繼電器始終閉合，無法釋放。

當繼電器開路，無法閉合時，該段濾波板無法接入，相當于功放輸出開路，如果此時發(fā)射功率，整機體現(xiàn)的現(xiàn)象就是電流很大，四個末級模塊均有功率輸出，但是發(fā)射機正反向功率均為零，需要立刻停止發(fā)射。此時可通過測量該段頻率輸入輸出控制繼電器的切換是否正常，如果不正常，可測試繼電器的供電和控制電平，如果供電和控制正常，則基本判斷為繼電器故障，更換繼電器后，低功率輸出，測試輸出功率是否正常。

當繼電器始終閉合，無法釋放時，整機體現(xiàn)的故障就是只有該段可以正常發(fā)射，其他段都不正常，反射功率和駐波比偏大，電流也不正常。是因為當選通其它頻段時，相當于有兩路接通，整個諧波單元參數(shù)都變差，導致輸出功率異常，參數(shù)變差。這時將激勵器斷電，測試該段繼電器是否始終接入而沒有釋放，如果是，則是繼電器壞掉，需要更換真空繼電器。

3.3 內(nèi)部射頻線接觸不好

內(nèi)部線纜主要包括功率檢測器的輸入輸出線纜，以及每段諧波濾波板輸入輸出射頻線纜。線纜出現(xiàn)的問題比較隱蔽，幾乎不會出現(xiàn)斷開情況，基本都是接觸不良，比如檢測器輸入輸出線纜與后面板連接器焊接處虛焊、開焊，檢測器端連接器松動，以及諧波板輸入輸出線纜芯線和屏蔽層虛焊等。

當出現(xiàn)射頻線纜接觸不良時，機器出現(xiàn)的典型現(xiàn)象就是整機輸出功率不穩(wěn)定，功率跳動，嚴重者個別頻點出現(xiàn)過壓和駐波比報警。

為了判斷是何處問題，先更換其他段頻發(fā)射功率，如果 其它頻段也出現(xiàn)功率不穩(wěn)定甚至報警情況，則重點排查檢測器輸入輸出線纜，因為多段諧波板焊接線都出現(xiàn)問題的可能性不大，重點排查公共線路。檢查檢測器輸入輸出線纜接頭是否擰緊、接頭射頻線屏蔽層和芯線是否松動，后面板焊接處重新補焊，再開機檢查是否解決問題。

如果只是某段頻率出現(xiàn)指標變差、功率不穩(wěn)定甚至報警現(xiàn)象，重點檢查該段濾波板輸入輸出射頻線焊接點是否虛焊、脫焊，重新對焊點進行加焊補焊，重新發(fā)射該段頻率，驗證問題是否解決。

4. 注意事項

由于諧波濾波器屬于分段設計，在判斷是不是某一段出問題或者驗證處理結果時候，可設置發(fā)射機低功率或者中功率輸出，觀察輸出功率是否正常，不要直接開高功率，防止功率過大燒壞設備。

要注意單元內(nèi)部導線，尤其是電源線與控制線，在維護維修時候不要與射頻鏈路接觸距離太近，防止大功率輸出時候打火，進而引起單元損壞。

在更換諧波板，焊接板子輸入輸出射頻線時候，避免芯線焊接點底部焊錫過多，流入單元底板，引起打火燒壞機器。

5. 結束語

了解了諧波濾波器單元在整機中的作用，及其設計原理，充分利用諧波分段模式，可以更好的判斷問題、分析問題和解決問題，有效提升維修與維護效率，也可以降低機器在運行中出現(xiàn)問題的概率，同時，也鍛煉了操作人員和維護人員的業(yè)務能力。

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