DF100A型發(fā)射機諧波濾波器工作原理及維護

毛 剛

（作者單位：國家新聞出版廣電總局2022臺）

DF100A型發(fā)射機諧波濾波器工作原理及維護

毛 剛

（作者單位：國家新聞出版廣電總局2022臺）

摘 要：本文分析計算了DF100A型短波發(fā)射機工作中諧波產生的原因，詳細闡述了諧波濾波器的工作原理和計算，對諧波濾波器使用中易發(fā)生的故障和緊急處理方法進行了分類總結，提出了維護要點。

關鍵詞：諧波；低通濾波器；維護

根據(jù)國際電信聯(lián)盟及《中華人民共和國國家標準GB13421-92無線電發(fā)射機雜散發(fā)射功率電平的限制和測量方法》的相關規(guī)定，對于平均發(fā)射功率大于50kW工作頻率在30MHz以下的短波發(fā)射機，其諧波輻射功率不能大于50MW。對DF100A型100kW發(fā)射機而言，僅依靠屏級槽路的π-Γ網(wǎng)絡的濾波，不能有效地濾除諧波，因此在屏級槽路之后加裝了諧波濾波器，對諧波（主要是二次諧波）繼續(xù)衰減，使其諧波功率輸出達到小于50 MW的要求。因此諧波濾波器也是DF100A型發(fā)射機的重要組成部分，知其原理，熟悉其維護、計算、測量及緊急故障處理方法，對發(fā)射機的穩(wěn)定及安全播音有著重大的意義。

1 諧波的產生

諧波（harmonic wave），定義為周期性的波形中能用常數(shù)、與原函數(shù)的最小正周期相同的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的線性組合表達的部分，對周期性的信號進行傅里葉級數(shù)分解，基波頻率整數(shù)倍的頻率分量部分，就是諧波。

短波發(fā)射機的高末級功放工作于丙類放大狀態(tài)，此時電子管的板流脈沖ia為余弦脈沖，用傅里葉級數(shù)展開為：

即板級電流等于直流分量Ia0、一次諧波（基波）Ia1、二次諧波Ia2和其他高次諧波之和。

DF100A型短波發(fā)射機，在工作時產生的二次、三次諧波分量如下：

板流二次諧波分量：

=(42+1.732×42+32-0)/12=12.23A

二次諧波功率：

板流三次諧波分量：

=（42+1.414×42-1.414×11）/12=7.15A

三次諧波功率：

為使發(fā)射機輸出的諧波功率小于50MW，必須對各次諧波進行濾除和衰減。其中對二次、三次諧波的衰減量為：

二次諧波衰減量：

三次諧波衰減量：

DF100A型發(fā)射機的末級槽路為∏-Γ網(wǎng)絡，對二次諧波的衰減量為-30～-40dB；對三次諧波的衰減量為-45～-55dB。因此發(fā)射機末級槽路對二次諧波的濾除和衰減沒有達到要求。諧波濾波器，對諧波（尤其是二次諧波）繼續(xù)進行衰減，使其諧波功率輸出小于50 MW以達到國家標準。

2 諧波濾波器的工作原理

為達到使發(fā)射機工作時諧波功率小于50 MW的要求，對諧波（尤其是二次諧波）需要繼續(xù)進行衰減，DF100A型發(fā)射機在末級槽路之后加裝了諧波濾波器。

如圖1所示，DF100A型發(fā)射機的諧波濾波器是由LC組成的低通濾波器，采用兩節(jié)完全相同的90o∏網(wǎng)絡串聯(lián)組成，其作用是進一步濾除末級∏-Γ網(wǎng)絡未完全濾除的高次諧波（其中主要為二次諧波），使殘波輻射達到國家相關規(guī)定。

圖1　諧波濾波網(wǎng)絡示意圖

在圖1中，中間的電容C2=C1+C3，工作頻率范圍在3.2～26.1 MHz之間，網(wǎng)絡的品質因數(shù)Q值為1。L1和L2為兩只盤香電感，與三只最大電容量1000PF的真空陶瓷可變電容器同調，由于C2=C1+C3，因此諧波濾波器的馬達組件在設計時保證了C2與C1（C3）的轉速之比為2:1。

該濾波器為點頻式窄帶濾波器，隨著不同的工作頻率有不同的工作點以保證基波阻抗始終為75Ω。諧波濾波器在使用前必須調試好，調試數(shù)據(jù)列成表貼在計數(shù)器窗口旁邊，在使用時根據(jù)使用頻率及列表上相應頻率的計數(shù)器將諧波濾波器調整至相應的位置。諧波濾波器只能用做濾除諧波只而不可以作為調整駐波比的器件使用，否則將影響諧波的有效濾除，同時還可能損壞濾波器的元器件，因此開新頻率時要嚴格按照列表上的計數(shù)器來設置相關頻率的濾波器位置。

3 諧波濾波器的計算

DF100A型機所用的諧波濾波器為兩節(jié)90oπ網(wǎng)絡串聯(lián)組成，屬于常K式梯形濾波器中的特例。常K式梯形濾波器是指在這類濾波器的梯形結構中串臂阻抗Z1和并臂阻抗Z2的乘積是一不隨頻率變化的常數(shù)K2，即Z1×Z2 =R2。常K式濾波器的串臂是感抗，對低頻的電抗小，對高頻的電抗大。而并臂是容抗，對低頻的分流作用小，對高頻的分流作用大，因此從物理意義上來說，它是低通濾波器。

計算公式如下：

將濾波器網(wǎng)絡參數(shù)帶入上述計算公式：

由該濾波器的相移β= 2π可求得到諧波濾波器各元件的計算公式為：

以播音頻率為7.2MHz為例，諧波濾波器的各器件值計算如下：π

計算出DF100A型發(fā)射機諧波濾波器對在各頻點的電容電感量如表1所示。

4 諧波濾波器緊急故障處理和維護

4.1 諧波濾波器常見故障及緊急處理

DF100A型發(fā)射機的諧波濾波器在使用中出現(xiàn)故障時，一般表現(xiàn)為加高壓后反射功率過大，調整不起作用。盡管故障現(xiàn)象雷同，但造成故障的原因又各不相同，下面分類討論。

4.1.1 電感組件滾輪脫槽故障。此類故障多發(fā)生在發(fā)射機倒頻時，滾輪脫槽后，無法調整電感量的大小，造成網(wǎng)絡失配?？烧{電感的表面不平整，是造成滾輪脫槽的主要原因。緊急處理時，打開諧波濾波器的窗口蓋板直接觀察處理，由于兩個電感是同調的，一個滾輪脫槽后參照另外一個滾輪的位置安裝上去即可。

頻率MHz參數(shù)3.2　4.8　6.2　7.2　9.9　11.5　15.1　17.7　21.7　26.1 L1(μ H)　3.37　2.49　1.93　1.66　1.21　1.04　0.79　0.68　0.55　0.46 L2(μ H)　3.37　2.49　1.93　1.66　1.21　1.04　0.79　0.68　0.55　0.46 C1(pF)　663　436　344　295　214　186　140　120　98　81 C2(pF)　1326　872　688　590　428　372　280　240　196　162 C3(pF)　663　436　344　295　214　186　140　120　98　81

4.1.2 諧波濾波器的馬達組件故障。此類故障多發(fā)生在發(fā)射機倒頻時，馬達組件發(fā)生故障時，其轉動不受調諧系統(tǒng)控制，常出現(xiàn)馬達轉動不到位，一直向高限/低限走等情況，導致濾波網(wǎng)絡無法匹配指定的頻率點。緊急處理時，可使用直流電源帶動諧波濾波器馬達，觀察計數(shù)器，將其轉動到播音頻率對應的位置，拔掉馬達驅動放大器，待播音結束停機后再查找原因處理。

4.1.3 電容脫扣或抱死故障。此類故障多發(fā)生在發(fā)射機倒頻過程中，電容器機械脫扣或抱死時，該只電容容量不再變化，無法與其他元件同調，造成網(wǎng)絡失配。此類故障無法短時間內處理，又會嚴重影響發(fā)射機的播音。為避免長時間停播，可采取以下方法緊急處理以維持播音：將濾波器的機芯取出，僅留濾波器外殼，用專用短路棒（長91cmΦ30mm的銅棒），在外殼內部將輸入輸出短路，即可繼續(xù)開機播音。此時可能反射功率較平時大一些，微調平衡/不平衡轉換器，使反射功率降低到正常范圍即可。

4.1.4 電感爬電、電容內部打火嚴重。此類故障多發(fā)生在發(fā)射機播音中且都無法在短時間內完成，為減少停播時間，可用采用短路諧波濾波器輸入輸出的方式應急處理，方法同上。

4.2 諧波濾波器維護要點

對諧波濾波器的維護，要勤檢查，勤清潔，對易出現(xiàn)故障部分定期重點處理。

4.2.1 作為聯(lián)動部分的諧波濾波器馬達系統(tǒng)，對諧波濾波器在各個頻點能否正常工作起到不容忽視的作用。日常維護中，要注意清潔除塵；傳動機構上油以保證接觸面潤滑轉動順暢；連接部分的螺絲、頂絲應定期檢查緊固。

4.2.2 定期檢查盤香電感的平整度，如發(fā)現(xiàn)電感表面不夠平整，滾輪轉動不夠順暢，要及時校正，情況嚴重的更換處理，以免發(fā)生頻繁的滾輪脫槽故障。

4.2.3 電感、電容要保持干凈。電容器、滾輪、轉軸觸點等部位定期清潔，避免爬電、打火；同時轉動部分應視當?shù)靥鞖馇闆r適當上油以保證潤滑避免磨損嚴重。檢查中發(fā)現(xiàn)有爬電、磨損痕跡的，及時更換。

5 總結

諧波濾波器是DF100A型發(fā)射機的重要器件之一，其正常工作與否直接關系到發(fā)射機能否正常播出及殘播輻射是否達標，因此知其原理、懂其維護、熟悉其緊急故障處理，對于安全播音有著重要意義。