移相消除諧波技術(shù)在NDB的應(yīng)用

文/劉開進(jìn)

中波無方向信標(biāo)機(jī)（Non-directional Radio Beacon，NDB）是中波導(dǎo)航系統(tǒng)的地面設(shè)備，通常也叫中波導(dǎo)航機(jī)，它通過發(fā)射無方向的中波信號，為機(jī)載無線電羅盤提供測向無線電信號，從而使飛機(jī)獲得導(dǎo)航臺相對方位角信息。我公司生產(chǎn)的NDB均采用全固態(tài)PDM方式，其功率放大器采用H橋功率放大器（如圖1(a)所示），工作于開關(guān)狀態(tài)，其輸出是一個大功率射頻矩形波信號，含有豐富的諧波分量。通常發(fā)射機(jī)都是通過輸出網(wǎng)絡(luò)來濾除諧波的，而且發(fā)射機(jī)的整機(jī)諧波抑制指標(biāo)一般為65dB。但是在GJB151A中，對NDB的要求是發(fā)射狀態(tài)除二次和三次諧波以外的所有諧波發(fā)射和亂真發(fā)射均應(yīng)至少低于基波電平80dB，二次和三次諧波應(yīng)抑制70dB。眾所周知，輸出網(wǎng)絡(luò)的濾波性能越高，它的傳輸效率就越差。因此，在NDB產(chǎn)品設(shè)計中，通過在電路設(shè)計中應(yīng)用了移相消除諧波技術(shù)，減少功率放大器的輸出信號中的諧波含量，這樣，既使NDB的整機(jī)效率滿足指標(biāo)要求，又使諧波抑制達(dá)到GJB151A的要求。

1 移相消除諧波的原理

傳統(tǒng)H橋功率放大器的輸出電壓是寬度為180°的方波，如圖1(b)所示。假定輸出電壓的幅值為E，諧波次數(shù)為n，則傳統(tǒng)H橋功率放大器的輸出電壓的傅立葉級數(shù)表達(dá)式為：

從式（1）中可以看出，傳統(tǒng)H橋功率放大器的輸出電壓中無偶次諧波，但含有所有的奇次諧波，諧波含量也很大。

移相消除諧波的原理是通過把H橋功率放大器的左側(cè)激勵信號與右側(cè)激勵信號錯開一個相位角φ，如圖1（c）所示，使得H橋功率放大器的輸出電壓的脈寬θ發(fā)生變化，不再是180°，而變成這樣H橋功率放大器輸出電壓的傅立葉級數(shù)表達(dá)式變?yōu)椋?/p>

2 實(shí)際應(yīng)用電路

在NDB產(chǎn)品設(shè)計中，綜合考慮技術(shù)指標(biāo)和電路實(shí)現(xiàn)的難易等因素，實(shí)際電路中選擇的相移角為45°。下面先從理論上計算在無相移（即相移角和相移角兩種情況下的3次、5次的諧波抑制量（與基波比較）。

設(shè)基波、3次諧波、5次諧波的功率電平分別為P1、P3、P5，3次諧波、5次諧波抑制量為A3，諧波抑制量為A5，則有：

在具體電路設(shè)計是把頻率合成器輸出的載波激勵信號頻率提高4倍，然后通過J-K觸發(fā)器組成的4分頻電路把載波激勵信號進(jìn)行分頻，從而得到兩路載波工作頻率相同而相位相差45°的驅(qū)動信號。實(shí)際應(yīng)用電路如圖2所示，輸出波形如圖3所示。

從圖3可知，P1和P2兩路輸出信號頻率相同而相位相差45°，它滿足了移相消除諧波的基本條件。該信號送入激勵放大電路放大后分別驅(qū)動H橋功率放大器的左、右橋臂，完成移相消除諧波。

圖1：移相消除諧波示意圖

圖2：相移信號產(chǎn)生電路

圖3：電路信號波形圖

3 結(jié)束語

應(yīng)用本文介紹的移相消除諧波技術(shù)，設(shè)計研制的NDB取得良好的效果，經(jīng)實(shí)際測試，輸出諧波抑制約提高了7dB，整機(jī)的諧波發(fā)射達(dá)到GJB151A的要求。證明了該方法能有效提高射頻輸出的諧波抑制比。