毛 剛

（作者單位：國家新聞出版廣電總局2022臺(tái)）

DF100A型發(fā)射機(jī)諧波濾波器工作原理及維護(hù)

毛 剛

（作者單位：國家新聞出版廣電總局2022臺(tái)）

摘 要：本文分析計(jì)算了DF100A型短波發(fā)射機(jī)工作中諧波產(chǎn)生的原因，詳細(xì)闡述了諧波濾波器的工作原理和計(jì)算，對(duì)諧波濾波器使用中易發(fā)生的故障和緊急處理方法進(jìn)行了分類總結(jié)，提出了維護(hù)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：諧波；低通濾波器；維護(hù)

根據(jù)國際電信聯(lián)盟及《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB13421-92無線電發(fā)射機(jī)雜散發(fā)射功率電平的限制和測量方法》的相關(guān)規(guī)定，對(duì)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(jī)，其諧波輻射功率不能大于50MW。對(duì)DF100A型100kW發(fā)射機(jī)而言，僅依靠屏級(jí)槽路的π-Γ網(wǎng)絡(luò)的濾波，不能有效地濾除諧波，因此在屏級(jí)槽路之后加裝了諧波濾波器，對(duì)諧波（主要是二次諧波）繼續(xù)衰減，使其諧波功率輸出達(dá)到小于50 MW的要求。因此諧波濾波器也是DF100A型發(fā)射機(jī)的重要組成部分，知其原理，熟悉其維護(hù)、計(jì)算、測量及緊急故障處理方法，對(duì)發(fā)射機(jī)的穩(wěn)定及安全播音有著重大的意義。

1 諧波的產(chǎn)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(dá)的部分，對(duì)周期性的信號(hào)進(jìn)行傅里葉級(jí)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(jī)的高末級(jí)功放工作于丙類放大狀態(tài)，此時(shí)電子管的板流脈沖ia為余弦脈沖，用傅里葉級(jí)數(shù)展開為：

即板級(jí)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(jī)，在工作時(shí)產(chǎn)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(jī)輸出的諧波功率小于50MW，必須對(duì)各次諧波進(jìn)行濾除和衰減。其中對(duì)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(jī)的末級(jí)槽路為∏-Γ網(wǎng)絡(luò)，對(duì)二次諧波的衰減量為-30～-40dB；對(duì)三次諧波的衰減量為-45～-55dB。因此發(fā)射機(jī)末級(jí)槽路對(duì)二次諧波的濾除和衰減沒有達(dá)到要求。諧波濾波器，對(duì)諧波（尤其是二次諧波）繼續(xù)進(jìn)行衰減，使其諧波功率輸出小于50 MW以達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。

2 諧波濾波器的工作原理

為達(dá)到使發(fā)射機(jī)工作時(shí)諧波功率小于50 MW的要求，對(duì)諧波（尤其是二次諧波）需要繼續(xù)進(jìn)行衰減，DF100A型發(fā)射機(jī)在末級(jí)槽路之后加裝了諧波濾波器。

如圖1所示，DF100A型發(fā)射機(jī)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(luò)串聯(lián)組成，其作用是進(jìn)一步濾除末級(jí)∏-Γ網(wǎng)絡(luò)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(dá)到國家相關(guān)規(guī)定。

圖1　諧波濾波網(wǎng)絡(luò)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(luò)的品質(zhì)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(diào)，由于C2=C1+C3，因此諧波濾波器的馬達(dá)組件在設(shè)計(jì)時(shí)保證了C2與C1（C3）的轉(zhuǎn)速之比為2:1。

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

3 諧波濾波器的計(jì)算

DF100A型機(jī)所用的諧波濾波器為兩節(jié)90oπ網(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)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(duì)低頻的電抗小，對(duì)高頻的電抗大。而并臂是容抗，對(duì)低頻的分流作用小，對(duì)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(jì)算公式如下：

將濾波器網(wǎng)絡(luò)參數(shù)帶入上述計(jì)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(jì)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(jì)算如下：π

計(jì)算出DF100A型發(fā)射機(jī)諧波濾波器對(duì)在各頻點(diǎn)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(hù)

4.1 諧波濾波器常見故障及緊急處理

DF100A型發(fā)射機(jī)的諧波濾波器在使用中出現(xiàn)故障時(shí)，一般表現(xiàn)為加高壓后反射功率過大，調(diào)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(jī)倒頻時(shí)，滾輪脫槽后，無法調(diào)整電感量的大小，造成網(wǎng)絡(luò)失配。可調(diào)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(shí)，打開諧波濾波器的窗口蓋板直接觀察處理，由于兩個(gè)電感是同調(diào)的，一個(gè)滾輪脫槽后參照另外一個(gè)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(dá)組件故障。此類故障多發(fā)生在發(fā)射機(jī)倒頻時(shí)，馬達(dá)組件發(fā)生故障時(shí)，其轉(zhuǎn)動(dòng)不受調(diào)諧系統(tǒng)控制，常出現(xiàn)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)不到位，一直向高限/低限走等情況，導(dǎo)致濾波網(wǎng)絡(luò)無法匹配指定的頻率點(diǎn)。緊急處理時(shí)，可使用直流電源帶動(dòng)諧波濾波器馬達(dá)，觀察計(jì)數(shù)器，將其轉(zhuǎn)動(dòng)到播音頻率對(duì)應(yīng)的位置，拔掉馬達(dá)驅(qū)動(dòng)放大器，待播音結(jié)束停機(jī)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(jī)倒頻過程中，電容器機(jī)械脫扣或抱死時(shí)，該只電容容量不再變化，無法與其他元件同調(diào)，造成網(wǎng)絡(luò)失配。此類故障無法短時(shí)間內(nèi)處理，又會(huì)嚴(yán)重影響發(fā)射機(jī)的播音。為避免長時(shí)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(jī)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(nèi)部將輸入輸出短路，即可繼續(xù)開機(jī)播音。此時(shí)可能反射功率較平時(shí)大一些，微調(diào)平衡/不平衡轉(zhuǎn)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(nèi)部打火嚴(yán)重。此類故障多發(fā)生在發(fā)射機(jī)播音中且都無法在短時(shí)間內(nèi)完成，為減少停播時(shí)間，可用采用短路諧波濾波器輸入輸出的方式應(yīng)急處理，方法同上。

4.2 諧波濾波器維護(hù)要點(diǎn)

對(duì)諧波濾波器的維護(hù)，要勤檢查，勤清潔，對(duì)易出現(xiàn)故障部分定期重點(diǎn)處理。

4.2.1 作為聯(lián)動(dòng)部分的諧波濾波器馬達(dá)系統(tǒng)，對(duì)諧波濾波器在各個(gè)頻點(diǎn)能否正常工作起到不容忽視的作用。日常維護(hù)中，要注意清潔除塵；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上油以保證接觸面潤滑轉(zhuǎn)動(dòng)順暢；連接部分的螺絲、頂絲應(yīng)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(zhuǎn)動(dòng)不夠順暢，要及時(shí)校正，情況嚴(yán)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(zhuǎn)軸觸點(diǎn)等部位定期清潔，避免爬電、打火；同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)部分應(yīng)視當(dāng)?shù)靥鞖馇闆r適當(dāng)上油以保證潤滑避免磨損嚴(yán)重。檢查中發(fā)現(xiàn)有爬電、磨損痕跡的，及時(shí)更換。

5 總結(jié)

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