甚高頻濾波器失配導致發(fā)射機高頻段整機效率過高的原因分析

王 超，黃 河，張 斌

（國家新聞出版廣電總局2023臺，海南 臨高 571800）

甚高頻濾波器失配導致發(fā)射機高頻段整機效率過高的原因分析

王 超，黃 河，張 斌

（國家新聞出版廣電總局2023臺，海南 臨高 571800）

文章主要是研究甚高頻濾波器在DF500A型短波發(fā)射機中的應用，通過詳實的理論和數(shù)據(jù)分析，確定發(fā)射機測試19～26.1 M kHz時整機效率大于理論值的原因，利用網(wǎng)絡分析儀對甚高頻濾波器進行時域故障定位，并通過對甚高頻濾波器技術改造解決了設備存在的缺陷，為發(fā)射機的安全運行提供可靠的技術保障。

甚高頻；巴特沃斯濾波器；整機效率；網(wǎng)絡分析儀

1 背景研究

目前，國產(chǎn)DF500A型短波發(fā)射機進入驗收階段，各項技術參數(shù)指標均符合設計要求，但是測試發(fā)現(xiàn)19～26.1 MHz時整機效率在77%以上，個別頻率甚至達到80%。根據(jù)理論值計算方法：TH576高末電子管在開關26 MHz、末極屏壓為14 kV時效率為87.5%，調制變壓器效率為95%，發(fā)射機3π輸出網(wǎng)絡效率為97%，傳輸線熱損耗3%，VHF駐波比為1.15時對應的輸出效率為99.5%，則整機效率μ=87.5%×95%×97%×97%×99.5%=77.8%。同時參考同類型進口500 kW，TSW 2500型短波發(fā)射機整機效率均在75%左右，認為國產(chǎn)DF500A型短波發(fā)射機整機效率測試存在問題。

整機效率μ=假負載顯示功率/(高壓功率+低壓功率)，其中假負載功率P=1.16×（出水溫度—入水溫度）×水流速度，高壓功率由高壓柜直接取樣讀數(shù)，低壓功率使用電力儀測試后計算后得出。針對發(fā)射機效率偏大的問題，文章先后對假負載水溫取樣和水流測速進行整定；然后對高壓柜的高壓功率取樣進行校準發(fā)現(xiàn)誤差不大，最后把研究方向放在了發(fā)射機的輸出端、假負載的輸入端—甚高頻濾波器。

2 甚高頻濾波器

國產(chǎn)DF500A型短波發(fā)射機的甚高頻濾波器采用的是巴特沃斯低通濾波器，特點是通頻帶內的頻率響應曲線最大限度平坦，沒有起伏，而在阻頻帶則逐漸下降為零。在振幅的對數(shù)對角頻率的波得圖上，從某一邊界角頻率開始，振幅隨著角頻率的增加而逐步減少，趨向負無窮大。甚高頻濾波器的目的主要是用來對VHF頻段的諧波進行衰減，防止發(fā)射機可能輸出的無用發(fā)射對相鄰頻段的干擾，所以日常工作也把甚高頻濾波器稱為VHF濾波器。

國產(chǎn)DF500A型短波發(fā)射機的VHF濾波器是同軸結構的低通濾波器，截止頻率為26.1 MHz，通帶內駐波比VSWR＜1.1，載波功率500 kW，損耗（P c=500 kW，m=1）＜4 kW，由13段（其中有7個電容、6個電感）不同長度特性阻抗交替呈現(xiàn)高低的傳輸線級聯(lián)而成，工作中按照順序分別命名13個元器件為L1～L13，傳輸線的特性阻抗分別是12 Ω和170 Ω，原理如圖1所示。VHF濾波器分別有直型、L型、U型3種方式，國產(chǎn)DF500A型短波發(fā)射機采用的是L型。

3 網(wǎng)絡分析儀測甚高頻濾波器

為了找出阻抗失配的原因，要對諧波濾波器進行更加精確的單獨測試，利用2個50Ω同軸轉接件與網(wǎng)絡分析儀實現(xiàn)連接，盡量降低測試誤差。測試駐波比結果如圖2所示，發(fā)現(xiàn)諧波濾波器在9～26.1 MHz通頻帶內的駐波比VSWR＞1.2，并且駐波比逐步增大，尤其是在高頻端26.1 MHz時駐波比為1.71，遠高于設計要求。這說明發(fā)射機存在重大安全隱患，駐波比過大會使得發(fā)射機的輸出功率有較大一部分被反射回去了，除了會使發(fā)射效果降低外，還會引起過熱打火、功率損耗增加，使電子管和真空電容的使用壽命下降，造成經(jīng)濟損失。

根據(jù)駐波比和反射系數(shù)的計算公式T=（1-VSW R）/ (1+VSWR)，計算可知駐波比為1.5時諧波濾波器反射系數(shù)為T=0.2。由于反射損耗的存在，實際發(fā)射機功率為（1-T2）P實=500 kW，（高壓功率+低壓功率）為P實÷75%，所以計算出整機效率μ=75%/（1-T2），當T=0.2時，μ=78.1%。正是由于高頻段的駐波比過大造成反射功率損耗過大，從而導致測試的整機效率與實際值不符且不斷升高。

圖1 工作原理

使用網(wǎng)絡分析儀的雙通道功能對諧波濾波器的元器件進行測試發(fā)現(xiàn)，如圖3所示，在177.575 ns電處存在衰減增益為-43.34 dB的故障點，通過故障點定位發(fā)現(xiàn)該位置對應著第7個元器件為電感（L7），且從駐波比圖看出最大可達1.71以上，諧波濾除效果較差。

為看出諧波濾波器內分布電容和電感變化的影響，對諧波濾波器進行ADS電路仿真。當增加L7電感長度16 cm時，發(fā)現(xiàn)故障點的反射系數(shù)下降，且駐波比下降、S21曲線也好轉，復查5.9～26.1 MHz范圍內的駐波比小于1.05，帶內波動恢復正常范圍，改善效果明顯。調整后的諧波濾波器駐波比測試如圖4所示。

圖4 調整后的諧波濾波器駐波比測試

4 結語

在對諧波濾波器進行技術改造后，測試駐波比在5.9～26.1 MHz通頻帶內＜1.05滿足設計要求，發(fā)射機整機測試顯示效率在75%左右也符合設備運行指標。由此可以得出結論：諧波濾波器駐波比過大是由于L7電感失配，當增加電感長度即可排除此故障。

通過此次整機效率過高現(xiàn)象的排查處理，為處理此類故障積累了寶貴的經(jīng)驗，解決了國產(chǎn)DF500A型短波發(fā)射機存在的安全隱患，優(yōu)化了諧波濾波器的運行指標，對保證發(fā)射機安全穩(wěn)定運行很有益處，在同類型發(fā)射機中很有推廣應用價值。

Analysis of the reason for the very high efficiency of the whole transmitter in its high frequency band caused by VHF fi lter mismatch

Wang Chao, Huang He, Zhang Bin
（The State Press and Publication Adm inistration of 2023, Lingao 571800, China）

This paper mainly studies the application of very high frequency filter type in DF500A shortwave transm itter. Through detailed theoretical and data analysis, it determ ines reasons why the transm itter test MKHz 19-26.1 MKHz machine efficiency is higher than the theoretical value, makes use of network analyzer to realize time-domain fault location, and reforms the very high frequency fi lter technology to solve the defects of the equipment, which have provided reliable technical guarantee for safe operation of the transm itter.

very high frequency; butterworth fi lter; efficiency of the whole transm itter; network analyzer

王超（1986— ），男，海南臨高，本科，工程師；研究方向：廣播電視無線覆蓋。