2kW短波发射机高低通谐波滤波器原理分析

2kW短波发射机高低通谐波滤波器原理分析

1洛桑顿玉, ,2弋韬

西藏自治区广播电视局081台

摘要

谐波滤波器是广播发射机必不可少的组成部分，主要是用于滤除由于频率合成以及功率放大器的非线性放大时产生的二次、三次以及多次谐波的干扰。谐波滤波器常用的电路形式由低通滤波器、带通滤波器和高通滤波器，函数类型可以选择切比雪夫或者椭圆函数。本文主要介绍高低通谐波滤波器的工作原理。

关键词：高通 低通 滤波器

1高低通谐波滤波器组成

高低通谐波滤波器包含两块继电器切换板B1、继电器切换板B2、高低通滤波板A1、高低通滤波板A2、高低通滤波板A3，如图1所示：

图1高低通谐波滤波器组成

2原理分析

2.1滤波板原理分析

高低通滤波器原理如图2所示：

图2高低通滤波器原理图

由图2可知，高低通滤波板A1、A2、A3电路结构相同，均包含低通滤波器电路和高通滤波器电路。低通滤波器电路采用带内具有等波纹特性的7阶椭圆函数形式的电路结构如图3，高通滤波器采用带内无起伏的7阶切比雪夫函数形式的电路结构如图4。高低通滤波板电路由低通滤波器和高通滤波器输入端并联并进行输入阻抗匹配调整后形成的电路结构如图5所示。

图3 7阶椭圆函数低通滤波电路结构

图4 7阶切比雪夫高通滤波电路结构

图5 高低通滤波器电路结构

图5中的P1端口为高低通滤波器的射频输入端，P2端口为低通滤波器的射频输出端，P3端口为高低通滤波器的输出端，P3端口端接50欧姆功率吸收电阻。

低通滤波电路主要功能是使得低于滤波器截止频率的信号以非常低的衰减通过，高于滤波器截止频率的信号大部分通过驻波反射的形式返回给输入端进而得到较高的抑制，从而有效降低发射机由于非线性放大产生的谐波发射干扰，低通滤波器的频谱特性曲线见图6中的红色曲线。高通滤波器的主要功能是使得高于截止频率的信号也就是工作频率的二次或高次谐波以较低的衰减通过并传输给高通滤波器输出口的功率吸收电阻进行谐波吸收。高通滤波器的频谱特性曲线见图6中的蓝色曲线。

高低通滤波板A1的电路图以及元器件参数见图5，频谱特性曲线如图6所示。通过低通滤波器和高通滤波器的配合使用，使得工作频率的谐波不仅能够得到较高的抑制，而且把谐波的功率都通过高通滤波电路送给吸收电阻吸收掉，大大降低了功放需承受的反射功率，提高了发射机大功率工作的可靠性。

图6  高低通滤波板A1频谱特性曲线

高低通滤波板A2的电路图以及元器件参数见图7频谱特性曲线如图8所示。

图7 高低通滤波板A2电路图及元器件参数

图8 高低通滤波板A2频谱特性曲线

高低通滤波板A3的电路图以及元器件参数见图9频谱特性曲线如图10所示。

图9 高低通滤波板A3的电路图以及元器件参数

图10 高低通滤波板A3频谱特性曲线

2.2继电器切换板原理分析

由图2可知，继电器切换板B1和B2通过外部提供的低电平选通信号X1、X2、X3、X4引脚控制继电器切换板上的继电器K1～K3其中一路导通，实现A1～A3频段的其中一路被接入。X4接直流24V电压为继电器供电，X1为继电器K1的选通信号，X1为低电平时K1导通，高低通滤波器板A1接入信号工作。X2为继电器K2的选通信号，X2为低电平时K2导通，高低通滤波器板A2接入信号工作。X3为继电器K3的选通信号，X3为低电平时K3导通，高低通滤波器板A3接入信号工作。

2.3高低通滤波器技术指标要求

高低通谐波滤波器实现如下性能指标：

  插入损耗：≤0.2dB；

  带内波动：≤0.1dB；

  谐波抑制：≤-30dB（含二次、三次及多次谐波）；

  输入阻抗：50Ω；

  输出阻抗：50Ω；

  额定功率：2kW；

  驻波比：≤2.0（可正常工作）

由于滤波器的额定功率为2kW即63dBm，插入损耗0.2dB也就是说滤波器的插入损耗功率为94.5W左右，如果插入损耗为0.3dB则滤波器的插入损耗功率为138W，滤波器的插入损耗大小将直接影响到滤波器在输出额定功率时所产生的热量。为了使滤波器工作更加可靠、稳定因此滤波器插入损耗选择更高要求的0.2dB。

高低通滤波板A1～A3实现对频段内工作频率的二次、三次以及高次谐波的滤除、吸收以达到-30dB的谐波抑制，以免对邻频产生干扰，同时避免了常规滤波器通过反射谐波的方式抑制谐波，从而造成功率放大器承受较大的反射功率。

2.4高低通滤波器器件选择

高低通滤波板A1～A3的电容采用高Q大功率块状电容，并且每一阶的电容根据计算得出的工作电流大小采用4个或以上并联的形式，以满足2kW的发射功率。电感采用线径为3mm的镀银紫铜线绕制的空心线圈，线圈均按长度50mm，直径为30mm制作，在同一长度和直径的情况下通过控制线圈的圈数来实现不同电感量的目的。A1～A3频段由于工作的频带不一样，所以相同位号的电感和电容的值也会不一样。

继电器切换板B1和B2上的切换继电器采用陶瓷真空继电器，触点电流在50A以上。

由于滤波器的额定功率为2kW，滤波器输入和输出接口采用L29-50KF接头，特别是输出接口采用L29射频接头更容易与现有馈线接头匹配。

3总结

通过对高低通谐波滤波器的原理分析，深入地掌握了高低通谐波滤波器的工作流程和原理，理解了发射机的杂波和谐波抑制方式，对短波发射机的工作原理有了更加深刻的理解。

参考文献

[1]Ludwig R,Bretchk P.射频电路设计：理论与应用[M].北京：电子工业出版社，2005.

[2]成都电讯工程学院.LC滤波器和螺旋滤波器的设计[M].北京：人民邮电出版社，1978.