移相消除諧波技術在NDB的應用

文/劉開進

中波無方向信標機（Non-directional Radio Beacon，NDB）是中波導航系統的地面設備，通常也叫中波導航機，它通過發射無方向的中波信號，為機載無線電羅盤提供測向無線電信號，從而使飛機獲得導航臺相對方位角信息。我公司生產的NDB均采用全固態PDM方式，其功率放大器采用H橋功率放大器（如圖1(a)所示），工作于開關狀態，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。通常發射機都是通過輸出網絡來濾除諧波的，而且發射機的整機諧波抑制指標一般為65dB。但是在GJB151A中，對NDB的要求是發射狀態除二次和三次諧波以外的所有諧波發射和亂真發射均應至少低于基波電平80dB，二次和三次諧波應抑制70dB。眾所周知，輸出網絡的濾波性能越高，它的傳輸效率就越差。因此，在NDB產品設計中，通過在電路設計中應用了移相消除諧波技術，減少功率放大器的輸出信號中的諧波含量，這樣，既使NDB的整機效率滿足指標要求，又使諧波抑制達到GJB151A的要求。

1 移相消除諧波的原理

傳統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，諧波次數為n，則傳統H橋功率放大器的輸出電壓的傅立葉級數表達式為：

從式（1）中可以看出，傳統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激勵信號與右側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表達式變為：

2 實際應用電路

在NDB產品設計中，綜合考慮技術指標和電路實現的難易等因素，實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觸發器組成的4分頻電路把載波激勵信號進行分頻，從而得到兩路載波工作頻率相同而相位相差45°的驅動信號。實際應用電路如圖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：相移信號產生電路

圖3：電路信號波形圖

3 結束語

應用本文介紹的移相消除諧波技術，設計研制的NDB取得良好的效果，經實際測試，輸出諧波抑制約提高了7dB，整機的諧波發射達到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。