超短波電臺中功放模塊諧波超差問題探究

陶 偉

（中國電子科技集團公司第十研究所，四川 成都 610036）

0 引言

通信系統中普遍存在對諧波環境要求高的弱點，諧波往往會使得這些高靈敏度的電子系統在運行時，出現運行程序錯誤、無故死機、電磁干擾等問題，而超短波鏈路中存在大量的非線性器件，會引入較大的諧波，因此，做好嚴格的諧波抑制十分重要。本文對某型超短波電臺功放模塊中諧波抑制超差問題的排查過程進行了講解并對問題機理進行分析。

1 故障現象

在某型超短波電臺功放模塊生產調試過程中發現，本批次模塊的400MHz 諧波抑制指標不滿足技術指標要求，指標要求大于70dBc，實際測試為65dBc 左右，且指標超差的問題均表現在U 段的U4段濾波器上，U 段的其他段濾波器沒有出現此現象。

2 故障定位

根據故障現象結合功放模塊工作原理對該故障進行定位，功放模塊由功率放大單元、共址濾波單元和功放控制板組成。根據功放模塊組成原理分析，功放控制板與諧波指標超差無關。

圖1 功放模塊組成原理框圖

依次對各單元諧波抑制進行測試。首先對功率放大單元400MHz 諧波進行測試，測試結果為30dBc，滿足大于25dBc 設計要求，排除功率放大單元故障。對共址濾波單元測試，測試結果為在800MHz 抑制為38dBc，不滿足50dBc 的設計要求，定位為共址濾波單元阻帶抑制超差。而共址濾波器單元由電子開關、共址濾波器和外圍電路組成，根據故障現象對U4段濾波器阻帶抑制進行測試，測試結果56dBc，滿足50dBc 的設計要求，排除U4段濾波器阻帶抑制指標超差，定位為共址濾波單元中開關和外圍電路影響隔離度超差。

進一步對U 段電路進行分析，局部電路如圖2所示。U4段開關在測試400MHz 的諧波時，本身處于導通狀態，不會對諧波產生影響。

圖2 共址濾波單元局部相關電路圖

通過分析U4關聯的電路U1、U2和U3段電路，U1和U2對U4有三個PIN 管節點，U3對U4有兩個PIN 管節點，節點少的隔離度低。初步認為U3段電子開關或外圍電路異常影響U3段隔離度超差導致。因為定位開關故障時，需要拆取電子開關器件（鉗裝器件）損傷較大，所以先從外圍電路著手進行故障定位，而U3外圍電路只有偏置電感與其相關，用老批次的電感對故障模塊的U3段的偏置電感進行更換，更換后對模塊諧波抑制進行測試，測試結果為75dBc，故障消失，排除開關故障，故障定位為U3段外圍電路中偏置電感故障導致鏈路中隔離度超差。排除故障后，進一步對排故使用的老批次和現用故障批次電感用網絡分析儀進行高頻參數測試。測試結果見圖3和圖4。

圖3 老批次電感高頻特性

圖4 現用批次電感高頻特性

從曲線可以看出，老批次電感的諧振頻率450MHz左右，現用有故障批次電感高頻特性諧振點在260MHz左右。繼續將其他故障模塊中U3段的偏置電感進行更換后測量，結果均一致。綜上所述，該批次功放模塊諧波超差故障為，共址濾波器單元中U3段偏置電感高頻參數發生變化導致鏈路中隔離度超差所致。

3 機理分析

模塊中使用的電感型號為均LG1-A-2.2uH-II，根據諧振公式：f=1/2π 可計算出老批次電感的分布電容位約0.1p，現用故障批次電感的分布電容位約0.2p。2個批次的電感的主要區別在于高頻參數差異較大。電感的高頻參數跟繞線工藝和所用的磁性材料支架等都有關系，定量分析比較困難，現借助ADS 仿真軟件進行仿真定性分析。

首先不考慮U3段外圍電路的影響，對U4段濾波特性進行仿真，仿真模型和結果見圖5和圖6。

圖5 不考慮U3段影響仿真模型

圖6 不考慮U3段影響仿真結果

然后，將U3段并入U4段中，對U3段電感高頻參數變化對U4段阻帶的影響進行仿真，仿真模型見圖7。

圖7 考慮U3段影響仿真模型

用現用批次電感仿真，電感分布電容為上面估算的值C ＝0.2p，仿真結果如圖8所示。

圖8 用現用批次電感仿真結果

用老批次電感仿真，電感分布電容為上面估算的值C ＝0.1p，仿真結果如圖9所示。

圖9 用老批電感仿真結果

通過對比新老批次電感仿真結果，老批次電感800MHz 的抑制為52dB，則滿足設計要求。而現用批次電感的800MHz 的抑制只有33dB，明顯惡化，不滿足共址濾波器阻帶抑制大于50dB 的設計要求。從結果可以看出，U3段偏置電感高頻參數發生變化將直接影響U4段的阻帶抑制，讓鏈路中諧波出現超差，仿真結果與故障現象一致。

4 糾正施及驗證

將故障批次電感返廠家進行故障分析：故障批次電感性能指標正常，滿足設計要求，只是生產工藝變化導致新批次電感高頻參數與老批次有差異，而該參數在訂貨時未作要求。同時廠家反饋老批次電感的生產工藝已廢除，按新的工藝要求可能生產不出來符合要求的電感，建議選擇陶瓷芯高頻性能更好的電感，同時訂貨時增加電感的高頻特性要求。根據對故障機理分析和試驗情況結合廠家建議，為了徹底消除該故障采取了將模塊中原電感更換為LGA2A0308-1.2Uh-I 的方案。更換后對模塊進行了全面測試，測試指標均合格。

5 結束語

本文通過對某型超短波電臺功放模塊中諧波超差問題排查過程的詳細講解，從而讓大家了解由部分器件工藝或性能變化引起的設備指標超差問題的排查思路和分析方法，為大家提供一種排查問題和分析問題的思路。