解析3π网络中电容对高次谐波的抑制作用

王 超

（作者单位：国家新闻出版广电总局2023台）



解析3π网络中电容对高次谐波的抑制作用

王 超

（作者单位：国家新闻出版广电总局2023台）

摘 要：本文主要研究3π网络中的可调电容C251和可调电容C252对三次和四次谐波分量的抑制作用，其中，大功率短波发射机的工作频率为5.9 MHz ～26.1 MHz，高于100 MHz的高次谐波分量主要由甚高频滤波器（VHF）滤除，三次和四次谐波分量是影响发射机设备安全运行的主要隐患。当高次谐波产生时，由于频率增大，电容阻抗瞬时减小，涌入大量电流，因而容易导致电容过热、甚至损坏电容，还有可能发生共振，产生振动和噪声。

关键词：3π网络；电容；高次谐波

目前，大功率短波发射机的射频输出网络由3个π网络串联，共有7个可调电抗元件组成。考虑到机械机构设计简洁的特点选用低通结构，就是电容直接接地，而电感串联连接。3π网络的电感采用调谐线结构，分布参数很小，使寄生振荡频率远高于工作频率，便于甚高频滤波器（VHF）滤除。

1 3π网络的理论基础

射频末级的3π网络主要有三个功能：要求高效率进行功率传输；阻抗变换作用，由电子管阳极的190 Ω转换至负载阻抗50 Ω；滤波选频，对高次谐波进行衰减，满足需要传输的信号带宽。三个功能的实现是通过调节7路MP数码值和短路棒MS开关组合来改变电容量和电感量从而构成并联谐振网络，有效的传输功率和阻抗变化。射频3π网络如图1所示。

2 电容对高次谐波抑制的理论分析

国家新闻出版广电总局2023台短波500 KW发射机在调试过程中，发现开载波频率18～26M时，C271电容温度偏高，使用取样电阻取样送到频谱分析仪测试发现其中的三次、四次谐波分量过大，结合之前的电感L233打火过热故障现象分析，主要原因为2π网络中的高次谐波分量过大。1π中的可调电抗元件未能对高次谐波进行有效衰减，造成能量损耗在电容发热和电感打火上。其中，1π的元器件主要为可调电容C251和可调电容C252，可以通过调节可调电容C251和可调电容C252来实现对高次谐波的抑制。

2.1 可调电容C251对高次谐波的抑制作用

3π网络中的电容C251容值为100-1000 pF，MS24开关在载波频率为9 M以下时为O N。当调试9 M以上频率时，由于对电容C251进行了断路处理，忽略了考虑该电容对3π网络的影响，形成了工作中的误区。

图1 射频3π网络图

在发射机大功率工作时，高频辐射环境下，当电容C251断接时，由于分布电容的存在并且分布电容很大约25 pF，电容C251和3π输入端电感形成了耦合电容，即分布电容和电容C251串联形成了新的电容量。新的电容量会产生寄生频率，从而产生高次谐波分量，对发射机稳定运行产生安全隐患。所以建议当MS24为OFF时，即断路电容C251时，应把MP05数码值发在最小位置此时容值最小建议放在数码值为500左右（约100 pF），使寄生频率远离载波频率。通过频谱分析仪可以很清楚的看到减小MP05数码值时对三次谐波分量的抑制作用但同时也产生了副作用即四次谐波分量有所增加。

图1 可调电容C251和电容C252工作原理图

例如：发射机载波频率为13 M时，电感L251的MP06数码值为3 867（电感量约为0.8 μH），计算电容C251分别在容值为1 000 pF和100 pF的情况下，谐振频率f=1／2π，其中，分布电容约25 pF，等效电容为电容C251和分布电容串联。

通过计算可知：当C251为1 000 pF时，等效电容为24.39 pF，f=36MHz；当C251为100 pF时，等效电容为20pF，f=39.8 MHz。通过计算可以清楚的看到C251的容值越小对三次谐波的抑制作用越明显。

2.2 电容C252对高次谐波的抑制作用

3π网络中的电容C252容值为8～75 pF，MS25开关在载波频率15 M以上为O N，即把电容C252短路。实际工作中，主要是使用MS25为OFF时，通过调节MP13来改变C252的容值，与电感L251形成两个LC串联谐振滤波电路滤除高次谐波分量。当调试15M以下频率时，由于对电容C252进行了短路处理，没有考虑该电容对3π网络的影响，也给后面的调机工作带来了很大麻烦。

如图1所示：当电容C252短路时，由于分布电感的存在，MS25短路开关等效为电感L，L251端的L1L2并联后与电感L串联后与电容C252形成RLC谐振滤波网络，即在短路C252后调节MP13依然可以起到很好的抑制高次谐波的作用，通过理论计算发现调节MP06和MP13可以有效抑制高次谐波分量。故结论如下，建议开载波频率为18 M以上时把MP13路数码值置于5000左右（约为60 pF），通过调节MP06和MP13可以有效抑制高次谐波分量。

3 结语

通过理论分析和实践得出如下结论：（1）当MS24为OFF时，即断路电容C251时，应把MP05数码值发在最小位置，可以防止发生耦合，减少高次谐波分量；（2）当MS25为O N时，即短路电容C252时，调谐MP13或者MP06时仍然可以起到衰减三次、四次谐波的作用。在大功率短波发射机中的电路分析时，不能简单把短路或断路理所当然的认为是接地或者开路，应考虑其分布电容和电感对设备的影响，从故障中查找原因，认真分析可能存在的高次谐波分量。

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