超短波电台中功放模块谐波超差问题探究

2021-06-04陶伟

数字通信世界 2021年5期

陶伟

（中国电子科技集团公司第十研究所，四川成都 610036）

0 引言

通信系统中普遍存在对谐波环境要求高的弱点，谐波往往会使得这些高灵敏度的电子系统在运行时，出现运行程序错误、无故死机、电磁干扰等问题，而超短波链路中存在大量的非线性器件，会引入较大的谐波，因此，做好严格的谐波抑制十分重要。本文对某型超短波电台功放模块中谐波抑制超差问题的排查过程进行了讲解并对问题机理进行分析。

1 故障现象

在某型超短波电台功放模块生产调试过程中发现，本批次模块的400MHz 谐波抑制指标不满足技术指标要求，指标要求大于70dBc，实际测试为65dBc 左右，且指标超差的问题均表现在U 段的U4段滤波器上，U 段的其他段滤波器没有出现此现象。

2 故障定位

根据故障现象结合功放模块工作原理对该故障进行定位，功放模块由功率放大单元、共址滤波单元和功放控制板组成。根据功放模块组成原理分析，功放控制板与谐波指标超差无关。

图1 功放模块组成原理框图

依次对各单元谐波抑制进行测试。首先对功率放大单元400MHz 谐波进行测试，测试结果为30dBc，满足大于25dBc 设计要求，排除功率放大单元故障。对共址滤波单元测试，测试结果为在800MHz 抑制为38dBc，不满足50dBc 的设计要求，定位为共址滤波单元阻带抑制超差。而共址滤波器单元由电子开关、共址滤波器和外围电路组成，根据故障现象对U4段滤波器阻带抑制进行测试，测试结果56dBc，满足50dBc 的设计要求，排除U4段滤波器阻带抑制指标超差，定位为共址滤波单元中开关和外围电路影响隔离度超差。

进一步对U 段电路进行分析，局部电路如图2所示。U4段开关在测试400MHz 的谐波时，本身处于导通状态，不会对谐波产生影响。

图2 共址滤波单元局部相关电路图

通过分析U4关联的电路U1、U2和U3段电路，U1和U2对U4有三个PIN 管节点，U3对U4有两个PIN 管节点，节点少的隔离度低。初步认为U3段电子开关或外围电路异常影响U3段隔离度超差导致。因为定位开关故障时，需要拆取电子开关器件（钳装器件）损伤较大，所以先从外围电路着手进行故障定位，而U3外围电路只有偏置电感与其相关，用老批次的电感对故障模块的U3段的偏置电感进行更换，更换后对模块谐波抑制进行测试，测试结果为75dBc，故障消失，排除开关故障，故障定位为U3段外围电路中偏置电感故障导致链路中隔离度超差。排除故障后，进一步对排故使用的老批次和现用故障批次电感用网络分析仪进行高频参数测试。测试结果见图3和图4。

图3 老批次电感高频特性

图4 现用批次电感高频特性

从曲线可以看出，老批次电感的谐振频率450MHz左右，现用有故障批次电感高频特性谐振点在260MHz左右。继续将其他故障模块中U3段的偏置电感进行更换后测量，结果均一致。综上所述，该批次功放模块谐波超差故障为，共址滤波器单元中U3段偏置电感高频参数发生变化导致链路中隔离度超差所致。

3 机理分析

模块中使用的电感型号为均LG1-A-2.2uH-II，根据谐振公式：f=1/2π 可计算出老批次电感的分布电容位约0.1p，现用故障批次电感的分布电容位约0.2p。2个批次的电感的主要区别在于高频参数差异较大。电感的高频参数跟绕线工艺和所用的磁性材料支架等都有关系，定量分析比较困难，现借助ADS 仿真软件进行仿真定性分析。

首先不考虑U3段外围电路的影响，对U4段滤波特性进行仿真，仿真模型和结果见图5和图6。

图5 不考虑U3段影响仿真模型

图6 不考虑U3段影响仿真结果

然后，将U3段并入U4段中，对U3段电感高频参数变化对U4段阻带的影响进行仿真，仿真模型见图7。

图7 考虑U3段影响仿真模型

用现用批次电感仿真，电感分布电容为上面估算的值C ＝0.2p，仿真结果如图8所示。

图8 用现用批次电感仿真结果

用老批次电感仿真，电感分布电容为上面估算的值C ＝0.1p，仿真结果如图9所示。

图9 用老批电感仿真结果

通过对比新老批次电感仿真结果，老批次电感800MHz 的抑制为52dB，则满足设计要求。而现用批次电感的800MHz 的抑制只有33dB，明显恶化，不满足共址滤波器阻带抑制大于50dB 的设计要求。从结果可以看出，U3段偏置电感高频参数发生变化将直接影响U4段的阻带抑制，让链路中谐波出现超差，仿真结果与故障现象一致。

4 纠正施及验证

将故障批次电感返厂家进行故障分析：故障批次电感性能指标正常，满足设计要求，只是生产工艺变化导致新批次电感高频参数与老批次有差异，而该参数在订货时未作要求。同时厂家反馈老批次电感的生产工艺已废除，按新的工艺要求可能生产不出来符合要求的电感，建议选择陶瓷芯高频性能更好的电感，同时订货时增加电感的高频特性要求。根据对故障机理分析和试验情况结合厂家建议，为了彻底消除该故障采取了将模块中原电感更换为LGA2A0308-1.2Uh-I 的方案。更换后对模块进行了全面测试，测试指标均合格。