Smith chart在大功率短波发射机RF网络分析中的应用

毛 刚

（作者单位：国家新闻出版广电总局2022台）

Smith chart在大功率短波发射机RF网络分析中的应用

毛 刚

（作者单位：国家新闻出版广电总局2022台）

摘 要：本文介绍了大功率短波发射机末级输出波网络的工作特点和网络计算中的难点，利用Smith chart在RF网络计算中的便捷性，举例说明Smith chart在计算级联网络阻抗匹配分析、计算中的应用。

关键词：Smith chart；短波发射机；滤波网络

大功率短波发射机具有输出功率大、频带范围宽（3.2~26.1MHz）的特点。末级输出网络使用多π网络级联或π、г网络级联的方式进行谐振、滤波和阻抗变换，电路复杂，射频元件数量多。测量、分析不同工作频率下各部分级联电路的阻抗匹配情况，需要先计算出元件的目标值。计算公式复杂，有大量繁琐的复数运算。Smith chart简单直观，又具有足够的精确度，对计算出匹配网络元件的参数值，优化噪声系数，确定品质因数的影响以及进行电路稳定性分析，有着重要的作用和意义。本文以DF100A型大功率短波发射机谐波滤波网络计算为例，利用Smith chart计算网络元件的参数值，并仿真和分析网络特性，介绍Smith chart 在RF（Radio Frequency，射频）网络分析中的应用。

1 Smith chart简介

Smith chart，即史密斯圆图，主要用作利用图解法计算网络和传输线的阻抗匹配，以避免过于繁琐的数学运算。Smith chart包含两部分，一部分是阻抗史密斯圆图（Z-Smith chart），由等反射系数圆和阻抗圆图组成；另一部分是导纳史密斯圆图（Y-Smith chart），由等反射系数圆和导纳圆图组成。

图1　谐波滤波网络示意图

2 DF100A型短波发射机谐波滤波网络计算

DF100A型发射机工作时会在射频通路产生高次谐波，其中二次、三次谐波功率比较大。经过末级π-г网络滤波，三次谐波基本滤除，而二次谐波滤除不够彻底，影响到发射机的正常工作，同时也不符合国际电信联盟及《中华人民共和国国家标准GB13421-92无线电发射机杂散发射功率电平的限制和测量方法》规定的“对于平均发射功率大于50kW，工作频率在30MHz以下的短波发射机，其谐波辐射功率不能大于50mW而末级槽路”的要求。为有效的滤除二次谐波成分，DF100A型发射机在末级槽路之后加装了谐波滤波网络。

如图1所示，谐波滤波网络是由可调电容、电感组成的低通滤波器，由两节完全相同的90oπ网络串联而成。根据DF100A型发射机的工作特性，该滤波器为点频式窄带滤波器，在3.2～26.1MHz的频带范围内，不同的工作频率各有相对应的工作点。在工作点上，基波阻抗始终应为75Ω纯阻,对二次谐波的衰减量要达到-20dB（三次谐波已经过末级π-г网络衰减达到要求）。

以9.9MHz频率为例，使用电子版Smith chart，计算该频率下谐波滤波网络中各元件的目标参数值，如图2所示。

计算出的各元件参数值如表1所示。

表1　9.9MHz下谐波滤波网络各元件值

3 仿真结果

图2　Smith chart上网络各元件

图3　网络输出阻抗仿真数据

对计算出的谐波滤波网络进行仿真，以检验是否符合设计要求。根据DF100A析和调整的参考数据，计算误差在允许范围，能够方便快捷地达到目的。型发射机的工作特点，要求该谐波滤波网络输出阻抗Zout=75+j0Ω；对二次谐波19.8MHz频率的衰减量达到-20dB。仿真结果如下，如图3所示，输出阻抗Zout=75+j7.238e-5Ω，电路呈感性，在使用中需要微调电容、电感量；由图4可以看出对二次谐波的衰减为-25dB，达到设计要求。由9.9MHz基波频率下谐波滤波网络的仿真结果可以看出，利用Smith chart计算该频率下谐波滤波网络各元件的目标值，以作为对实际电路测量、分

图4　二次谐波衰减量仿真数据

4 结语

分析大功率短波发射机末级输出网络阻抗匹配是否良好，输出特性是否符合要求，是短波发射机维护和状态调整中一个重要的方面，由于计算公式长、步骤多，被处理的数据多为复数，往往计算比较繁琐。而Smith chart在RF网络的计算、网络参数的分析中具有很大的便捷性，本文以DF100A型短波发射机谐波滤波网络在9.9MHz频率工作特性为例，利用Smith chart计算网络元件目标值，并对计算结果进行仿真，在以后的研究中将重点对末级其他网络的阻抗匹配和行、驻波系数等网络参数进行计算和分析。

参考文献：

[1]徐锐敏,唐璞.微波技术基础[M].北京：科学出版社,2009.