移相消除谐波技术在NDB的应用

文/刘开进

中波无方向信标机（Non-directional Radio Beacon，NDB）是中波导航系统的地面设备，通常也叫中波导航机，它通过发射无方向的中波信号，为机载无线电罗盘提供测向无线电信号，从而使飞机获得导航台相对方位角信息。我公司生产的NDB均采用全固态PDM方式，其功率放大器采用H桥功率放大器（如图1(a)所示），工作于开关状态，其输出是一个大功率射频矩形波信号，含有丰富的谐波分量。通常发射机都是通过输出网络来滤除谐波的，而且发射机的整机谐波抑制指标一般为65dB。但是在GJB151A中，对NDB的要求是发射状态除二次和三次谐波以外的所有谐波发射和乱真发射均应至少低于基波电平80dB，二次和三次谐波应抑制70dB。众所周知，输出网络的滤波性能越高，它的传输效率就越差。因此，在NDB产品设计中，通过在电路设计中应用了移相消除谐波技术，减少功率放大器的输出信号中的谐波含量，这样，既使NDB的整机效率满足指标要求，又使谐波抑制达到GJB151A的要求。

1 移相消除谐波的原理

传统H桥功率放大器的输出电压是宽度为180°的方波，如图1(b)所示。假定输出电压的幅值为E，谐波次数为n，则传统H桥功率放大器的输出电压的傅立叶级数表达式为：

从式（1）中可以看出，传统H桥功率放大器的输出电压中无偶次谐波，但含有所有的奇次谐波，谐波含量也很大。

移相消除谐波的原理是通过把H桥功率放大器的左侧激励信号与右侧激励信号错开一个相位角φ，如图1（c）所示，使得H桥功率放大器的输出电压的脉宽θ发生变化，不再是180°，而变成这样H桥功率放大器输出电压的傅立叶级数表达式变为：

2 实际应用电路

在NDB产品设计中，综合考虑技术指标和电路实现的难易等因素，实际电路中选择的相移角为45°。下面先从理论上计算在无相移（即相移角和相移角两种情况下的3次、5次的谐波抑制量（与基波比较）。

设基波、3次谐波、5次谐波的功率电平分别为P1、P3、P5，3次谐波、5次谐波抑制量为A3，谐波抑制量为A5，则有：

在具体电路设计是把频率合成器输出的载波激励信号频率提高4倍，然后通过J-K触发器组成的4分频电路把载波激励信号进行分频，从而得到两路载波工作频率相同而相位相差45°的驱动信号。实际应用电路如图2所示，输出波形如图3所示。

从图3可知，P1和P2两路输出信号频率相同而相位相差45°，它满足了移相消除谐波的基本条件。该信号送入激励放大电路放大后分别驱动H桥功率放大器的左、右桥臂，完成移相消除谐波。

图1：移相消除谐波示意图

图2：相移信号产生电路

图3：电路信号波形图

3 结束语

应用本文介绍的移相消除谐波技术，设计研制的NDB取得良好的效果，经实际测试，输出谐波抑制约提高了7dB，整机的谐波发射达到GJB151A的要求。证明了该方法能有效提高射频输出的谐波抑制比。