陶 偉

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十研究所，四川 成都 610036）

0 引言

通信系統(tǒng)中普遍存在對(duì)諧波環(huán)境要求高的弱點(diǎn)，諧波往往會(huì)使得這些高靈敏度的電子系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)運(yùn)行程序錯(cuò)誤、無(wú)故死機(jī)、電磁干擾等問(wèn)題，而超短波鏈路中存在大量的非線性器件，會(huì)引入較大的諧波，因此，做好嚴(yán)格的諧波抑制十分重要。本文對(duì)某型超短波電臺(tái)功放模塊中諧波抑制超差問(wèn)題的排查過(guò)程進(jìn)行了講解并對(duì)問(wèn)題機(jī)理進(jìn)行分析。

1 故障現(xiàn)象

在某型超短波電臺(tái)功放模塊生產(chǎn)調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，本批次模塊的400MHz 諧波抑制指標(biāo)不滿(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)要求，指標(biāo)要求大于70dBc，實(shí)際測(cè)試為65dBc 左右，且指標(biāo)超差的問(wèn)題均表現(xiàn)在U 段的U4段濾波器上，U 段的其他段濾波器沒(méi)有出現(xiàn)此現(xiàn)象。

2 故障定位

根據(jù)故障現(xiàn)象結(jié)合功放模塊工作原理對(duì)該故障進(jìn)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(jù)功放模塊組成原理分析，功放控制板與諧波指標(biāo)超差無(wú)關(guān)。

圖1 功放模塊組成原理框圖

依次對(duì)各單元諧波抑制進(jìn)行測(cè)試。首先對(duì)功率放大單元400MHz 諧波進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為30dBc，滿(mǎn)足大于25dBc 設(shè)計(jì)要求，排除功率放大單元故障。對(duì)共址濾波單元測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為在800MHz 抑制為38dBc，不滿(mǎn)足50dBc 的設(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)、共址濾波器和外圍電路組成，根據(jù)故障現(xiàn)象對(duì)U4段濾波器阻帶抑制進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果56dBc，滿(mǎn)足50dBc 的設(shè)計(jì)要求，排除U4段濾波器阻帶抑制指標(biāo)超差，定位為共址濾波單元中開(kāi)關(guān)和外圍電路影響隔離度超差。

進(jìn)一步對(duì)U 段電路進(jìn)行分析，局部電路如圖2所示。U4段開(kāi)關(guān)在測(cè)試400MHz 的諧波時(shí)，本身處于導(dǎo)通狀態(tài)，不會(huì)對(duì)諧波產(chǎn)生影響。

圖2 共址濾波單元局部相關(guān)電路圖

通過(guò)分析U4關(guān)聯(lián)的電路U1、U2和U3段電路，U1和U2對(duì)U4有三個(gè)PIN 管節(jié)點(diǎn)，U3對(duì)U4有兩個(gè)PIN 管節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)少的隔離度低。初步認(rèn)為U3段電子開(kāi)關(guān)或外圍電路異常影響U3段隔離度超差導(dǎo)致。因?yàn)槎ㄎ婚_(kāi)關(guān)故障時(shí)，需要拆取電子開(kāi)關(guān)器件（鉗裝器件）損傷較大，所以先從外圍電路著手進(jìn)行故障定位，而U3外圍電路只有偏置電感與其相關(guān)，用老批次的電感對(duì)故障模塊的U3段的偏置電感進(jìn)行更換，更換后對(duì)模塊諧波抑制進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為75dBc，故障消失，排除開(kāi)關(guān)故障，故障定位為U3段外圍電路中偏置電感故障導(dǎo)致鏈路中隔離度超差。排除故障后，進(jìn)一步對(duì)排故使用的老批次和現(xiàn)用故障批次電感用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行高頻參數(shù)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖3和圖4。

圖3 老批次電感高頻特性

圖4 現(xiàn)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(xiàn)用有故障批次電感高頻特性諧振點(diǎn)在260MHz左右。繼續(xù)將其他故障模塊中U3段的偏置電感進(jìn)行更換后測(cè)量，結(jié)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(shù)發(fā)生變化導(dǎo)致鏈路中隔離度超差所致。

3 機(jī)理分析

模塊中使用的電感型號(hào)為均LG1-A-2.2uH-II，根據(jù)諧振公式：f=1/2π 可計(jì)算出老批次電感的分布電容位約0.1p，現(xiàn)用故障批次電感的分布電容位約0.2p。2個(gè)批次的電感的主要區(qū)別在于高頻參數(shù)差異較大。電感的高頻參數(shù)跟繞線工藝和所用的磁性材料支架等都有關(guān)系，定量分析比較困難，現(xiàn)借助ADS 仿真軟件進(jìn)行仿真定性分析。

首先不考慮U3段外圍電路的影響，對(duì)U4段濾波特性進(jìn)行仿真，仿真模型和結(jié)果見(jiàn)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(jié)果

然后，將U3段并入U(xiǎn)4段中，對(duì)U3段電感高頻參數(shù)變化對(duì)U4段阻帶的影響進(jìn)行仿真，仿真模型見(jiàn)圖7。

圖7 考慮U3段影響仿真模型

用現(xiàn)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(jié)果如圖8所示。

圖8 用現(xiàn)用批次電感仿真結(jié)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(jié)果如圖9所示。

圖9 用老批電感仿真結(jié)果

通過(guò)對(duì)比新老批次電感仿真結(jié)果，老批次電感800MHz 的抑制為52dB，則滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。而現(xiàn)用批次電感的800MHz 的抑制只有33dB，明顯惡化，不滿(mǎn)足共址濾波器阻帶抑制大于50dB 的設(shè)計(jì)要求。從結(jié)果可以看出，U3段偏置電感高頻參數(shù)發(fā)生變化將直接影響U4段的阻帶抑制，讓鏈路中諧波出現(xiàn)超差，仿真結(jié)果與故障現(xiàn)象一致。

4 糾正施及驗(yàn)證

將故障批次電感返廠家進(jìn)行故障分析：故障批次電感性能指標(biāo)正常，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，只是生產(chǎn)工藝變化導(dǎo)致新批次電感高頻參數(shù)與老批次有差異，而該參數(shù)在訂貨時(shí)未作要求。同時(shí)廠家反饋老批次電感的生產(chǎn)工藝已廢除，按新的工藝要求可能生產(chǎn)不出來(lái)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(shí)訂貨時(shí)增加電感的高頻特性要求。根據(jù)對(duì)故障機(jī)理分析和試驗(yàn)情況結(jié)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L(zhǎng)GA2A0308-1.2Uh-I 的方案。更換后對(duì)模塊進(jìn)行了全面測(cè)試，測(cè)試指標(biāo)均合格。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)某型超短波電臺(tái)功放模塊中諧波超差問(wèn)題排查過(guò)程的詳細(xì)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(shè)備指標(biāo)超差問(wèn)題的排查思路和分析方法，為大家提供一種排查問(wèn)題和分析問(wèn)題的思路。