CN114089071A - 一种短波发射机谐波滤波单元状态预测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种短波发射机谐波滤波单元状态预测装置及方法，包括设置于短波发射机谐波滤波单元中的检测电路，以及设置于短波发送机控制模块内的状态预测程序单元；检测电路设置于谐波滤波单元的射频输入端，谐波滤波单元输出射频信号经功率合成器合成后输出；状态预测程序单元包括继电器动作计数模块、故障判决模块；继电器动作计数模块对短波发射机谐波滤波单元中的继电器动作次数进行计数；故障判决模块接收检测电路输出的电压采样信号，判断并确定谐波滤波单元状态。本发明可以对谐波滤波单元故障进行在线检测，预测继电器剩余寿命；在谐波滤波单元故障时给出故障指示；继电器接近机械寿命时给出预警和维修建议，实现视情维修。

Description

一种短波发射机谐波滤波单元状态预测装置及方法

技术领域

本发明属于短波发射机技术领域，特别是一种短波发射机谐波滤波单元状态预测装置及方法。

背景技术

短波发射机谐波滤波单元主要实现对输入的射频功率信号滤波，将二次、三次等谐波抑制在指标范围内。谐波滤波单元一般划分为若干波段，根据短波发射机工作频点(2MHz～30MHz)，通过继电器进行波段(通常为6个波段12个继电器)的切换，实现输入射频信号的谐波滤波。

根据历史维修数据，谐波滤波单元的故障模式主要有波段开路、波段短路、波段无法断开等故障。如不能有效检测故障，则会导致谐波滤波单元或短波发射机核心单元烧毁，危害度较高。

国内外短波发射机设计有一些谐波滤波单元故障检测方法，如通过谐波滤波单元输出侧的驻波比来判断射频通路状态；通过开机自检的波段切换，实现各波道状态检测等。谐波滤波单元故障一般发生在使用过程中，现有检测方式仅能在发射机发射过程中或发射机开机时检测到故障信息，在设备工作过程中如发生波段开路、短路，或继电器触点粘接、不吸合引起的波段无法断开等故障，则难以在发射机发射前检测到故障，存在短波发射机发射时烧毁设备的风险；继电器达到机械寿命，触点断裂失效，无法提前预测，导致短波发射机无法工作或谐波滤波单元烧毁，影响设备使用可用度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种短波发射机谐波滤波单元状态预测装置及方法，对谐波滤波单元故障进行在线检测，预测继电器剩余寿命；在谐波滤波单元故障时给出故障指示；继电器接近机械寿命时给出预警和维修建议，实现视情维修。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种短波发射机谐波滤波单元状态预测装置，包括设置于短波发射机谐波滤波单元中的检测电路，以及设置于短波发送机控制模块内的状态预测程序单元；所述检测电路设置于谐波滤波单元的射频输入端，谐波滤波单元输出射频信号经功率合成器合成后输出；

所述状态预测程序单元包括继电器动作计数模块、故障判决模块；所述继电器动作计数模块对短波发射机谐波滤波单元中的继电器动作次数进行计数；所述故障判决模块接收检测电路输出的电压采样信号，判断并确定谐波滤波单元状态。

一种短波发射机谐波滤波单元状态预测方法，采用所述的短波发射机谐波滤波单元状态预测装置，预测方法如下：

继电器动作计数模块实现对继电器动作次数的计数，继电器动作是指由一个触点切至另一个触点；当继电器动作次数相对于继电器机械寿命总次数的占比达到设定阈值时，则给出更换继电器的维修建议；

检测电路设置于谐波滤波单元的射频输入端，电感L0连接谐波滤波单元的射频输入端，电感L0与电阻R0串联后接到VCC，电感L0、电阻R0的公共端为电压采样点X；故障判决模块在波道切换过程中，检测不同动作下电压采样点X的电压值，根据电压值判定谐波滤波单元的状态。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)可以对谐波滤波单元故障进行在线检测，预测继电器剩余寿命，在短波发射机发射前给出谐波滤波单元的状态指示，防止损坏短波发射机；(2)在短波发射机工作过程中对谐波滤波单元进行状态预测，具有检测电路和状态预测程序简单、状态预测结果准确的特点；(3)继电器接近机械寿命时给出预警和维修建议，实现了短波发射机谐波滤波单元的视情维修，且提高了设备机内测试(BIT)的故障检测率，对解决谐波滤波单元状态预测具有重要的现实意义。

附图说明

图1是本发明短波发射机谐波滤波单元状态预测方法的原理框图。

图2是带检测电路的谐波滤波单元示意图。

具体实施方式

本发明一种短波发射机谐波滤波单元状态预测装置，包括设置于短波发射机谐波滤波单元中的检测电路，以及设置于短波发送机控制模块内的状态预测程序单元；所述检测电路设置于谐波滤波单元的射频输入端，谐波滤波单元输出射频信号经功率合成器合成后送至天线发射出去；

所述状态预测程序单元包括继电器动作计数模块、故障判决模块；所述继电器动作计数模块对短波发射机谐波滤波单元中的继电器动作次数进行计数；所述故障判决模块接收检测电路输出的电压采样信号，判断并确定谐波滤波单元状态。

进一步地，所述检测电路设置于谐波滤波单元的射频输入端，检测电路包括电感L0、电阻R0，电感L0连接谐波滤波单元的射频输入端，电感L0与电阻R0串联后接到VCC，电感L0、电阻R0的公共端为电压采样点X。

进一步地，所述短波发射机的短波工作频率范围为2MHz～29.9999MHz，根据工作频点和谐波滤波的需求，划分为第一～第六共6个波段：2.0000～3.1408MHz、3.1409～4.1325MHz、4.1326～7.7459MHz、7.7460～12.1642MHz、12.1643～19.1027MHz、19.1028～29.9999MHz；

所述谐波滤波单元用于滤除工作频点的谐波，包括与第一～第六波段对应的第一～第六共6路波道，每个波道内分别包括输入端继电器、输出端继电器；当工作频点落于第一波段时，短波发射机控制模块控制继电器动作，将第一波道接入射频通路，其余波道从射频通路断开；当工作频点改变，且频率落于另一波段时，发射机控制模块控制继电器动作，将第一波道从射频通路断开，将另一波道接入射频通路，实现谐波滤波功能。

进一步地，第一波道包括输入端继电器K2、输出端继电器K1，输入端继电器K2的触点3接入射频通路、触点4通过电阻R2接地；输出端继电器K1的触点1接入射频通路、触点2通过电阻R1接地；

第六波道包括输入端继电器K12、输出端继电器K11，输入端继电器K12的触点5接入射频通路、触点6通过电阻R12接地；输出端继电器K11的触点7接入射频通路、触点8通过电阻R11接地；

第二～第五通道的电路结构与第一、第六通道的结构相同。

进一步地，当继电器额定电流≥5A时，VCC为12V，电阻R0为100Ω；当继电器额定电流＜5A时，VCC为3.3V，电阻R0为10Ω；各继电器接地触点对应的接地电阻均为10Ω。

本发明一种短波发射机谐波滤波单元状态预测方法，采用所述的短波发射机谐波滤波单元状态预测装置，预测方法如下：

继电器动作计数模块实现对继电器动作次数的计数，继电器动作是指由一个触点切至另一个触点；当继电器动作次数相对于继电器机械寿命总次数的占比达到设定阈值时，则给出更换继电器的维修建议；

检测电路设置于谐波滤波单元的射频输入端，电感L0连接谐波滤波单元的射频输入端，电感L0与电阻R0串联后接到VCC，电感L0、电阻R0的公共端为电压采样点X；故障判决模块在波道切换过程中，检测不同动作下电压采样点X的电压值，根据电压值判定谐波滤波单元的状态。

进一步地，根据电压值判定谐波滤波单元的状态，具体如下：

针对第一波道切换至第六波道，第一波道包括输入端的继电器K2、输出端的继电器K1，继电器K2的触点3接入射频通路、触点4通过电阻R2接地；继电器K1的触点1接入射频通路、触点2通过电阻R1接地；第六波道包括输入端的继电器K12、输出端的继电器K11，继电器K12的触点5接入射频通路、触点6通过电阻R12接地；继电器K11的触点7接入射频通路、触点8通过电阻R11接地；

发射机切换波道动作前，故障判决模块检测电压采样点X的电压V1；然后控制继电器K1动作，由触点1切至触点2，待继电器稳定后检测电压采样点X的电压V2；采样后，驱动继电器K2由触点3切至触点4，驱动继电器K12动作由触点6切至触点5，待继电器稳定后检测电压采样点X的电压V3；采样后，驱动继电器K11由触点8切至触点7，待继电器稳定后检测电压采样点X的电压V4；

根据电压V1～V4，判定谐波滤波单元的状态：

当V1＝VCC时，第一波道开路；

当V1＝0、V2＝0时，第一波道对地短路或继电器K1触点粘接；

当V1＝0、

时，继电器K2触点粘接；

当V1＝0、

V3＝0时，第六波道对地短路；

当V1＝0、

V3＝VCC时，继电器K12触点不吸合或第六波道开路；

当V1＝0、

时，继电器K11触点不吸合；

当V1＝0、

V4＝0时，谐波滤波单元工作正常；

其中，Ra＝R1·R11/(R1+R11)；

其他波道之间切换时，谐波滤波单元的状态判定过程相同。

当短波发射机工作频点任然为当前工作波段时，故障判决模块根据检测电压采样点X的电压V1判定谐波滤波单元的状态。

当V1＝VCC时，当前波段开路；

当V1＝0时，谐波滤波单元工作正常；

进一步地，所述当继电器动作次数相对于继电器机械寿命总次数的占比达到设定阈值时，则给出更换继电器的维修建议，其中设定阈值为80％。

本发明通过设计检测电路和状态预测程序，在短波发射机工作过程中对谐波滤波单元进行状态预测，具有检测电路和状态预测程序简单，状态预测结果较准确的特点，对视情维修具有指导意义。

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。

实施例

本发明短波发射机谐波滤波单元状态预测装置，原理框图如图1所示，其中短波发射机控制模块、谐波滤波单元为短波发射机固有硬件

本发明设计的检测电路如图2所示，短波工作频率范围为2MHz～29.9999MHz，谐波滤波单元主要用于滤除工作频点的谐波，短波发射机谐波滤波单元根据工作频点和谐波滤波的技术需求，一般按表1划分为6个波段。

表1波段-频率关系表

波段号	频率(MHz)
		1	2.0000～3.1408
2	3.1409～4.1325
		3	4.1326～7.7459
4	7.7460～12.1642
		5	12.1643～19.1027
6	19.1028～29.9999

当工作频点落于1波段时(短波发射机初始状态一般为1波段)，短波发射机控制器控制继电器动作，将1波段接入射频通路，其余波段从射频通路断开。当工作频点改变，且频率落于另一波段(如6波段)时，发射机控制器控制继电器动作，将1波段从射频通路断开，将6波段接入射频通路，实现谐波滤波功能。

其中“+VCC”和电阻“R0～R12”参数详见表2(参数根据实际需求进行适应性调整)。

表2检测电路器件建议参数

本实施例设计的状态预测程序由继电器动作计数程序块和故障判决程序块组成。继电器动作计数程序块实现对继电器动作(由1个触点切至另一个触点)次数的计数，当继电器动作次数达到继电器机械寿命的80％(可根据降额要求进行调整)时，则给出更换继电器的维修建议；故障判决程序块在波道切换过程中通过检测不同动作下电压采样点X的电压值。以波道1切换至波道6为例，发射机切换波道动作前，故障判决程序块检测电压采样点X的电压V1，然后控制继电器K1动作(由触点1切至触点2)，待继电器稳定后检测电压采样点X的电压V2。采样后，驱动继电器K2、K12动作(分别由触点3切至触点4、触点6切至触点5)，待继电器稳定后检测电压采样点X的电压V3。采样后，驱动继电器K11动作(由触点8切至触点7)，待继电器稳定后检测电压采样点X的电压V4。依据表3可判定谐波滤波单元的状态。

表3谐波滤波单元状态判决表

假设检测电路采用表1所示器件参数，则谐波滤波单元的状态可依据表4进行判决。

表4采样电压与继电器状态判决表

本发明短波发射机谐波滤波单元状态预测方法，使用后可以对谐波滤波单元故障进行在线检测，预测继电器剩余寿命。在谐波滤波单元故障时，短波发射机发射前给出故障指示；继电器接近机械寿命时给出预警和维修建议，实现视情维修。解决短波发射机在工作中，谐波滤波单元故障造成短波发射机烧毁、继电器达到使用寿命损坏影响短波发射机使用可用度等问题。

本发明解决了短波发射机谐波滤波单元故障检测不及时导致谐波滤波单元故障后，短波发射机发射而烧毁设备、继电器达到使用寿命损坏影响短波发射机使用可用度等问题，实现短波发射机谐波滤波单元的视情维修，且提高了设备机内测试(BIT)的故障检测率，对解决谐波滤波单元状态预测具有重要的现实意义。

Claims (8)

1.一种短波发射机谐波滤波单元状态预测装置，其特征在于，包括设置于短波发射机谐波滤波单元中的检测电路，以及设置于短波发送机控制模块内的状态预测程序单元；所述检测电路设置于谐波滤波单元的射频输入端，谐波滤波单元输出射频信号经功率合成器合成后输出；

所述状态预测程序单元包括继电器动作计数模块、故障判决模块；所述继电器动作计数模块对短波发射机谐波滤波单元中的继电器动作次数进行计数；所述故障判决模块接收检测电路输出的电压采样信号，判断并确定谐波滤波单元状态。

2.根据权利要求1所述的短波发射机谐波滤波单元状态预测装置，其特征在于，所述检测电路设置于谐波滤波单元的射频输入端，检测电路包括电感L0、电阻R0，电感L0连接谐波滤波单元的射频输入端，电感L0与电阻R0串联后接到VCC，电感L0、电阻R0的公共端为电压采样点X。

3.根据权利要求2所述的短波发射机谐波滤波单元状态预测装置，其特征在于，所述短波发射机的短波工作频率范围为2MHz～29.9999MHz，根据工作频点和谐波滤波的需求，划分为第一～第六共6个波段：2.0000～3.1408MHz、3.1409～4.1325MHz、4.1326～7.7459MHz、7.7460～12.1642MHz、12.1643～19.1027MHz、19.1028～29.9999MHz；

所述谐波滤波单元用于滤除工作频点的谐波，包括与第一～第六波段对应的第一～第六共6路波道，每个波道内分别包括输入端继电器、输出端继电器；当工作频点落于第一波段时，短波发射机控制模块控制继电器动作，将第一波道接入射频通路，其余波道从射频通路断开；当工作频点改变，且频率落于另一波段时，发射机控制模块控制继电器动作，将第一波道从射频通路断开，将另一波道接入射频通路，实现谐波滤波功能。

4.根据权利要求3所述的短波发射机谐波滤波单元状态预测装置，其特征在于，第一波道包括输入端继电器K2、输出端继电器K1，输入端继电器K2的触点3接入射频通路、触点4通过电阻R2接地；输出端继电器K1的触点1接入射频通路、触点2通过电阻R1接地；

第六波道包括输入端继电器K12、输出端继电器K11，输入端继电器K12的触点5接入射频通路、触点6通过电阻R12接地；输出端继电器K11的触点7接入射频通路、触点8通过电阻R11接地；

第二～第五通道的电路结构与第一、第六通道的结构相同。

5.根据权利要求4所述的短波发射机谐波滤波单元状态预测装置，其特征在于，当继电器额定电流≥5A时，VCC为12V，电阻R0为100Ω；当继电器额定电流＜5A时，VCC为3.3V，电阻R0为10Ω；各继电器接地触点对应的接地电阻均为10Ω。

6.一种短波发射机谐波滤波单元状态预测方法，其特征在于，采用权利要求1～5任一项所述的短波发射机谐波滤波单元状态预测装置，预测方法如下：

继电器动作计数模块实现对继电器动作次数的计数，继电器动作是指由一个触点切至另一个触点；当继电器动作次数相对于继电器机械寿命总次数的占比达到设定阈值时，则给出更换继电器的维修建议；

检测电路设置于谐波滤波单元的射频输入端，电感L0连接谐波滤波单元的射频输入端，电感L0与电阻R0串联后接到VCC，电感L0、电阻R0的公共端为电压采样点X；故障判决模块在波道切换过程中，检测不同动作下电压采样点X的电压值，根据电压值判定谐波滤波单元的状态。

7.根据权利要求6所述的短波发射机谐波滤波单元状态预测方法，其特征在于，根据电压值判定谐波滤波单元的状态，具体如下：

针对第一波道切换至第六波道，第一波道包括输入端的继电器K2、输出端的继电器K1，继电器K2的触点3接入射频通路、触点4通过电阻R2接地；继电器K1的触点1接入射频通路、触点2通过电阻R1接地；第六波道包括输入端的继电器K12、输出端的继电器K11，继电器K12的触点5接入射频通路、触点6通过电阻R12接地；继电器K11的触点7接入射频通路、触点8通过电阻R11接地；

发射机切换波道动作前，故障判决模块检测电压采样点X的电压V1；然后控制继电器K1动作，由触点1切至触点2，待继电器稳定后检测电压采样点X的电压V2；采样后，驱动继电器K2由触点3切至触点4，驱动继电器K12动作由触点6切至触点5，待继电器稳定后检测电压采样点X的电压V3；采样后，驱动继电器K11由触点8切至触点7，待继电器稳定后检测电压采样点X的电压V4；

根据电压V1～V4，判定谐波滤波单元的状态：

当V1＝VCC时，第一波道开路；

当V1＝0、V2＝0时，第一波道对地短路或继电器K1触点粘接；

当V1＝0、

时，继电器K2触点粘接；

当V1＝0、

V3＝0时，第六波道对地短路；

当V1＝0、

V3＝VCC时，继电器K12触点不吸合或第六波道开路；

当V1＝0、

时，继电器K11触点不吸合；

当V1＝0、

V4＝0时，谐波滤波单元工作正常；

其中，Ra＝R1·R11/(R1+R11)；

其他波道之间切换时，谐波滤波单元的状态判定过程相同。

当短波发射机工作频点仍然为当前工作波段时，故障判决模块根据检测电压采样点X的电压V1判定谐波滤波单元的状态；

当V1＝VCC时，当前波段开路；

当V1＝0时，谐波滤波单元工作正常。

8.根据权利要求6所述的短波发射机谐波滤波单元状态预测方法，其特征在于，所述当继电器动作次数相对于继电器机械寿命总次数的占比达到设定阈值时，则给出更换继电器的维修建议，其中设定阈值为80％。

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