電機(jī)過(guò)熱、設(shè)備故障、數(shù)據(jù)紊亂 —— 這些電力系統(tǒng)的 "亞健康" 狀態(tài)，都指向同一個(gè)隱形威脅：諧波污染。

那什么是“諧波”呢？

諧波是一個(gè)在物理學(xué)、電學(xué)、工程學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域廣泛涉及的重要概念，其核心本質(zhì)與周期性信號(hào)的分解密切相關(guān)。

在電學(xué)領(lǐng)域諧波是指頻率為基波整數(shù)倍的周期性信號(hào)成分。當(dāng)一個(gè)周期性信號(hào)（如電壓、電流、機(jī)械振動(dòng)等）的波形不是理想正弦波時(shí)，就可分解為基波與一系列諧波的疊加。

法國(guó)數(shù)學(xué)家傅里葉證明：任何周期為 T 的函數(shù) f(t)，均可分解為一系列正弦和余弦函數(shù)的疊加

表達(dá)式為：

其中：

ω為基波角頻率，nω 為 n 次諧波的角頻率（n=1,2,3,…）

a0為直流分量（若信號(hào)含直流成分）

an和 bn為各次諧波的幅值系數(shù)，決定了各次諧波的強(qiáng)度。

諧波對(duì)電力系統(tǒng)、設(shè)備及周邊環(huán)境的影響廣泛且不容忽視

在電力設(shè)備方面
諧波電流會(huì)導(dǎo)致變壓器鐵芯磁滯及渦流損耗（鐵損）顯著增加，尤其高次諧波會(huì)使繞組集膚效應(yīng)加劇，銅損升高。長(zhǎng)期運(yùn)行可能導(dǎo)致變壓器過(guò)熱、絕緣老化，甚至燒毀，同時(shí)效率降低、壽命縮短。

在電子通信領(lǐng)域

高頻諧波會(huì)通過(guò)電磁輻射或傳導(dǎo)，干擾附近的通信線路（如電話、網(wǎng)絡(luò)電纜），導(dǎo)致信號(hào)失真、數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤，甚至中斷通信。

除了在電力方面，諧波在射頻應(yīng)用中也是非常重要的存在，是射頻系統(tǒng)非線性特性的直接體現(xiàn)。理想的線性系統(tǒng)僅對(duì)信號(hào)進(jìn)行幅度 / 相位的線性變換，不會(huì)產(chǎn)生新頻率成分；但實(shí)際應(yīng)用中，有源器件（比如功率放大器、混頻器）的非線性伏安特性、無(wú)源器件（比如濾波器、天線）的非線性響應(yīng)，都會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真，從而產(chǎn)生諧波。因此，諧波的強(qiáng)度直接反映系統(tǒng)的線性度水平，是評(píng)估射頻設(shè)備設(shè)計(jì)合理性的核心指標(biāo)之一。

諧波的影響主要以負(fù)面為主，核心是對(duì)射頻系統(tǒng)自身及周邊環(huán)境造成干擾與性能劣化。主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面

1、造成頻譜污染與鄰道干擾

諧波頻率可能落入其他通信系統(tǒng)的工作頻段，導(dǎo)致 “越界干擾”。例如：

5G 基站（3GHz）的二次諧波（7GHz）可能干擾衛(wèi)星通信（6-8GHz 頻段）；

FM 廣播（88-108MHz）的三次諧波（264-324MHz）可能干擾航空通信（225-380MHz）。
此類(lèi)干擾會(huì)直接導(dǎo)致受擾系統(tǒng)通信中斷、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，甚至引發(fā)安全隱患。

2、通信質(zhì)量劣化

接收端可能誤將強(qiáng)諧波信號(hào)識(shí)別為有用信號(hào)，導(dǎo)致解調(diào)錯(cuò)誤、信噪比下降。

在雷達(dá)、衛(wèi)星通信等精密系統(tǒng)中，諧波會(huì)降低靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍，縮短探測(cè)距離以及降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/span>

3、設(shè)備兼容性問(wèn)題

諧波會(huì)破壞多系統(tǒng)共存的電磁環(huán)境。

比如工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的諧波可能會(huì)對(duì)工廠內(nèi)的傳感器網(wǎng)絡(luò)造成干擾，導(dǎo)致生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集錯(cuò)誤。

所以針對(duì)諧波的這些負(fù)面影響，就要做出相對(duì)應(yīng)的控制手段，而控制的核心就是如何檢測(cè)并分析出諧波的成分了，具體包括：

1、合規(guī)性驗(yàn)證：各國(guó)監(jiān)管機(jī)構(gòu)（如 FCC、ETSI）對(duì)射頻設(shè)備的諧波輻射有嚴(yán)格限制（如二次諧波抑制需≥-30dBc），測(cè)試是產(chǎn)品上市的強(qiáng)制要求；

2、性能評(píng)估：通過(guò)諧波強(qiáng)度或諧波抑制比，評(píng)估設(shè)備線性度，指導(dǎo)設(shè)計(jì)優(yōu)化（比如是否需要線性化技術(shù)：預(yù)失真、反饋等）；

3、干擾排查：定位系統(tǒng)內(nèi)/系統(tǒng)間的干擾源（如某頻段受到干擾是否源于另一設(shè)備的諧波）

4、可靠性保障：避免諧波導(dǎo)致的設(shè)備過(guò)熱、壽命縮短等問(wèn)題。

諧波在時(shí)域上表現(xiàn)為非正弦性，也就是純基波的波形是光滑對(duì)稱(chēng)的正弦曲線；含諧波時(shí)，波形會(huì)偏離正弦，出現(xiàn) “棱角”“毛刺” 或 “不對(duì)稱(chēng)”。而在頻域，通過(guò)傅里葉變換將時(shí)域信號(hào)分解為不同頻率的正弦分量，直接揭示了各次諧波的 “單獨(dú)特征”（頻率和幅值）。

我們利用頻譜分析儀來(lái)實(shí)測(cè)一下，以便加深對(duì)諧波的印象

1、首先查看頻譜分析儀的頻率范圍以及動(dòng)態(tài)范圍，確保能涵蓋被測(cè)信號(hào)的頻率和功率值；比如這臺(tái)海得頻譜的頻率范圍在9kHz~20GHz，動(dòng)態(tài)范圍在被測(cè)信號(hào)≤50MHz時(shí)，最大10dBm；被測(cè)信號(hào)＞50MHz時(shí)，最大23dBm；同時(shí)海得頻譜儀擁有超快的掃描速度，在低RBW下仍然能保持快速掃描，小RBW下可以獲取更到的動(dòng)態(tài)范圍，保證同時(shí)測(cè)量到高功率基波信號(hào)與小信號(hào)諧波

2、利用信號(hào)源模擬一個(gè)正弦波信號(hào)，其頻率和幅度設(shè)置到頻譜分析儀的要求內(nèi)，比如輸出一個(gè)1MHz，0dBm的信號(hào)；要注意一點(diǎn)，頻譜儀的輸入接口大都是50Ω，所以我們信號(hào)源輸出的時(shí)候要注意做好阻抗匹配

3、頻譜儀上設(shè)置好中心頻率和掃寬，中心頻率可以根據(jù)諧波次數(shù)和基波頻率套用這個(gè)公式：

(f0+nf0)/2）（f0為基波頻率，n為諧波次數(shù)）

確保基波和高次諧波均在顯示范圍內(nèi)。

比如我們測(cè)試的是1MHz信號(hào)，看5次諧波，中心頻率就可以設(shè)置為3MHz，掃寬設(shè)置為5MHz

4、調(diào)整頻譜分析儀前端的衰減值和參考電平，若功率較小，為降低底噪，可以打開(kāi)預(yù)防；

5、設(shè)置頻譜分析儀的檢波方式為采樣，設(shè)置跡線為平均，平均數(shù)默認(rèn)100即可；

6、設(shè)置分辨率RBW為1kHz，VBW自動(dòng)即可；

7、設(shè)置光標(biāo)點(diǎn)，啟用參考1、2、3，分別將頻率設(shè)置為基波1MHz、二次諧波2MHz以及三次諧波3MHz

8、記錄各諧波的幅度（dBm），計(jì)算其相對(duì)于基波的比值：

差值幅度（dBc）=諧波幅度（dBm）?基波幅度（dBm）