民航甚高频通信互调干扰分析及其预防

摘要 伴随着民航事业突飞猛进的发展,飞行流量持续不断的增加,对管制部门的要求越来越高,对甚高频通信质量的要求也不断提高。甚高频(VHF)地对空通信是民航空管系统进行空中管制的重要手段,由于民航空中管制甚高频通信设备的大量使用以及频点的增加。另外,随着经济的高速发展,周边电磁环境也变得日益复杂,诸如手机信号、无线网络信号、电台信号等充斥着天空,无线电干扰问题不断凸现,而且呈越来越严重的态势,特别是互调干扰已经成为危及航空通信安全的重要因素。本文将分析互调干扰形成的机理以及提出如何减少互调干扰所应采取的措施。 

关键词 VHF通信;干扰;预防;安全

中图分类号V355.1,V243.1文献标识码A文章编号 1674-6708(2010)25-0228-02

1 概述 

无线电干扰是指在无线电通信过程中发生的,由一种或多种发射、辐射、感应或组合所产生的无用能量,它对无线电通信系统的发射端或者接收端产生影响,通过直接耦合或间接耦合方式进入接收设备信道或系统的电磁能量,它可以导致无线电通信性能下降、质量恶化,严重的造成通信断续甚至中断。 

无线电干扰一般分为同信道干扰、互调干扰、邻道干扰、带外干扰、杂散辐射干扰、阻塞干扰和来自非无线电设备的干扰这7大类,其中,互调干扰是无线电通信中最严重的干扰之一。互调干扰是指当两个或两个以上的频率信号同时进入收发信机时,由于电路的非线性而产生第三个频率Fx,当Fx正好落入某个信道的工作频段中,则该信道将受到干扰。 

2 互调干扰的形成及分类

在VHF地空通信中,互调干扰是造成地对空通信质量下降的主要干扰之一,对其进行深入的研究对于减小、防护互调干扰,提高通信质量具有重要的意义。

2.1 互调干扰的形成

我们知道任何一个线性系统都存在非线性。三阶互调是指当两个信号或多个信号在一个线性系统中,由于非线性因素的存在使某个信号的二次谐波与另一个信号的基频混频后所产生的寄生信号。比如Fl的二次谐波是2F1,它与F2产生了寄生信号2Fl±F2。由于某个信号是二次谐波(二阶信号),另一个信号是基频信号(一阶信号),它们合成为三阶信号。其中2Fl±F2被称为三阶互调信号,它是在调制过程中产生的,所以这个新产生的信号称为三阶互调失真信号,而产生这个信号的过程称为三阶互调失真。由于Fl、F2信号在频谱上一般相距比较近,也造成2Fl-F2、2F2-F1与原来的基带信号Fl、F2比较靠近,这样会干扰到原来的基带信号Fl、F2,这就是三阶互调干扰。而2Fl+F2、2F2+F1 由于与Fl、F2相距较远,它们都可以被回路滤除,一般不作考虑。当情况比较复杂时,如有三个信号Fl、F2、F3在一个线性系统中,他们除了产生上面所说的三阶互调外,还将产生三阶互调F1+F2-F3、F1+F3-F2、F2+F3-F1。当然,在这个过程中也会出现更高阶的互调干扰,例如,五阶互调干扰、七阶互调干扰等,但是由于随着阶数的提高信号的强度迅速锐减,干扰造成的影响也就较为轻微,因此我们就一般不考虑更高阶的互调干扰。

从两个或三个不同频率的发射信号入手,通过对这些信号在经过非线性电路后所产生的相应进行幂级数展开(过程从略),我们可以得知两信号和三信号的三阶互调产物是造成互调干扰的主要方面。

甚高频(VHF)地对空通信是民航空管系统进行空域管制的重要手段,系统中多数采用的是多信道工作方式,信道之间的间隔相对比较窄,我国采用25KHz的间隔。由于民航VHF地空通信使用频段从118~136.975MHz,信道间隔与信道载频相比之下很小,所以各信道载频相差不多,基本上都属于同一级别。因此,在这种情况下,产生三阶互调的干扰频率源应主要是VHF地空通信系统中的多信道频率。假设有多个等间隔信道时,则三阶互调干扰产生的条件为:

式中fa、fb、fc、fd分别是a、b、c、d信道的载频。可以看出,在组网时若有三个信道频率满足式(1),或两个信道频率满足式(2),就会产生三阶互调干扰。

2.2 互调干扰的分类及产生原因

在VHF地空通信中,产生互调干扰主要有三种,发射机互调、接收机互调及外部效应引起的互调。这里重点讨论前两种互调干扰。在发射机的末端,由于功率放大器的非线性,把侵入的其它干扰信号与有用的发射信号产生相互调制而形成的一种干扰,称为发射机的互调干扰。处于互调关系的两个或两个以上的无线电信号同时被一个接收机接收,由于接收机高频放大器或混频器的非线性变换而发生相互调制,称为接收机的互调干扰。

3 互调干扰的危害

互调干扰不仅影响通话质量,严重的时候会造成信号严重失真,致使空中交通管制人员与飞行人员通话困难甚至联络不上,严重干扰民航地空通信系统的正常运转,直接影响到飞行安全。

3.1 对发射机的危害

当发信机调试好后,它的工作频率f0处在输出电路的最佳谐振点上。这时电路的电流应是最小。反之,电路工作失谐,元件发热严重,大大增加发信机的故障率,缩短其使用寿命。

3.2 降低有效功率

由于发射功率是频谱能量的积分,所以,功率计测出来的功率是有效主频

f0功率和无用的互调产物功率总和。例如,功率计显示110W,有可能实际主频的功率仅有85W,其余25W是互调产物的功率以及谐波分量之功率。所以,如果互调产物的功率增大,势必降低了发射机的效率。

3.3 扰乱空间电磁波秩序

互调产物也是由发射机发出的射频能量信号,该信号与另一台发射机再次互调,还会产生另一个互调产物。所以,在发射机多的台站上空,有许许多多无序频谱能量,有的人称之为背景噪声。这些信号,与其它差转接收机频率相同的概率非常之大,引起空间电磁波秩序紊乱。

4 互调干扰防护措施

互调干扰的危害是显而易见的,我们应该想方设法的去使它的危害降到最低,下面就各种互调提出减小互调干扰应采取的措施:

4.1 减小发射机互调干扰的措施

发射机信号受到干扰或其它发射信号的侵入,通过末级功放等非线性处理而

产生互调,通过天线发送出去成为互调干扰。因此,降低发射机互调干扰措施主要有:

1)改善发射机与天线馈线的匹配。

2)改善发射机末级功放的性能,提高其线性动态范围。

3)在民航VHF通信中,甚高频设备大多采用共用天线系统,各发射机与天线间可入单向隔离器或单向隔离器与腔体滤波器的组合器件。隔离器正向损耗非常小,大约0.4~0.6dB,反向对信号的衰减却很大,一般在20MHz带宽内,衰减达-25dB以上。因此,隔离器可以有效防止外界干扰信号进入发射机,起到抑制互调产物的作用。

4)在台站规划建设时,根据互调干扰产生的条件选用无三阶互调工作频率组。

4.2 减小接收机互调干扰的措施

在VHF地对空通信系统中,接收机互调有机载接收机互调和地面VHF地空通信台站接收机互调两种方式。为减少接收机的互调干扰,可以采取以下措施:

1)减小接收机射频非线性来改善接收机互调指标,采用具有接近于理想平方律特性的器件如结型场效应管和双栅场效应管。

2)在收机输入回路应有良好的选择性,如采用多级调谐回路,以减少进入高放的强干扰;接收机前端插入滤波器或双滤波器,衰减掉干扰信号,改善互调性能。

3)在接收机的前端加人衰减器,以减小互调干扰。

4.3 减小外部效应引起互调的措施

如果发信机的高频滤波器、射频避雷器及天线馈线等插接件接触不良,或者发信机天线螺栓等金属构件有锈蚀,会存在非线性作用而出现的互调现象,这是由外部效应引起的互调现象。只要采用适当措施,如保证插接部位接触良好,并用良好的涂料防止金属构件锈蚀,便可以避免。

4.4 关闭干扰源

随着经济的发展,周边电磁环境也变得日益复杂,在无线电监测中不时能听到电台干扰信号。采用监听和分析测向定位两种手段找出干扰源,关闭非法电台。

5 结论

民航甚高频互调干扰在无线电通信中时有发生,互调干扰带来的危害是严重的,但在了解了互调干扰形成的机理后,我们可以在做台站规划的时候合理分配各信道的频率,设备安装时采取各种适当措施,最大程度的避免互调干扰的形成,减小互调干扰造成的影响,以保障航空飞行安全。

参考文献

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