調頻廣播與航空無線電業(yè)務B1類干擾分析方法

海 霞，劉曉蓉

（國家新聞出版廣電總局 廣播科學研究院，北京 100866）

調頻廣播與航空無線電業(yè)務B1類干擾分析方法

海 霞，劉曉蓉

（國家新聞出版廣電總局 廣播科學研究院，北京 100866）

描述了調頻廣播與航空導航業(yè)務之間干擾的現狀、產生原因及電磁兼容分析的研究情況。以國際電聯ITU-R SM.1009-1建議書為理論基礎，介紹了B1類干擾的定義及產生機理，根據建議書提供的B1類干擾兼容性評估標準及通用估算方法，提出了B1類干擾最大防護距離及等值線的兼容分析方法，并給出了用該方法進行B1類干擾分析的詳細步驟和流程，分析人員可根據等值線對B1類可能的干擾區(qū)域進行預測。

B1類干擾；防護距離；等值線

87～108MHz頻段的調頻廣播業(yè)務[1]與108～137MHz頻段的民用航空無線電業(yè)務[2-3]使用的頻段相鄰，兩個相鄰頻段會產生干擾問題；同時，因調頻廣播發(fā)射臺站天線架設位置高、發(fā)射功率大，發(fā)射天線多采用多頻共塔形式等原因，會導致廣播信號頻率產生的互調產物或帶外輻射無用分量落在航空無線電專用頻段內對航空無線電業(yè)務造成干擾。

近幾年，一方面我國調頻廣播無線臺站總量不斷增加、調頻廣播頻率需求不斷增長，另一方面民用航空事業(yè)也在迅速發(fā)展，新建機場、新增航線越來越多，航班越來越密集，航空無線電頻率復用程度越來越高，加之進一步加大了調頻廣播業(yè)務對航空無線電業(yè)務干擾的幾率，調頻廣播對航空導航、通信等航空無線電業(yè)務的干擾問題日益嚴重。如何預防兩種業(yè)務間的互干擾，如何在兩個部門進行頻率規(guī)劃初期進行兼容性分析預測來避免干擾，已經成為兩個部門相關研究機構必須重視的問題。

國際電聯在1995年制定了ITU-RSM.1009-1建議書[4]，即《87～108MHz附近頻段語音廣播業(yè)務與108～ 137MHz頻段航空業(yè)務之間的兼容性》，我國民用航空部門也在1994年制定了GJBz2081—1994[5]，即《87～108MHz頻段廣播業(yè)務和108～137MHz頻段航空業(yè)務之間的兼容》和GB6364—1986，即《航空無線電導航臺站電磁環(huán)境要求》等相關標準。這些標準和建議書對調頻廣播業(yè)務與航空無線電業(yè)務間的兼容性分析提供了指導和依據，本文的相關研究都是參照以上建議書和標準進行的。

1 B類干擾的定義

B類干擾是因帶外調頻信號落在航空機載接收設備產生的干擾，按照性質不同可分為B1和B2類兩個子類。

B1類干擾是航空頻段以外的廣播信號作用于航空接收機，使得航空接收機變?yōu)榉蔷€性狀態(tài)從而產生互調干擾。要產生這種干擾，至少需要出現兩個廣播信號，它們應有一定的頻率關系，且在非線性過程中，能夠在航空接收機使用的有用射頻信道上產生互調產物。其中一個廣播信號必須有超過啟動值的振幅，使接收機進入非線性區(qū)域，其他信號必須超過截止值，滿足這樣的條件即有可能產生B1類干擾。

廣播信號頻率應滿足的制約關系為（只考慮三階互調產物）

式中：fintermod為互調產物頻率（單位MHz）；f1，f2，f3為廣播頻率（單位MHz），且 f1≥f2＞f3。

B2類干擾是當航空接收機的射頻部分被一個或多個廣播發(fā)射變?yōu)檫^載狀態(tài)時，使航空接收機靈敏度降低，這種情況稱之為B2類干擾。

2 B類干擾兼容性估算公式

在進行B類干擾兼容性分析時，根據干擾形成的機理首先計算廣播信號在航空接收機輸入端功率電平，然后將計算出的廣播信號功率帶入干擾兼容性公式進行計算比較，如果滿足兼容性公式，則說明存在干擾的可能，再進行深入分析。國際電聯1009建議書給出的B類干擾的兼容性估算公式為

式中：A(fi)=20lg[ ] max(0.4,108.1-fi)/0.4，fi為第i個廣播信號的頻率（MHz）；N1，N2，N3為航空接收機輸入端頻率為f1，f2和f3的廣播信號電平（dBm）；K=78（ILS和VOR）；Lc為有用信號電平變化的修正因子（dB），且Lc=Nuse-Nref，其中，Nuse為航空接收機輸入端儀表著陸系統(tǒng)（InstrumentLandingSystem，ILS）臺站信號電平（dBm），Nref為航空接收機輸入端ILS臺站信號的參考電平（dBm），ILS值為-86dBm；S為考慮到ICAO附件10的接收機抗擾度標準公式并未提供全面的兼容性評估公式，特留出3dB的容限。

3 B1類干擾的最大防護距離

如果每一個點都帶入兼容性公式（2）進行比較，顯然分析過程繁瑣、計算復雜，不適于整個服務區(qū)域大范圍或多個臺站的批量分析計算。國際電聯1009建議書對于B類干擾的判定條件除了兼容性公式，還有啟動值和截止值，即在滿足兼容性公式的同時，還要進一步滿足引發(fā)干擾的2個或3個調頻廣播信號在航空接收機輸入端電平都要大于截止值，且至少1個廣播信號電平大于啟動值。由此，根據上述公式及B1類干擾產生的必要條件，總結、推導出了最大防護距離，可以認為在最大防護距離之外的廣播電臺一定不能對航空無線電業(yè)務的相關臺站形成B1類干擾，僅需要對最大防護距離之內的廣播電臺進一步計算篩選，這樣可以縮小參與計算分析的調頻廣播電臺的數量，提高計算效率，優(yōu)化算法。

因為調頻廣播在航空無線電頻段產生的B類干擾中，B1類干擾存在的區(qū)域最廣泛，干擾機理及判決標準分析也最復雜，故本文以ILS臺站和ICAO附件101998接收機為例來進行說明。

最大防護距離的推導步驟如下：

根據國際電聯1009建議書截止值公式，即

式中：f為廣播頻率（單位為MHz）。

考慮的調頻廣播頻率范圍是87～108MHz和lg函數等的特性可推出：對不同頻率的廣播電臺，都有NCut-off≥-66dBm。國際電聯1009建議書規(guī)定航空接收機輸入端廣播信號電平需都達到截止值才可能引起B(yǎng)1類干擾，因此航空接收機輸入端廣播信號電平小于-66dBm的，一定不存在B1類干擾。

根據廣播信號電平計算公式，即

式中：NFM為在航空接收機輸入端的廣播信號電平（dBm）；EFM為廣播信號的場強（dB（μV/m））；Ls為信號分支器損耗，取值為3.5dB；L（f）為低于108MHz的廣播頻率天線系統(tǒng)頻率相關損耗，取值為L（f）=（108-f）× 1.2dB；La為9dB的天線系統(tǒng)固定損耗。

將L（f）帶入可得航空接收機輸入端廣播信號電平為

將式（5）變形導出廣播信號場強推算公式為

根據上面的分析，如果航空接收機輸入端廣播信號場強小于截止值，則不存在干擾，把截止值-66dBm帶入式（6）可得

為保證可能一起干擾的臺站不被漏掉，這里調頻廣播的頻率f取最大值108MHz，可得

根據調頻廣播的自由空間場強計算公式

得到測試點與廣播電臺之間的傾斜路徑距離為

式中：P為廣播電臺的最大erp（單位為dBW）。

將式（8）和（10）合并得防護距離公式為

目前我國調頻廣播的最大功率一般為10kW（40dBW），故推導出最大防護距離為

4 B1類干擾等值線計算及仿真

通過防護距離將參與計算分析的調頻廣播臺站進行了篩選，下一步需對篩選出的臺站進行精確分析，計算其啟動值和截止值并畫出干擾等值線。設Nm為B1類干擾的啟動值或截止值的等值線功率電平，由式（6）和（10）可得相應的等值線為

由式（3）和（13）得截止值等值線為

三信號情況下啟動值為

對ILS接收機，最低有效場強為Euse=32dB（dBμV/m)，最低有效電平為Nuse=-98.5（dBm），根據式（13）和（15），最低有效電平的啟動值等值線為

圖1、圖2分別給出了發(fā)射功率為20dBW時，88～108MHz調頻廣播電臺的啟動值和截止值等值線曲線。可見，同一廣播電臺的截止值等值線要高于啟動值等值線，且都隨著頻率的減小而減小。

圖1 20dBW發(fā)射功率廣播電臺截止值等值線

圖2 20dBW發(fā)射功率廣播電臺啟動值等值線

圖3顯示了三信號情況下，B1類干擾預測區(qū)域。圖中的2塊可能存在互調干擾的區(qū)域包含在1個廣播臺的啟動值等值線之內，同時包含在另外2個廣播臺的截止值等值線之內。可以認為在這2塊區(qū)域之外一定不會存在B1類干擾，而區(qū)域內的測試點是否存在B1類干擾，仍需按照式（2）進一步判斷。

圖3 三信號時B1類干擾預測區(qū)域

5 B1類干擾判斷計算流程

以三信號為例，廣播業(yè)務對航向信標臺的B1類干擾判斷流程如下：

1）選擇測試點或用戶輸入測試點地理信息。

2）根據測試點坐標計算測試點與航空臺站之間的傾斜路徑距離d。

4）根據最大防護距離式（12）篩選FM廣播臺站。以測試點位置為圓心，防護距離為半徑畫圓，初步確定防護范圍。利用地理信息處理技術，找出位置在防護范圍內的FM發(fā)射機，并對這些臺站進行標記，記錄其運行頻率及功率。

5）計算防護范圍內FM發(fā)射機到測試點的傾斜路徑距離d、場強E及功率N。

6）根據截止值，進一步篩選出大于截止值的FM發(fā)射機。

7）對篩選出來的的FM發(fā)射機根據式（1）進行頻率匹配。

8）根據式（2）進行干擾判斷。

9）確定可能引起干擾后，算出可能引起干擾的調頻臺的啟動值。

10）比較調頻廣播臺站的電平與啟動值，滿足條件則認為存在有干擾。

6 總結

本文詳細介紹了B1類干擾最大防護距離的推導過程和等值線的計算方法，通過最大防護距離的計算縮小了參與干擾計算的廣播電臺的數量，提供了預測效率，利用等值線對可能的干擾區(qū)域進行了預測分析。最后給出了已經成功應用于電磁兼容軟件的開發(fā)B1類干擾判斷計算的實現流程。

[1]全國廣播電視標準化委員會.GB/T4311—2000，米波調頻廣播技術規(guī)范[S].2001.

[2] 中國民用航空科學技術研究中心.MH/T4006.1—1998，航空無線電導航設備第1部分：儀表著陸系統(tǒng)（ILS）技術要求[S].1998.

[3] 中國民用航空科學技術研究中心.MH/T4006.2—1998，航空無線電導航設備第2部分：甚高頻全向信標（VOR）技術要求[S]. 1998.

[4] ITU-R SM.1009-1，Compatibility between the sound-broadcast?ing service in the band of about 87～108 MHz and the aeronauti?cal services in the band 108～137 MHz：report of ITU-R1SG5 [R].Geneva：ITUPress，1995.

[5]國防科學技術工業(yè)委員會.GJBz2081—1994，87～108MHz頻段廣播業(yè)務和108～137MHz頻段航空業(yè)務之間的兼容[S].1994.

Compatibility Analysis Method of Type B1 Interference Between FM Broadcasting Services and Aeronautical Services

HAIXia，LIUXiaorong
（Academy of Broadcasting Science,SARFT,Beijing100866,China）

The reason of the interference between the FM broadcasting services and the aeronautical services is described in this paper, and its current research, present situation and so on are also described. Taking ITU-R SM.1009-1 recommendation as a theoretical basis, the principle and the compatibility analysis method of type B1 interference between the FM broadcasting services and the aeronautical services is introduced. Finally' the calculation method with maximum protective distance and level curve to analysis type B1 interference are proposed.

typeB1interference;protective distance;level curve

TN934

A

海 霞（1978—），女，本科，主研頻率規(guī)劃；劉曉蓉（1963—），女，本科，主研頻率規(guī)劃。

?? 京

2013-08-20

【本文獻信息】海霞，劉曉蓉.調頻廣播與航空無線電業(yè)務B1類干擾分析方法[J].電視技術，2014，38（2）.