民用飛機甚高頻通信距離探索

◎涂喜梅

民用飛機甚高頻通信距離探索

◎涂喜梅

通信距離是民用飛機甚高頻通信系統的重要性能指標之一，本文從甚高頻通信距離的傳輸特性入手，對影響甚高頻通信距離因素進行分析，提出提高通信距離的解決途徑。

當前民用飛機通信主要通過高頻、甚高頻及衛星通信三種方式完成，由于高頻通信受電離層的影響較大無法保證其話音的通信質量、衛星通信又具有通話信號傳播延遲、回波干擾及費用高等缺點不能被用戶接受；因此，甚高頻通信是被廣泛運用的航空通信方式。由于甚高頻通信具有傳輸信號損耗及視距通信的特點，因此通信距離短。本文通過分析影響甚高頻通信距離的因素，總結出提高甚高頻通信距離的途徑。

甚高頻通信的傳輸特性

民用飛機甚高頻通信頻段范圍是117.975MHz - 137.000 MHz，由于其通信頻率較高，發射天線發射的電磁波將會穿透電離層不能被電離層反射到地面，電磁波的主要傳播方式有直射波、沿地面傳輸的地面波和反射波，其傳播形式見圖1。由于地面對甚高頻電磁波的衰減大，地面波在離發射天線數公里外的信號就很弱。因此，甚高頻通信主要是依靠空間直射波進行視距通信。

圖1 甚高頻電磁波傳播形式

影響甚高頻通信距離因素

傳播路徑損耗。甚高頻電磁波在傳播過程中存在傳輸路徑損耗，對于不同頻率的甚高頻信號其在傳輸路徑中的損耗也不同。自由空間電磁波傳輸損耗為：

(LO為自由空間電磁波傳輸損耗，f為電磁波的載波頻率，d為收、發天線之間的距離)

電磁波在實際傳輸過程中的傳輸損耗Lb：

（GT發射天線增益，GL接收天線增益，CT接收機至天線電纜損耗，CL發射機至天線電纜損耗，PF衰減余度，PT為發射功率，PL為接收靈敏度。）

從（1）（2）可以得出甚高頻通信距離受電臺的發射功率，接收靈敏度，收、發天線增益，電纜衰減及傳輸載波頻率等因素的影響。

視線距離通信。甚高頻通信具有視距通信的特性，地球自身存在對發射天線和接收天線之間電磁波的遮擋。假設發射天線的高度為HT，接收天線的高度為HR，根據幾何原理如圖2所示：

圖2 視線距離通信幾何圖

當地球半徑R= 6.371×106m時，可推算出甚高頻通信的視距通信距離d為：

當考慮大氣對甚高頻電磁波散射時，通信距離將增加到：

從公式（4）可以得出，甚高頻的通信距離受收、發天線的高度影響。

甚高頻通信距離計算實例

假如兩部甚高頻電臺工作頻段為117.975MHz - 137.000 MHz，飛行高度10000 m，塔臺天線高度20m，地面塔臺發射功率50W（46.98 dBm），接收靈敏度1.5μV（-103.37 dBm），天線增益為2dBi，電纜損耗為3dB。機載電臺發射功率25W（43.98 dBm），接收靈敏度2μV（-100.97 dBm），天線增益為-2.15 dBi，電纜損耗為3dB。為了建立穩定可靠的通信聯系，比較準確地估算實際通信距離，在傳播路徑損耗模型中增加系統的衰減余量PF=6dB。

根據公式（4）可得在上述條件下的甚高頻視距通信距離d為：

當語音信號從飛機傳輸到地面塔臺，根據公式（2）可得出載波為137MHz時的通信距離：

得出d=1002km

當語音信號從地面塔臺傳輸到飛機，根據公式（2）可得在上述條件下，甚高頻電磁波在自由空間傳輸距離為：

得出d=1073km

綜合(5)，(6)，(7)，在上述條件下甚高頻電臺的地空最大通信距離為430km。

提高甚高頻通信距離途徑

通過對影響甚高頻通信距離因素分析，可以通過以下途徑提高甚高頻通信距離：

a)提高飛機的飛行高度及地面天線高度；

b)增加甚高頻電臺的發射功率。增加電臺發射功率是改善通信距離的有效途徑之一，但大功率的電臺同時會給飛機帶來電磁兼容方面的不利影響；

c)提高甚高頻電臺的接收靈敏度。提高電臺靈敏度也是改善甚高頻通信距離有效途徑之一，但飛機的電磁環境易給甚高頻電臺帶來電磁干擾；

d)提高天線的增益。主要通過提高天線自身的增益；另外，還可通過一些措施保證天線裝機后天線增益。主要措施有：將天線安裝在金屬結構部位，增加機身對電磁波的反射，并保證天線與結構搭接電阻不大于2.5mΩ；

e)減小電纜衰減。甚高頻收發機的安裝位置應盡量靠近天線，射頻電纜的敷設路徑應盡量短，以最終達到減小同軸電纜長度的目的；同時，還可考慮選用低損耗的電纜型號來減小電纜對信號的損耗；

f)減小甚高頻系統駐波比。包括天線駐波比和電纜組件駐波比。主要措施有選用駐波比小的天線，天線、同軸電纜組件的阻抗必須匹配，同軸電纜的結構尺寸與連接器的尺寸應匹配等方法，以最終達到減小駐波比的目的。

本文通過對甚高頻通信的傳輸特性入手，對甚高頻通信過程中存在的信號衰減及遮擋進行分析，歸納了影響通信距離的主要關鍵因素，并對提高甚高頻通信距離提供了一些科學有效的解決方法。可用于優化甚高頻通信系統設計、解決通信距離估算及通信距離不夠等問題。

（作者單位：上海飛機設計研究院）