民用飛機(jī)甚高頻通信距離探索

◎涂喜梅

民用飛機(jī)甚高頻通信距離探索

◎涂喜梅

通信距離是民用飛機(jī)甚高頻通信系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)之一，本文從甚高頻通信距離的傳輸特性入手，對(duì)影響甚高頻通信距離因素進(jìn)行分析，提出提高通信距離的解決途徑。

當(dāng)前民用飛機(jī)通信主要通過(guò)高頻、甚高頻及衛(wèi)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(wú)法保證其話音的通信質(zhì)量、衛(wèi)星通信又具有通話信號(hào)傳播延遲、回波干擾及費(fèi)用高等缺點(diǎn)不能被用戶接受；因此，甚高頻通信是被廣泛運(yùn)用的航空通信方式。由于甚高頻通信具有傳輸信號(hào)損耗及視距通信的特點(diǎn)，因此通信距離短。本文通過(guò)分析影響甚高頻通信距離的因素，總結(jié)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(jī)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(fā)射天線發(fā)射的電磁波將會(huì)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?zhèn)鬏數(shù)牡孛娌ê头瓷洳ǎ鋫鞑バ问揭?jiàn)圖1。由于地面對(duì)甚高頻電磁波的衰減大，地面波在離發(fā)射天線數(shù)公里外的信號(hào)就很弱。因此，甚高頻通信主要是依靠空間直射波進(jìn)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(guò)程中存在傳輸路徑損耗，對(duì)于不同頻率的甚高頻信號(hào)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(fā)天線之間的距離)

電磁波在實(shí)際傳輸過(guò)程中的傳輸損耗Lb：

（GT發(fā)射天線增益，GL接收天線增益，CT接收機(jī)至天線電纜損耗，CL發(fā)射機(jī)至天線電纜損耗，PF衰減余度，PT為發(fā)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(tái)的發(fā)射功率，接收靈敏度，收、發(fā)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(duì)發(fā)射天線和接收天線之間電磁波的遮擋。假設(shè)發(fā)射天線的高度為HT，接收天線的高度為HR，根據(jù)幾何原理如圖2所示：

圖2 視線距離通信幾何圖

當(dāng)?shù)厍虬霃絉= 6.371×106m時(shí)，可推算出甚高頻通信的視距通信距離d為：

當(dāng)考慮大氣對(duì)甚高頻電磁波散射時(shí)，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(fā)天線的高度影響。

甚高頻通信距離計(jì)算實(shí)例

假如兩部甚高頻電臺(tái)工作頻段為117.975MHz - 137.000 MHz，飛行高度10000 m，塔臺(tái)天線高度20m，地面塔臺(tái)發(fā)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(jī)載電臺(tái)發(fā)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(wěn)定可靠的通信聯(lián)系，比較準(zhǔn)確地估算實(shí)際通信距離，在傳播路徑損耗模型中增加系統(tǒng)的衰減余量PF=6dB。

根據(jù)公式（4）可得在上述條件下的甚高頻視距通信距離d為：

當(dāng)語(yǔ)音信號(hào)從飛機(jī)傳輸?shù)降孛嫠_(tái)，根據(jù)公式（2）可得出載波為137MHz時(shí)的通信距離：

得出d=1002km

當(dāng)語(yǔ)音信號(hào)從地面塔臺(tái)傳輸?shù)斤w機(jī)，根據(jù)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(tái)的地空最大通信距離為430km。

提高甚高頻通信距離途徑

通過(guò)對(duì)影響甚高頻通信距離因素分析，可以通過(guò)以下途徑提高甚高頻通信距離：

a)提高飛機(jī)的飛行高度及地面天線高度；

b)增加甚高頻電臺(tái)的發(fā)射功率。增加電臺(tái)發(fā)射功率是改善通信距離的有效途徑之一，但大功率的電臺(tái)同時(shí)會(huì)給飛機(jī)帶來(lái)電磁兼容方面的不利影響；

c)提高甚高頻電臺(tái)的接收靈敏度。提高電臺(tái)靈敏度也是改善甚高頻通信距離有效途徑之一，但飛機(jī)的電磁環(huán)境易給甚高頻電臺(tái)帶來(lái)電磁干擾；

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

e)減小電纜衰減。甚高頻收發(fā)機(jī)的安裝位置應(yīng)盡量靠近天線，射頻電纜的敷設(shè)路徑應(yīng)盡量短，以最終達(dá)到減小同軸電纜長(zhǎng)度的目的；同時(shí)，還可考慮選用低損耗的電纜型號(hào)來(lái)減小電纜對(duì)信號(hào)的損耗；

f)減小甚高頻系統(tǒng)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(jié)構(gòu)尺寸與連接器的尺寸應(yīng)匹配等方法，以最終達(dá)到減小駐波比的目的。

本文通過(guò)對(duì)甚高頻通信的傳輸特性入手，對(duì)甚高頻通信過(guò)程中存在的信號(hào)衰減及遮擋進(jìn)行分析，歸納了影響通信距離的主要關(guān)鍵因素，并對(duì)提高甚高頻通信距離提供了一些科學(xué)有效的解決方法。可用于優(yōu)化甚高頻通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、解決通信距離估算及通信距離不夠等問(wèn)題。

（作者單位：上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院）