甚高頻天線共用系統(tǒng)內(nèi)部互調(diào)的產(chǎn)生和預(yù)防

摘 要：近年來(lái)，由于空管業(yè)務(wù)的快速增長(zhǎng)，管制扇區(qū)不斷增加，配套使用的地空通信甚高頻設(shè)備和頻率也不斷的增加，電磁環(huán)境不斷惡化，許多系統(tǒng)內(nèi)干擾逐漸浮現(xiàn)。本文通過(guò)一起互調(diào)干擾的排查，提出甚高頻臺(tái)站建設(shè)、維護(hù)的建議。

關(guān)鍵詞：甚高頻；天線；互調(diào)干擾

中圖分類號(hào)：TN911.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2018）01-0087-03

The Generation and Prevention of Intermodulation in a Very High

Frequency Antenna System

LU Yin，LIU Zhonghua

（Technical Support Department of Jiangsu Branch of CAAC East China Regional Administration，Nanjing 210000，China）

Abstract：In recent years，due to the rapid growth of air traffic control business and the increasing number of control sectors，the VHF equipment and frequency of ground to air communications are increasing. The electromagnetic environment is deteriorating，and many inter-system interference are gradually emerging. This paper puts forward some suggestions for the construction and maintenance of VHF stations through a survey of intermodulation interference.

Keyword：very high frequency；antenna；intermodulation interference

1 問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)

南京本場(chǎng)使用的甚高頻設(shè)備是RS公司的24信道天線共用系統(tǒng)，近期近進(jìn)頻率119.25Mhz里時(shí)常會(huì)串入通播的聲音，通播的頻率是126.25Mhz，兩個(gè)頻率相差7Mhz，而且收發(fā)設(shè)備都有雙腔濾波器，收發(fā)天線間隔1.1公里，隔離度足夠，直接干擾的可能性幾乎為零。懷疑干擾有可能是互調(diào)產(chǎn)生的，于是將本場(chǎng)24信道的頻率輸入互調(diào)軟件進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)有兩組頻率發(fā)生互調(diào)都后會(huì)產(chǎn)生119.25Mhz這一互調(diào)產(chǎn)物，其中一組是125.325MHz（50w）、132.325MHz（50w）、126.25MHz（15w）另一組是129.35MHz（30w）、136.35MHz（30w）、126.25MHz（15w），這是一個(gè)三型三階互調(diào)干擾。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用第一組的三個(gè)頻率同時(shí)發(fā)射時(shí)主用和備用119.25MHz都沒(méi)有出現(xiàn)干擾現(xiàn)象產(chǎn)生，主備用設(shè)備的天線離發(fā)射機(jī)站點(diǎn)距離是相等的。而當(dāng)?shù)诙M的三個(gè)頻率同時(shí)發(fā)射時(shí)主用設(shè)備119.25MHz有干擾現(xiàn)象產(chǎn)生，但是備用的設(shè)備沒(méi)有干擾出現(xiàn)。干擾的原因顯而易見(jiàn)是125.325MHz（50w）、132.325MHz（50w）、126.25MHz（15w）產(chǎn)生了互調(diào)干擾，當(dāng)然最簡(jiǎn)單的方法就是換掉一個(gè)頻率，使互調(diào)不落在有用頻點(diǎn)上就行了。

如果再多思考一下，兩個(gè)問(wèn)題有點(diǎn)奇怪，一個(gè)是同是互調(diào)干擾為什么第一組頻率不產(chǎn)生干擾現(xiàn)象，第二個(gè)是為什么第二組頻率只在主用設(shè)備上產(chǎn)生干擾現(xiàn)象，而在備用設(shè)備上沒(méi)有干擾現(xiàn)象。

再一個(gè)就是這種共用天線系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)采取各種方式對(duì)互調(diào)干擾進(jìn)行抑制，如果是互調(diào)干擾，那么是在什么器件上產(chǎn)生的互調(diào)呢？

2 對(duì)無(wú)源互調(diào)干擾的認(rèn)識(shí)[1]

造成互調(diào)干擾的原因有二，一是多個(gè)信號(hào)加到非線性器件上產(chǎn)生大量的互調(diào)產(chǎn)物；二是無(wú)線系統(tǒng)之間，系統(tǒng)內(nèi)部頻率和功率關(guān)系不夠協(xié)調(diào)。

當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)干擾信號(hào)同時(shí)加到非線性器件上時(shí)，由于器件的非線性，這些信號(hào)將相互混頻，如果產(chǎn)生的新的頻率成份剛好落入某接收就通帶內(nèi)，且據(jù)有一定強(qiáng)度就會(huì)造成對(duì)接收機(jī)的干擾。一般的通信機(jī)中，由于發(fā)射機(jī)末級(jí)和接收機(jī)前端非線性電路的存在，容易造成發(fā)射機(jī)和接收機(jī)互調(diào)，這是有源互調(diào)。

在我們使用的天線共用系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)要連接隔離器和濾波器后才接到天線上，隔離器提供了一個(gè)單向的傳輸通路，允許射頻信號(hào)只朝一個(gè)方向通過(guò)，而在反方向則產(chǎn)生很大損耗，這樣就可以阻止其他頻率的射頻信號(hào)進(jìn)入發(fā)射機(jī)在發(fā)射機(jī)末級(jí)產(chǎn)生發(fā)射機(jī)互調(diào)，濾波器同樣也是在抑制發(fā)射機(jī)的邊帶噪聲的同時(shí)也抑制了外部的射頻信號(hào)進(jìn)入發(fā)射機(jī)產(chǎn)生有源互調(diào)。

在共用系統(tǒng)中接收機(jī)前的濾波器同樣也阻止了非有用信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)，在接收機(jī)前端產(chǎn)生接收機(jī)互調(diào)。隔離器和濾波器破壞了有源互調(diào)產(chǎn)生的條件，因此上述本場(chǎng)通播干擾排除了有源互調(diào)的可能性。

還有一種類型的互調(diào)是無(wú)源互調(diào)，當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上有足夠大功率的電磁波在傳輸路徑上出現(xiàn)不連續(xù)性時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物。

（1）當(dāng)導(dǎo)體表面的電鍍層厚度小于電磁波的趨膚深度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生互調(diào)。

（2）電鍍槽被污染或傳播路徑上電鍍層不均勻，都會(huì)導(dǎo)致不連續(xù)，從而產(chǎn)生互調(diào)。

（3）在傳輸路徑上采用磁滯性材料，如鎳、鐵和鐵氧體等會(huì)產(chǎn)生互調(diào)。

（4）傳輸路徑上過(guò)多的接觸點(diǎn)，接觸得不可靠、虛焊和表面氧化等，會(huì)產(chǎn)生互調(diào)。

這些在無(wú)源器件上產(chǎn)生的互調(diào)叫無(wú)源互調(diào)。經(jīng)查閱資料發(fā)現(xiàn)，在發(fā)射機(jī)天饋系統(tǒng)中隔離器、濾波器、合路器、避雷器、饋線和天線上都有可能產(chǎn)生無(wú)源互調(diào)。

無(wú)源互調(diào)類型有以下幾種：

（1）正向互調(diào)也被稱為傳輸互調(diào)，其定義是當(dāng)兩個(gè)載頻同時(shí)輸入到一個(gè)雙端口（或多端口）器件時(shí)，在輸出端所產(chǎn)生的互調(diào)。如圖1所示。

（2）反射互調(diào)定義為當(dāng)兩個(gè)載頻同時(shí)輸入到一個(gè)單端口（或多端口）器件時(shí)，從該端口反射回輸入方向的互調(diào)產(chǎn)物。如圖2所示。

（3）反向互調(diào)定義為當(dāng)兩個(gè)載頻分別從不同的方向同時(shí)輸入到一個(gè)各向異性器件的輸入端①和輸出端②時(shí)，從輸出端②產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物。如圖3所示。

3 干擾原因分析

結(jié)合到我們使用的發(fā)射機(jī)天線共用系統(tǒng)來(lái)分析這次互調(diào)可能發(fā)生的部位，首先用我頻譜分析儀在接收機(jī)所在地點(diǎn)接便攜天線測(cè)到了互調(diào)干擾信號(hào)，因此可以判斷互調(diào)是在發(fā)射系統(tǒng)產(chǎn)生的。

本場(chǎng)的125.325MHz和132.325MHz使用的是同一個(gè)天饋系統(tǒng)同一根天線2號(hào)天線，載波功率50w，126.25MHz載波功率15w使用的是另一根天線1號(hào)天線，兩根天線離得也比較近相隔6米，隔離度不夠情況下1號(hào)天線和2號(hào)天線的射頻信號(hào)就會(huì)進(jìn)入對(duì)方天饋系統(tǒng)到達(dá)合路器和濾波器，在這兩個(gè)器件上產(chǎn)生了反向無(wú)源三階互調(diào)，頻譜儀測(cè)得互調(diào)產(chǎn)物功率在-109dBm。

如圖4，第二組頻率分別使用的是1號(hào)天線和4號(hào)天線，兩根天線相隔12米，間隔距離比1號(hào)2號(hào)天線增加一倍所以隔離度也相應(yīng)增加了6dB，另外136.35MHz、129.35MHz的發(fā)射功率為30w相對(duì)較小，根據(jù)二載頻相等時(shí)，載頻減小1dBm，互調(diào)減小3dB，可以判斷這組頻率的互調(diào)產(chǎn)物應(yīng)該較小，用頻譜儀測(cè)得-112dBm。

圖4 天線分布圖

現(xiàn)在前面質(zhì)疑應(yīng)該可以得到合理的回答，第一組頻率產(chǎn)生互調(diào)，是因?yàn)檫@三個(gè)頻率使用的天線相對(duì)較近，而且發(fā)射功率較大，三階互調(diào)產(chǎn)物幅度也較大，同時(shí)由于主用接收機(jī)的禁噪門限采用的是RSSI和S/N邏輯或的判別方式，S/N參數(shù)值設(shè)得太低，因此在主用接收機(jī)上產(chǎn)生了干擾。第二組頻率的兩根天線間隔較遠(yuǎn)，發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率也較小，產(chǎn)生三階無(wú)源互調(diào)產(chǎn)物幅度較小，到達(dá)接收機(jī)時(shí)已經(jīng)衰減的差不多了，因此沒(méi)有出現(xiàn)干擾現(xiàn)象。

既然天線相隔近能產(chǎn)生無(wú)源互調(diào)，那么在使用同一根天線的情況下，兩個(gè)頻率的互調(diào)產(chǎn)物會(huì)是什么情況呢？建臺(tái)的時(shí)候也沒(méi)做這方面測(cè)試，于是我們用1號(hào)天線的129.35MHz（載波30w）和126.25MHz（載波15w）同時(shí)發(fā)射用頻譜儀測(cè)得三階互調(diào)產(chǎn)物123.15MHz的信號(hào)強(qiáng)度為-87.6dBm。

用4號(hào)天線上的120.35MHz（載波40w）和1號(hào)天線的126.25MHz（載波15w）同時(shí)發(fā)射，用頻譜儀測(cè)得三階互調(diào)產(chǎn)物132.15MHz的信號(hào)強(qiáng)度為-105dBm。以上測(cè)試頻譜儀是在同一地點(diǎn)使用同一根天線相同的參數(shù)設(shè)置下測(cè)得的，通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出共用系統(tǒng)中使用同一天饋系統(tǒng)產(chǎn)生的互調(diào)干擾強(qiáng)度是比較大的。

4 結(jié) 論

通過(guò)這次對(duì)干擾的排查和思考，了解到天線共用系統(tǒng)內(nèi)部無(wú)源互調(diào)的存在，深刻的意識(shí)到甚高頻天線共用系統(tǒng)雖然可以減少天線的使用集成度較高，但是在大功率射頻信號(hào)下容易在系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生各種干擾頻率，尤其是現(xiàn)在這種頻點(diǎn)使用多的情況下，因此維護(hù)共用系統(tǒng)時(shí)一些小的細(xì)節(jié)是非常重要的。

電臺(tái)的發(fā)射功率在滿足覆蓋時(shí)應(yīng)該盡可能的小，發(fā)射天線間也要考慮隔離度問(wèn)題[2]，特別對(duì)使用同一天饋系統(tǒng)的頻率分配要特別注意，互調(diào)產(chǎn)物要避開(kāi)在使用的頻率，收發(fā)天線要保證足夠的隔離度，接收機(jī)的開(kāi)門電平設(shè)置要合理，以及上面說(shuō)提到的能夠產(chǎn)生無(wú)源互調(diào)的各種細(xì)小的問(wèn)題，另外通播頻率是長(zhǎng)發(fā)的，更要注意發(fā)射功率的問(wèn)題，滿足覆蓋就可以了。

總之要盡可能的從無(wú)源器件質(zhì)量的選擇上，頻率分配和干擾強(qiáng)度上，設(shè)法破壞構(gòu)成互調(diào)干擾的條件。最好在廠家安裝完設(shè)備后做一下這方面的測(cè)試，如發(fā)射天線間的隔離度、同一天饋系統(tǒng)產(chǎn)生的互調(diào)強(qiáng)度等等，需要做到心中有數(shù)。

以上是我們?cè)谶@次干擾查找中得到的一些經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，數(shù)據(jù)都時(shí)實(shí)際測(cè)量得到的，如有不正確的地方請(qǐng)指正。

參考文獻(xiàn)：

[1] 夏寶平.基于無(wú)源互調(diào)測(cè)試儀在互調(diào)干擾排查方面的應(yīng)用 [J].通訊世界，2016.

[2] 杜援，等.淺談移動(dòng)通信中互調(diào)干擾的產(chǎn)生和排查 [J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2015.

作者簡(jiǎn)介：陸寅（1974.05-），工程師。研究方向：地空通信；劉中華（1986.11-），碩士，工程師。研究方向：地空通信。