對空電臺話音干擾的原因及解決方法

陳永鋒 趙孟軒 中國衛星海上測控部

引言： 超短波電臺即甚高頻電臺，是飛機上重要的的無線電設備之一，為飛機搶險救災等各項任務中起著重要的保障作用。當飛機飛行高度1000米時，某船舶在某海域航行時發現與該機載超短波電臺無線電波發射距離可達到120公里左右，但接收距離只有100公里左右，且出現近距離通訊信號不暢，信號干擾明顯的現象，且在通過控制盒控制主機發射時，控制盒的揚聲器會發出很大的“嘯叫”聲，直接影響飛行員的正常操作以及飛機與外部的無線電通信聯系。本文通過分析電臺的傳播距離、音頻工作、遙控方式和連接線纜情況進行研究，找到了解決方法。

1 超短波的特性及傳播特點

超短波傳播方式的特點：由于頻率很高，其表面波衰減很快，傳播距離很近，通訊距離限制在視線距離內，也就是通常所說的通視距離（如圖1所示），其傳播公式為：

圖1 通訊距離示意圖

h1為飛機飛行高度（m）

h2為塔臺天線高度（m）

L為通訊距離（km）

R為地球半徑（6370km）

經計算后飛機電臺與地面塔臺通話時，通訊距離如下表所示。（注：船舶塔臺天線高度一般為15m。）

表1 通訊距離表

上表可以看出理論上在沒有外部遮擋的情況下，飛機飛行高度大約1000m時，理論的傳播距離應該大于120km，而實際上某船在某海域航行時所配載超短波電臺發射距離滿足120km的要求，但是接收距離只有100km左右，不能滿足通視距離要求。

2 飛機飛行中使用超短波電臺存在的問題分析

自由空間電磁波傳播理論中，對電磁波的傳播距離有影響的因素是：傳輸到天線的功率、天線的方向系數以及接收場強，經過飛機做地面試驗以及空中飛行試驗和分析，超短波電臺正常情況下根據設計的通信距離應不低于120km，但是某船舶在某海域航行時實際測通卻往往達不到。

2.1 地面效應分析

當電波沿地面進行傳播時，地面在電波電磁場的作用下會產生感應電流，由于地面是個不良導體，所以感應電流會使電波損耗部分能量，并且頻率越高，衰減越快，這是在地面和進場情況下超短波通訊效果不好的一大原因。

由于超短波是直線傳播方式，因此這種傳播方式受到兩點之間的阻礙物影響較大。如果在飛機與塔臺之間有大型的建筑或者山脈等高大的物體會對傳播距離有很大的影響。

2.2 天線安裝部位分析

飛機超短波電臺天線的安裝位置對電臺通信的方向性有很大的影響，航行中的某型號飛機上超短波電臺天線，安裝在發動機整流罩與主旋翼之間主減速器后，經領航員確認，在飛機機首以及機尾方向接收的信號弱于其他方向接收的信號。由于飛機旋翼安裝有防雷擊導流條，在旋翼旋轉時相當于一個很大金屬屏蔽體，對入射的電磁波影響很大，尤其對從垂直旋翼表面入射的電磁波影響更大。

3 音頻工作及光電纜做遙控線路時的情況

3.1 音頻部分工作原理

當電臺處于接收狀態時，來自中頻解調器解調出音頻信號，送到音頻濾波單元，經過3N3、3N4組成的有源濾波器濾波，通過3XP1：B10送到機頭部分的音頻功放單元，經過18N3放大后送喇叭。當電臺處于發射狀態時，由18N1低噪聲放大通過18XS2:4，再通過3XP1：B4送到音頻濾波單元，經過3N1A壓縮后經3N2收發開關選擇后送3N3、3N4進行有源濾波，濾波后的音頻信號通過3XP1：A10到收發信道單元。

3.2 光、電纜做遙控線路時的情況

3.2.1 電纜作遙控線路時的情況

某型電臺工作于遙控狀態時，控制盒可以通過音頻接口送***Hz的信號來控制主機發射。鍵控時，控制盒產生的***Hz信號送到主機，主機發射，停止送***Hz信號，主機接收。控制盒鍵控時，其揚聲器發出的“嘯叫”聲，就是這個***Hz信號回授到其音頻放大器的結果。

圖2 音頻接口電路

上圖為控制盒音頻接口電路等效示意圖，其中A、B端通過遙控線路連接到主機。用電纜作遙控線路時，電纜特性阻抗為電阻性600歐姆，使回路1和回路2的特性阻抗完全相同。遙控發射時，發音頻i（含***Hz）由T1輸入，耦合至回路1和回路2，產生i1 = i2 = i3= i4，在T2上耦合出i5和i6、i5和i6大小相等，相位相反，相互抵消，T2不會有輸出（但不影響A、B端輸出）。

3.2.2 光纜作遙控線路時的情況

假設用光纜作遙控線路時，上圖A、B端接于光端機接口。光端機音頻接口呈容性阻抗，測量后得出容值為2.2v。當這個電容接入A、B兩端，使回路1相比于回路2呈偏容性。特性阻抗有所不同。遙控發射時，發音頻i（含***Hz）由T1輸入，耦合至回路1和回路2，產生的i1（=i3）和i2（=i4）不能滿足大小相等、相位相反的條件，在T2上耦合出的i5和i6同樣不能滿足大小相等、相位相反的條件，不能相互抵消，于是T2有輸出，產生了“嘯叫”（主要是***Hz）。

4 解決問題的方法

通過對本文所提的問題開展分析研究后，排除天線性能下降及通訊距離不夠而影響話音質量，可以定位是電臺遙控盒的“嘯叫”問題并相應采取以下方法進行合理解決。

4.1 電臺工作在四線制狀態

以上分析的是電臺在二線制狀態下工作時的情形，是各船普遍采用的接法，收發音頻共用一個信號通路，導致發音頻在收音頻通道放大輸出。四線制接法則將發音頻和收音頻用兩個通路傳輸，不會相互干擾，但要多用一倍的線路資源。

4.2 線制狀態下采用電容補償法

如果在回路2相應位置接一個2.2v的電容，同樣可以使回路1和回路2的電氣特性完全相同，發音頻i就不會在T2上形成輸出。實際電路及改動點見下圖。將E點斷開，R7短路，C、D兩端接一個2.2v電容。改動后的電路不再適用于電纜遙控線路中。

圖3 電容補償法連接圖

4.3 在音頻輸出回路加裝***Hz陷波器

前面所說的“嘯叫”實際是幅度較大的***Hz鍵控信號，并非指話音，只要把它在輸出到揚聲器之前抑制掉即可。可將下圖（音頻接口板的收音頻放大通路）中的R24替換為一個數字陷波器，陷波頻率為***Hz。

圖4 電路改裝后

解決超短波電臺話音干擾問題，一方面可以更改為四線制，另一方面在音頻輸出回路上面加裝一個***Hz陷波器。綜上所述，數字陷波器電路雖不復雜，但仍需專門制作在一塊4cm見方的電路板上，固定于接口板上。經這樣改裝后的控制盒，在任何模式、任何遙控線路下都可以正常工作。

5 結束語

超短波電臺是飛機上的重要無線電設備之一，是飛機上最主要的通訊工具。在飛機起降、空地通話等方面都要通過超短波電臺進行聯絡，所以超短波電臺話音“嘯叫”問題直接關系到飛機飛行安全以及通訊成功與否，對飛機影響很大。經多次改進驗證使其超短波電臺話音質量和可靠性有了很大提高，有效避免安全隱患。