基于Python的互調干擾計算及臺站規劃

鐘汶含

摘 要 近年來，隨著民航的高速發展，飛行航班量的大幅增長，無論是在區調還是進近都需要劃分更多的扇區來進行管制工作。扇區的增多伴隨而來的便是所使用的甚高頻（VHF）頻率越來越多，民航甚高頻頻段的頻點資源已經越來越緊張。為滿足日益增長的頻率需求，目前新建的甚高頻臺站中不乏24信道以上的建設，如何合理設置公用同一根天線的頻率，避免互調干擾已經成為甚高頻臺站建設任務中的一項重點。文章通過介紹互調干擾及其種類和影響，進而以24信道臺站建設為例，通過Python計算互調干擾產物，分析如何在建設初期通過合理的臺站規劃避免互調干擾。

關鍵詞 甚高頻；無線電干擾；互調干擾；臺站規劃；Python

中圖分類號 TN92 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）216-0119-02

無線電干擾通常指的是在無線電信號發射、輻射或相互感應過程中，所產生的附加無用信號產物，由于無線電通信系統無法區別有用信號與干擾信號，干擾信號將與有用信號一同進入無線電通信系統的發射端或者接收端從而產生影響。無線電干擾可以使得接收機接收到的有用信號質量下降，導致無線電通信質量惡化，嚴重的甚至會造成通信斷續或中斷，在民航空管行業通信中斷將導致不可預估的后果。

通常，將無線電干擾分為以下七大類：鄰道干擾、同信道干擾、互調干擾、雜散輻射干擾、帶外干擾、阻塞干擾和其他非無線電設備干擾。而在這其中，互調干擾是無線電甚高頻通信中最嚴重且最常發生的干擾之一。

1 互調干擾

互調干擾來源于傳輸信道中的非線性電路作用，當兩個或兩個以上頻率不同的信號同時進入到系統發射機天線或者接收機的輸入端時，由于系統中非線性器件（如）的作用，在產生的眾多諧波和組合頻率分量中接近有用信號頻率的干擾分量，由于系統對靠近有用信號的頻率分量不會有太大的衰減，所以這部分信號將與有用信號一同進入接收機中，經過系統中頻處理，從而產生干擾，這種干擾方式稱為互調干擾。其實，由于產生的互調干擾的階數越高，干擾的信號強度逐步減弱，因此分析系統是否存在互調干擾時，一般不考慮更高階的互調干擾，主要考慮三階互調的情況。

三階互調是指兩個或多個信號同時進入一個無線通信系統中，但由于系統中的非線性電路作用，使其中一個信號的二次諧波與另一個信號混頻后剛好落在了有用信號的頻點上，從而對有用信號產生干擾。例如，f1的二次諧波是2f1，f1與f2由于非線性作用產生了寄生信號2f1-f2。2f1為二次諧波（二階信號），f2為基波信號（一階信號），所以2f1-f2被稱為三階信號，若有用信號f0=2f1-f2或與這個三階信號接近，則2f1-f2稱為三階互調信號。當同一線性系統中有三個信號f1、f2、f3存在時，除了產生上述三階互調外，還將產生三階互調f0=f1+f2-f3、f0=f2+f3-f1、f0=f1+f3-f2。

2 互調干擾的種類及影響

互調干擾的存在會使管制員可以直接在接收頻率中聽到干擾信號的信息內容；或者信號在通過檢波器的檢波后，產生刺耳的音頻嘯叫聲。目前民航甚高頻的專用頻段為118MHz～136.975MHz，而調頻廣播電臺頻段剛好在88MHz～108MHz，與民航頻段接近，所以多個廣播電臺的頻率信號所產生的互調產物落入民航頻段內而產生互調干擾的現象時有發生，這種情況已經嚴重影響到了民航的飛行安全。互調干擾已經成為民航甚高頻使用中的一種常見且危害性極大的干擾。互調干擾分為以下三類：發射機互調干擾、接收機互調干擾以及外部因素互調干擾。

2.1 發射機互調干擾

由于其他信道的發射信號或射頻共用器件將信號耦合入有用信號的發射機末級與本機，在有用信號發射機的末級功放電路（發射機的末級功放通常工作在非線性狀態）的作用下，在調制作用下產生新頻率分量，該信號與有用信號一同經天線被發射，從而造成干擾。這種在由于發射機非線性產生的干擾被稱為發射機互調干擾。

避免發射機互調干擾通常采用以下方法：

1）增大同一站點發射機間的耦合損耗，例如：增大發射天線間水平、垂直隔離度，盡量分開架設天線；增加各頻率間隔離度，在發射機后端接入帶通濾波器，加大對邊帶信號的衰減；饋線合理布設，盡量避免饋線相互靠近影響。

2）提高發射機末級功率放大器件性能。

3）由于多頻率站點不可避免會出現共同天線的情況，所以要在各個發射機與天線之間加入單向隔離器，對逆向信號進行隔離衰減。

2.2 接收機互調干擾

在接收機的前端電路中，若兩個或兩個以上干擾信號同時進入接收機的輸入端時，由于高頻放大器和變頻器等器件本身的非線性作用，使干擾信號間產生混頻，當混頻后的頻率與有用信號頻率相近時，混頻干擾信號會與有用信號一同落入接收機的接收頻帶內，從而進入接收機中頻放大系統中形成接收機互調干擾。

為避免接收機互調干擾一般要求采用具有平方律的高頻放大器和混頻器，使接收機具備良好的選擇性，從源頭降低強干擾進入高頻放大器的可能性。同時，也可以在接收機的接收鏈路中增加衰減器，從而減少互調干擾。

2.3 外部因素互調干擾

在發射鏈路中，由于天線、饋線接頭和其他連接處的接觸不良，或者是異種金屬的接觸部分所引起非線性的原因，將在強射頻電場中起檢波作用，從而產生互調干擾，這種由外部因素引起互調干擾通常稱為外部因素互調干擾。這種互調干擾的情況比較復雜，會隨氣溫、日照和溫濕度等情況無規律變化，較難分析，所以在日常工作中對于接口、天線等部件的檢查也是不可忽視的。

3 基于Python的互調干擾計算

目前，民航甚高頻系統大多使用共用天線系統，發射與接收天線分開的模式，每根天線上有4個頻率，各個發射天線間需滿足一定的水平和垂直隔離度。所以，在天線間滿足隔離度條件的情況下，三階互調主要來自于共用同一根天線的4個頻率的相互影響。如發射部分，采用四信道共用一根發射天線的方式，同時如合路器等器件也進行共用，所以發射時，共用天線的四個信道會因為合路器隔離度不夠的問題導致信號耦合返回發射機末級，產生發射機互調干擾。而對于其他沒有共用一根天線的頻率間則應該考慮接收機互調干擾的情況。

由于民航頻率不斷增多，臺站建設成本也相對較高，所以現在新建的臺站多考慮配置盡量多的信道，以保證日益增加的頻率需求。目前福建地區，已配置的最多頻率的臺站為24信道，在該臺站的建設過程中，如何防止24信道間的互調干擾，如何進行頻率配置成為工作的重中之重。

首先，先進行需要配置的24個頻率的三階互調計算。通常，在計算較少頻率的互調干擾時，采用的是列表的方式。但隨著頻率的增加，表數據量越來越大，表生成后還需人工對互調產物進行比對計算，工作量及計算出錯率也隨之提高。Python語言具有強大的數據庫，可以輕松調用如C或C++等語言的模塊，是近期最流行的語言之一。使用Python，通過輸入需要計算的三階互調關系，三階互調有2f1-f2或f1+f2-f3兩種情況，同時可通過變量方式根據各系統隔離度不同設置對系統有影響的互調干擾產物進行輸出顯示（本文考慮為24個頻點±50kHz范圍內）。

其次，若隨著頻率的增多，不得不考慮同一臺站繼續增加頻率時，在共用天線系統臺站規劃時，則需要綜合考慮所設置頻率的作用。如同一扇區主備頻率是否有存在三階互調情況，但由于這兩個頻率不會同時使用，可以酌情進行配置。

4 結論

隨著民航業的不斷發展，頻率之間的間隔也逐漸由25kHz向8.33kHz邁進。頻點的增加和頻率間隔的縮小不可避免地會使互調干擾的情況出現的可能性增加。所以了解臺站頻率分布，科學合理地進行臺站規劃和頻率配置，通過計算盡量避免設臺時互調干擾的形成，可以方便日后的干擾排查工作，也能保證管制員所使用的民航頻率的多信道甚高頻通信系統的安全穩定運行。

參考文獻

[1]姚富強.通信抗干擾工程與實踐[M].北京：電子工業出版社，2008.

[2]茍彥新.無線電抗干擾通信原理及應用[M].西安：電子科技大學出版社，2005.

[3]王天順.互調干擾研究[J].航空電子技術，1997（4）：14-17.

[4]田偉，吳亞鋒.甚高頻通信互調干擾分析及編程簡介[J].空中交通管理，2006（6）：16-18.