民航VHF通信互調(diào)干擾及抑制研究

舒 濤

（中國民用航空飛行學(xué)院，廣漢 618307）

VHF通信是全世界主要的航空移動通信方式，能夠提供快捷、便宜而可靠的地空通信。提供飛機(jī)與地面臺站、飛機(jī)與飛機(jī)之間進(jìn)行雙向話音和數(shù)據(jù)通信聯(lián)絡(luò)。VHF通信在空中交通管制中起著重要的作用，直接為飛行提供服務(wù)，為飛行安全提供保障，VHF通話質(zhì)量的好壞直接影響飛行安全，互調(diào)干擾對VHF通信的影響比較嚴(yán)重，所以有必要對互調(diào)干擾的產(chǎn)生原因、對VHF通信的危害以及其抑制方法進(jìn)行研究。

1 VHF通信互調(diào)干擾及其產(chǎn)生原因

互調(diào)干擾是指幾個(gè)不同頻率的信號通過非線性電路時(shí)，會產(chǎn)生與有用信號頻率相同或相近的頻率組合，而對通信系統(tǒng)構(gòu)成的一種干擾[1-3]。VHF通信互調(diào)干擾指兩個(gè)或兩個(gè)以上的頻率信號同時(shí)輸入到VHF通信系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)或者接收機(jī)的時(shí)候，由于電路存在非線性而產(chǎn)生另外一個(gè)頻率信號，如果這個(gè)頻率剛好和有用信號的頻率相同或相近同時(shí)能夠通過發(fā)射機(jī)或者接收機(jī)，而對有用信號產(chǎn)生的干擾。互調(diào)干擾對VHF通信的通話質(zhì)量影響非常嚴(yán)重，甚至?xí)剐盘柺д妫绊懙孛婀苤茊T和飛機(jī)上的飛行員之間的通訊從而影響飛行安全。互調(diào)干擾頻率各頻率之間的關(guān)系如公式（1）：

式中，f1為基頻1；f2為基頻2；f3為干擾頻率；x和y代表系數(shù)。

兩臺以上的發(fā)射機(jī)同在一個(gè)地點(diǎn)時(shí)就可能產(chǎn)生互調(diào)干擾，互調(diào)干擾的形成過程如圖1所示。圖中，f1為發(fā)射機(jī)1的信號，f2為發(fā)射機(jī)2的信號，當(dāng)發(fā)射頻率f1從發(fā)射機(jī)1出去通過發(fā)射機(jī)2并進(jìn)入功放與發(fā)射頻率f2調(diào)制產(chǎn)生新的頻率f3。

圖1 互調(diào)干擾的形成過程

互調(diào)干擾的過程都是從多線程發(fā)展到單線程，在這個(gè)過程中末級的非線性通道會出現(xiàn)信號互調(diào)，從而出現(xiàn)電磁干擾，干擾通信系統(tǒng)正常運(yùn)行。其中三階互調(diào)影響最嚴(yán)重。

三階互調(diào)指兩個(gè)或兩個(gè)以上的信號在一個(gè)線性系統(tǒng)中，由于任何線性系統(tǒng)都存在非線性，使其中一個(gè)信號的二次諧波與另一個(gè)信號的基頻混頻后所產(chǎn)生的寄生信號。如一個(gè)線性系統(tǒng)中有f1、f2兩個(gè)信號，2f1為f1的二次諧波，會與f1產(chǎn)生2f1±f2的寄生信號。由于f2是一階信號，而2f1是二階信號，他們的合成信號2f1±f2為三階互調(diào)信號。由于這個(gè)三階互調(diào)信號是在調(diào)制過程中所產(chǎn)生的，所以我們稱它為三階互調(diào)失真信號，它的產(chǎn)生過程我們稱之為三階互調(diào)失真。由于系統(tǒng)中的兩個(gè)信號f1和f2的大小差不多，所以2f1-f2、2f2-f1的大小也和f1、f2的大小差不多，這樣產(chǎn)生的三階互調(diào)失真信號2f1-f2、2f2-f1就會對原始信號f1和f2產(chǎn)生干擾，這種干擾就是三階互調(diào)干擾。如果一個(gè)復(fù)雜的線性系統(tǒng)中有f1、f2、f3三個(gè)信號，他們產(chǎn)生的三階互調(diào)更為 復(fù) 雜， 有 2f1±f2、2f1±f3、2f2±f1、2f2±f3、2f3±f1、2f3±f1， 還 有f1+f2-f3、f1+f3-f2、f2+f3-f1。同時(shí)還會產(chǎn)生更高階的五階、七階等互調(diào)干擾，由于互調(diào)干擾的階數(shù)越高造成的干擾越小，所以在這里不考慮。

2 VHF通信互調(diào)干擾的分類和危害

2.1 互調(diào)干擾的分類

在VHF通信中，由于電路具有非線性，所以VHF通信系統(tǒng)很容易產(chǎn)生互調(diào)干擾。根據(jù)互調(diào)干擾所產(chǎn)生的位置不同，將VHF通信互調(diào)干擾分為接收機(jī)互調(diào)干擾、發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾、外部效應(yīng)引起的互調(diào)干擾和廣播電臺引起的互調(diào)干擾四種。

（1）發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾。發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾指由發(fā)射機(jī)所產(chǎn)生的互調(diào)干擾。發(fā)射信號在發(fā)射過程中與干擾信號由于發(fā)射機(jī)的功率放大器存在非線性，使一部發(fā)射機(jī)的信號進(jìn)入到另外一部發(fā)射機(jī)，而產(chǎn)生互調(diào)干擾，發(fā)射信號與其他信號之間相互調(diào)制產(chǎn)生新的互調(diào)頻率，對其他接收機(jī)產(chǎn)生干擾。（2）接收機(jī)互調(diào)干擾。接收機(jī)互調(diào)干擾指由接收機(jī)所產(chǎn)生的互調(diào)干擾。VHF通信接收機(jī)的前端電路非常復(fù)雜，混頻器和高頻放大器都存在非線性特征，如果接收機(jī)接受的無線電信號之間存在互調(diào)關(guān)系，就會產(chǎn)生新的互調(diào)頻率，對接收機(jī)產(chǎn)生干擾。（3）外部效應(yīng)引起的互調(diào)干擾。外部效應(yīng)引起的互調(diào)干擾指由自然環(huán)境、天氣狀況、外部電臺等因素引起的互調(diào)干擾。VHF通信系統(tǒng)包含饋線和天線，他們之間的連接主要是靠接頭，這些接頭以及接觸點(diǎn)如果接觸不良就會在強(qiáng)RF電場的作用下產(chǎn)生干擾，由于饋線、天線以及接頭可能是不同種類的金屬材質(zhì)，他們之間的接觸也會引起非線性而產(chǎn)生干擾。這種互調(diào)干擾比較復(fù)雜，會隨著環(huán)境的溫濕度、季節(jié)的不同等因素的變化而變化。非法設(shè)置的電臺在頻率與VHF頻率相近時(shí)也會對VHF產(chǎn)生干擾。（4）廣播電臺引起的互調(diào)干擾。在我國廣播電臺的頻率范圍在88MHz至107.9MHz之間，VHF通信的頻率范圍為118.000-136.975MHz。VHF頻帶包含了廣播電臺頻段，如果廣播電臺和VHF通信系統(tǒng)之間未采取隔離措施，他們之間就會形成互調(diào)干擾。民航廣播的發(fā)射機(jī)功率高達(dá)上千瓦，如果VHF通信頻率和發(fā)射機(jī)的輸出頻率一致或者接近，VHF通信信號的接收就會受到影響。

2.2 互調(diào)干擾的危害

互調(diào)干擾不會對VHF通信通話質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響，使通話質(zhì)量下降，從而影響飛行安全，同時(shí)還存在著以下危害。

（1）對發(fā)射機(jī)的危害。VHF通信工作時(shí)需要將通話質(zhì)量調(diào)整至最佳狀態(tài)，此時(shí)通過發(fā)射機(jī)的電流最小，其工作頻率f0正好在最佳諧振點(diǎn)上。如果產(chǎn)生互調(diào)干擾使電路失調(diào)，通過發(fā)射機(jī)的電流就會增加，導(dǎo)致發(fā)射機(jī)的電量和電路負(fù)擔(dān)會隨之增高，進(jìn)而引起相關(guān)零件發(fā)熱，最終造成發(fā)射機(jī)使用壽命縮短或是零件損壞[4]。（2）對有效功率的危害。VHF通信的發(fā)射功率包含工作頻率f0的功率和所產(chǎn)生的互調(diào)頻率的功率，當(dāng)有互調(diào)干擾產(chǎn)生時(shí)所產(chǎn)生的互調(diào)頻率的功率就會增大，從而工作頻率f0的有效功率就會減小，影響發(fā)射機(jī)的正常運(yùn)行。（3）對空間電磁波秩序的危害。發(fā)射機(jī)的互調(diào)干擾所產(chǎn)生的互調(diào)頻率再與其他發(fā)射機(jī)產(chǎn)生互調(diào)干擾時(shí)就會產(chǎn)生新的互調(diào)頻率，發(fā)射機(jī)的數(shù)量越多所產(chǎn)生的互調(diào)頻率就越多，VHF通信臺站的上空就會出現(xiàn)大量的無序頻譜能量。在眾多的頻率中可能會有和差轉(zhuǎn)接收機(jī)的頻率相同的情況，從而影響空間電磁波秩序。

3 VHF通信互調(diào)干擾的抑制

3.1 發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾抑制

在VHF通信系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)具有非常重要的作用，所以保證發(fā)射機(jī)不受干擾顯得尤為重要。抑制互調(diào)干擾最直接的方法是阻止發(fā)射信號干擾或入侵所產(chǎn)生的互調(diào)干擾，可以通過改進(jìn)VHF通信的天線匹配和發(fā)射機(jī)的末級功放性能的方法來實(shí)現(xiàn)。在選擇VHF頻率時(shí)，首先對預(yù)選頻率進(jìn)行互調(diào)干擾模擬計(jì)算，選出沒有三階互調(diào)的頻率也會減少發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾。VHF通信設(shè)備的基本都是共用一套天線系統(tǒng)，在各發(fā)射機(jī)與天線之間裝上單向隔離器或腔體濾波器與單向隔離器的組合器件可以減少發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾。隔離器的正向損耗一般比較小在0.4～0.6dB之間，但是反向會對信號造成很大程度的衰減，衰減為-25dB以上，帶寬為20MHz以下。所以，安裝隔離器可以大幅度降低外界干擾信號對發(fā)射機(jī)的影響，對互調(diào)干擾進(jìn)行有效預(yù)防[5]。

3.2 接收機(jī)互調(diào)干擾抑制

接收機(jī)也是VHF通信系統(tǒng)的重要組成部分。無線電信號的傳遞都是相互的，信號會不斷的在地面信號和空中信號之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化，設(shè)備要正常運(yùn)行信號穩(wěn)定有效的接收就需要調(diào)整接收機(jī)的接收頻率，減少接收機(jī)的非線性，改善接收機(jī)的互調(diào)指標(biāo)，增加回路級別，從而較少接收機(jī)互調(diào)干擾。在接收機(jī)的前端加入濾波器來對干擾信號進(jìn)行處理，把干擾信號過濾掉，減小干擾信號的強(qiáng)度。在接收機(jī)前端加入信號衰減器，使互調(diào)干擾減少[6]。

3.3 外部效應(yīng)互調(diào)干擾抑制

外部效應(yīng)對VHF通信產(chǎn)生的互調(diào)干擾比較復(fù)雜。VHF通信的外部環(huán)境隨時(shí)都在發(fā)生變化，他們的變化都可能引起互調(diào)干擾。應(yīng)該掌握無線電通信受天氣、氣候等因素的影響規(guī)律，同時(shí)應(yīng)該加強(qiáng)干擾信號的監(jiān)測和定位，對干擾信號源進(jìn)行查找，并對產(chǎn)生干擾的原理進(jìn)行分析，找出產(chǎn)生干擾的原因，從而從根本上阻止干擾的發(fā)生。發(fā)射機(jī)的配件、接頭、饋線等都屬于外部原因，預(yù)防這類干擾的辦法在于加強(qiáng)VHF通信系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)工作，隨時(shí)對容易產(chǎn)生干擾的地方進(jìn)行檢查，來減少他們帶來的互調(diào)干擾。

3.4 廣播電臺互調(diào)干擾抑制

廣播電臺互調(diào)干擾無法通過技術(shù)手段來阻止，只能通過查找到干擾源，然后對干擾源進(jìn)行分析，如果是非法廣播電臺就要將其關(guān)閉，如果不是非法廣播電臺，則通過調(diào)整廣播電視頻率或者調(diào)整VHF通信頻率來是他們之間不產(chǎn)生互調(diào)干擾從而減少廣播電臺對VHF通信的互調(diào)干擾。

4 結(jié)束語

VHF通信的互調(diào)干擾對VHF通信的影響非常大，直接降低通話質(zhì)量，間接的對飛行安全帶來影響。管理部門要了解互調(diào)干擾產(chǎn)生的原因，有針對性的采取必要的措施來減少VHF通信互調(diào)干擾，提高VHF通信的通話質(zhì)量，確保飛行安全。