民航VHF通信互調(diào)干擾及抑制研究

舒 濤

（中國(guó)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(dòng)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(tái)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(duì)VHF通信的影響比較嚴(yán)重，所以有必要對(duì)互調(diào)干擾的產(chǎn)生原因、對(duì)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(hào)通過(guò)非線性電路時(shí)，會(huì)產(chǎn)生與有用信號(hào)頻率相同或相近的頻率組合，而對(duì)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(hào)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(hào)，如果這個(gè)頻率剛好和有用信號(hào)的頻率相同或相近同時(shí)能夠通過(guò)發(fā)射機(jī)或者接收機(jī)，而對(duì)有用信號(hào)產(chǎn)生的干擾。互調(diào)干擾對(duì)VHF通信的通話質(zhì)量影響非常嚴(yán)重，甚至?xí)剐盘?hào)失真，影響地面管制員和飛機(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(tái)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(guò)程如圖1所示。圖中，f1為發(fā)射機(jī)1的信號(hào)，f2為發(fā)射機(jī)2的信號(hào)，當(dāng)發(fā)射頻率f1從發(fā)射機(jī)1出去通過(guò)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(guò)程

互調(diào)干擾的過(guò)程都是從多線程發(fā)展到單線程，在這個(gè)過(guò)程中末級(jí)的非線性通道會(huì)出現(xiàn)信號(hào)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(hào)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(hào)的二次諧波與另一個(gè)信號(hào)的基頻混頻后所產(chǎn)生的寄生信號(hào)。如一個(gè)線性系統(tǒng)中有f1、f2兩個(gè)信號(hào)，2f1為f1的二次諧波，會(huì)與f1產(chǎn)生2f1±f2的寄生信號(hào)。由于f2是一階信號(hào)，而2f1是二階信號(hào)，他們的合成信號(hào)2f1±f2為三階互調(diào)信號(hào)。由于這個(gè)三階互調(diào)信號(hào)是在調(diào)制過(guò)程中所產(chǎn)生的，所以我們稱它為三階互調(diào)失真信號(hào)，它的產(chǎn)生過(guò)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(hào)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(hào)2f1-f2、2f2-f1就會(huì)對(duì)原始信號(hào)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(hào)，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(huì)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(tái)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(hào)在發(fā)射過(guò)程中與干擾信號(hào)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(hào)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(hào)與其他信號(hào)之間相互調(diào)制產(chǎn)生新的互調(diào)頻率，對(duì)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(wú)線電信號(hào)之間存在互調(diào)關(guān)系，就會(huì)產(chǎn)生新的互調(diào)頻率，對(duì)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(tái)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(huì)在強(qiáng)RF電場(chǎng)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(huì)引起非線性而產(chǎn)生干擾。這種互調(diào)干擾比較復(fù)雜，會(huì)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(tái)在頻率與VHF頻率相近時(shí)也會(huì)對(duì)VHF產(chǎn)生干擾。（4）廣播電臺(tái)引起的互調(diào)干擾。在我國(guó)廣播電臺(tái)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(tái)頻段，如果廣播電臺(tái)和VHF通信系統(tǒng)之間未采取隔離措施，他們之間就會(huì)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(hào)的接收就會(huì)受到影響。

2.2 互調(diào)干擾的危害

互調(diào)干擾不會(huì)對(duì)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(duì)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(guò)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(guò)發(fā)射機(jī)的電流就會(huì)增加，導(dǎo)致發(fā)射機(jī)的電量和電路負(fù)擔(dān)會(huì)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(duì)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(huì)增大，從而工作頻率f0的有效功率就會(huì)減小，影響發(fā)射機(jī)的正常運(yùn)行。（3）對(duì)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(huì)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(tái)站的上空就會(huì)出現(xiàn)大量的無(wú)序頻譜能量。在眾多的頻率中可能會(huì)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(hào)干擾或入侵所產(chǎn)生的互調(diào)干擾，可以通過(guò)改進(jìn)VHF通信的天線匹配和發(fā)射機(jī)的末級(jí)功放性能的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。在選擇VHF頻率時(shí)，首先對(duì)預(yù)選頻率進(jìn)行互調(diào)干擾模擬計(jì)算，選出沒(méi)有三階互調(diào)的頻率也會(huì)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(huì)對(duì)信號(hào)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(hào)對(duì)發(fā)射機(jī)的影響，對(duì)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(wú)線電信號(hào)的傳遞都是相互的，信號(hào)會(huì)不斷的在地面信號(hào)和空中信號(hào)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化，設(shè)備要正常運(yùn)行信號(hào)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(jí)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(lái)對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行處理，把干擾信號(hào)過(guò)濾掉，減小干擾信號(hào)的強(qiáng)度。在接收機(jī)前端加入信號(hào)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(duì)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(wú)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(hào)的監(jiān)測(cè)和定位，對(duì)干擾信號(hào)源進(jìn)行查找，并對(duì)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(duì)容易產(chǎn)生干擾的地方進(jìn)行檢查，來(lái)減少他們帶來(lái)的互調(diào)干擾。

3.4 廣播電臺(tái)互調(diào)干擾抑制

廣播電臺(tái)互調(diào)干擾無(wú)法通過(guò)技術(shù)手段來(lái)阻止，只能通過(guò)查找到干擾源，然后對(duì)干擾源進(jìn)行分析，如果是非法廣播電臺(tái)就要將其關(guān)閉，如果不是非法廣播電臺(tái)，則通過(guò)調(diào)整廣播電視頻率或者調(diào)整VHF通信頻率來(lái)是他們之間不產(chǎn)生互調(diào)干擾從而減少?gòu)V播電臺(tái)對(duì)VHF通信的互調(diào)干擾。

4 結(jié)束語(yǔ)

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