新型民航多信道甚高頻地空通信共用系統的接收鏈路

張小舟

（成都天奧信息科技有限公司 四川省成都市 611731）

多信道甚高頻地空通信共用系統（以下簡稱共用系統）是運用于甚高頻航空通信領域，工作在118MHz 至136.975MHz 的調幅（AM）話音通信系統，機場塔臺管制員使用該系統能與機載超短波電臺進行話音通信。系統采用天線共用的方式構建，能使多路收發信機共用一套天線，這種系統架構有效減少了天線數量，降低了天線安裝場地的需求，一定程度上減少了干擾[1]。該系統是目前國內外民航空管領域最主要的對空甚高頻話音通信系統。

1 傳統共用系統構成

目前民航空管在用的多信道共用系統以4 信道系統架構為主。如圖1所示，共用系統左側為接收鏈路，右側為發射鏈路，全系統由4 個信道構成，每個信道主備雙機配置，電臺為收發一體機，4個信道共用一收一發兩根天線[2]。

傳統共用系統接收鏈路由天線、饋線、避雷器、分路器、腔體濾波器、功分器等單元組成；發射鏈路由天線、饋線、避雷器、合路器、腔體濾波器、隔離器、繼電器等單元組成。

2 改進后共用系統構成

多信道甚高頻地空通信共用系統無論幾信道組合，每個信道的架構和組成要素都是相同的，改進后的系統總體架構與傳統共用系統一致，發射鏈路保持不變，接收鏈路分路器后端將傳統腔體濾波器更換為晶體濾波器，將功分器更換為繼電器[3]。改進后共用系統接收鏈路由天線、饋線、避雷器、分路器、晶體濾波器、繼電器等單元組成。我們以改進前后單信道接收鏈路架構進行對比，具體改進部分如圖2所示。

3 對接收鏈路系統系統性能指標改善情況

3.1 民航標準對接收鏈路性能指標要求

根據《MH/T 4001.1-2016 甚高頻地空通信地面系統第1 部分：話音通信系統技術規范》（以下簡稱民航標準）第6.4 章節，甚高頻共用系統接收濾波器組及射頻配線（僅單腔濾波器時）指標要求如下：

頻率范圍：至少覆蓋117.975 MHz～137.000 MHz。

插入損耗：小于或等于6.0 dB，且主、備機通道差異應不大于0.2 dB。

阻帶衰減：大于或等于19 dB（相對中心頻率±500 kHz）。

反向損耗：大于或等于20 dB。

注：本項指標是從分路器到收信機整個射頻通路的指標。

3.2 對接收鏈路插損指標的提升

共用系統接收鏈路的總插損值等于鏈路中各個組成單元的插損值之和，各單元插損值均按照民航標準要求取值，晶體濾波器插損值依據實測值，具體指標如表1所示。

表1：對接收鏈路插損指標

從比較表中可以看出，雖然在接收鏈路中引入了高插損的晶體濾波器，但是由于棄用功分器，所以整個接收鏈路的總插損是降低的。通過比較，改進后的系統接收鏈路的理論插損值較民航標準要求降低了1dB。

3.3 阻帶衰減的提升

民航標準第6.4 章節，甚高頻共用系統接收濾波器組及射頻配線（僅單腔濾波器時）指標要求如下：

頻率范圍：至少覆蓋117.975 MHz～137.000 MHz。

插入損耗：小于或等于6.0 dB，且主、備機通道差異應不大于0.2 dB。

阻帶衰減：大于或等于19 dB（相對中心頻率±500 kHz）。

反向損耗：大于或等于20 dB。

目前在使用腔體濾波器的條件下，民航標準第3 項“阻帶衰減：大于或等于19 dB（相對中心頻率±500 kHz）”。但是使用了晶體濾波器后，阻帶衰減大幅提高，能夠達到大于或等于80 dB（相對中心頻率±500 kHz）。

3.4 收發天線保護間隔距離要求降低

根據現有工程經驗，民航收發天線安裝建議水平距離隔離為80 米，隨著VHF 信道數量日益增長，受天線場可用面積的限制，天線間水平距離往往小于推薦值80 米，這就造成了收發天線間干擾影響和消除干擾的難度增加。

通過晶體濾波器的運用，借助晶體濾波器阻帶衰減高的特點，按照民航標準阻帶衰減可達到≥80 dB/±500 kHz，即使相較于現有的民航塔臺使用的50kHz 波道間隔而言，也能達到≥40 dB/±50 kHz阻帶衰減。

根據電波自由空間傳輸理論，運用Lfsp1=32.44+20log10(dkm)+2 0log10(fMHz)，按照頻率為120MHz 計算，80 米的自由空間損耗為52dB。使用晶體濾波器后，即使按照最為嚴苛的塔臺使用頻率間隔±50 kHz 計算，收發天線間空間衰減只需要52dB-40dB=12dB，折算為天線距離只需相隔1 米。這就大大降低了收發天線場的選址要求。

綜上所述，使用了晶體濾波器后，對現有MH/T 4001.1-2016有關接收鏈路的“插入損耗”、“阻帶衰減”、“收發天線間距”這三個指標有明顯提升效果，指標對比如表2所示。

表2：使用晶體濾波器后指標對比

4 晶體濾波器介紹

石英晶體濾波器是在石英基片表面配置若干對金屬電極構成的帶通或帶阻濾波器。它利用壓電效應的能陷入理論，選擇電極振子的幾何尺寸、返回頻率和電極振子間距，控制超聲波的聲耦合，從而達到濾波的目的。石英晶體濾波器是采用石英晶體諧振器為基本元件的電氣濾波器，由于它有很高的品質因數（數萬以上），因此在軍、民用電子設備中應用極其廣泛。

4.1 石英晶體濾波器具優點

阻帶衰減高：石英晶體濾波器具有陡峭的阻帶衰減特性，一般阻帶衰減都在60dB 以上，有的甚至達到90dB 以上。

體積小：石英晶體濾波器所需的元件較少，而且許多元件都可實現表貼化，因此，這種晶體濾波器的體積相對較小。

插損小：一般均小于5dB。

矩形系數好：石英晶體濾波器的矩形系數一般在2 到5 左右，頻率較低的可達到1.8 左右，具有良好頻率擇性。

頻率溫度穩定性好：由于石英晶體在寬溫度范圍內具有的特性，使得晶體濾波器的幅頻特性在寬溫度范圍內具有非常高的穩定性。

圖1：傳統4 信道共用系統構成框圖

4.2 晶體濾波器技術指標

頻率范圍：117.975 MHz～137.000 MHz，中心頻率固定；

3dB 帶寬：30KHz；

插入損耗：≤4.3 dB；

阻帶衰減：

≥40 dB（相對中心頻率±50 kHz）。

≥80 dB（相對中心頻率±500 kHz）。

反向損耗：大于或等于20 dB；

功率容量：≥5W(37 dBm)。

5 結束語

通過對甚高頻地空通信共用系統接收鏈路組成單元的重新設計，并憑借晶體濾波器帶寬載、Q 值高、矩形系數高、帶外抑制好等特點，可以有效的降低機場塔臺不同甚高頻共用系統間的交調、互調發生概率，能夠提高甚高頻接收機對機場內各種發射機產生的諧波、雜波、寬帶噪聲的抑制能力，將信道間的保護帶寬要求降低到50KHz，最終提高了整個甚高頻系統在復雜干擾情況下的可靠性。