一種飛機通信電臺天線耦合干擾的預估方法

包貴浩 蔡志勇 劉 銳 石 磊

（中航通飛華南飛機工業有限公司，廣東 珠海519040）

機載短波電臺的發射功率達幾十瓦甚至數百瓦，除發射有用信號外，還會產生多次諧波和交互調干擾。這些干擾落入超短波電臺工作頻段，可能通過天線耦合被超短波電臺無意接收，從而影響超短波電臺的正常工作。若采用天線隔離度、全機相互干擾檢查等飛機級試驗方法評估此類問題，需要待電臺裝機后方可進行，試驗周期長、成本高，且此時發現問題，較難實施有效的整改。為此，本文提出一種基于半實物仿真[1，2]的通信電臺電磁干擾預估方法，能夠在短波和超短波電臺研制初期，及早預測兩者的電磁干擾問題，為機載電臺的電磁兼容性設計和天線布局優化提供重要的設計依據。

1 通信電臺電路模型

本文基于射頻電路仿真軟件ADS 對短波電臺的非線性特性進行電路仿真。短波電臺為二階超外差式結構[3]，調制后頻率為512 kHz，第一本振信號頻率為9.942 MHz，第二本振信號頻率為40.454 MHz，輸出頻率為30 MHz。短波電臺射頻模塊的仿真模型，如圖1 所示，其射頻模塊輸出的基波、2 次和3 次諧波功率等，如圖2 所示。

2 通信電臺物理模型

本文利用LabVIEW 軟件來控制短波電臺射頻模塊物理模型的對外發射，通過LabVIEW 軟件的MatlabScript 節點，射頻模塊的電磁兼容性數學模型能夠很方便地寫入LabVIEW 軟件中。射頻模塊電磁兼容性物理模型的LabVIEW 程序流程，如圖3 所示。

圖4（a）為輸入調制信號經射頻模塊物理模型后輸出的時域波形；圖4（b）為短波電臺輸出的非線性輸出頻譜。最終，短波電臺物理模型的硬件采用PXI 技術，由PXI 控制器、音頻采集卡、任意波形發生器、上變頻器等組成，搭建成能夠映射短波電臺非線性輸出的模擬器。

圖1 短波電臺射頻模塊的電路模型

圖2 短波電臺射頻模塊的非線性輸出頻譜

3 收發天線間隔離度仿真模型

短波天線和超短波天線的裝機位置相對較近，短波發射機的N 次諧波分量和互調產物很可能會通過天線端口耦合進入超短波接收機的頻帶內[4]。某機短波和超短波天線的結構和裝機位置如圖5 所示，采用FEKO 軟件對該機載平臺上短波和超短波天線的天線隔離度進行仿真計算。

某機短波和超短波天線的天線隔離度仿真結果如圖6 所示。從數值上來看，在30 MHz ～ 175 MHz 的頻率范圍內，仿真分析天線隔離度的范圍為-85.9 dB ～ -49.8 dB。

圖3 短波電臺射頻模塊物理模型的LabVIEW 程序流程

圖4 短波電臺射頻模塊物理模型的輸出

圖5 某機短波和超短波天線的結構和裝機位置圖

圖6 某機短波和超短波天線隔離度的仿真結果

通過天線隔離度的仿真，可以求得在短波電臺的諧波和互調頻點上超短波接收機所接收的發射功率在天線端口間的衰減值。在短波和超短波電臺間場場耦合干擾的預評估分析中，天線隔離度模型可以作為數學模型來計算到達接收機輸入端口的干擾耦合功率，也可以作為物理模型等同于可編程衰減器，與短波發射機、超短波接收機或它們的模擬器直接連接，評估驗證場場耦合干擾中接收機工作性能的變化情況。

4 半實物仿真的場場耦合干擾預評估平臺

短波電臺采用物理模型來模擬其對外發射的諧波干擾。本文將短波電臺射頻模塊的電路模型與短波、超短波天線的天線隔離度仿真模型共同植入PXI 模擬器中，根據收發設備間能量傳輸關系，此時模擬器的輸出功率可以近似等效為接收設備的輸入功率。

基于半實物仿真的場場耦合干擾預評估平臺如圖7 所示。同時，采用頻譜儀或數據采集卡實時監測短波電臺物理模型的非線性輸出信號。

圖7 基于半實物仿真的場場耦合干擾預評估平臺

本文采用調頻收音機作為接收設備，工作頻帶為88 MHz～108 MHz，接收靈敏度為-107 dBm。通過試驗可以聽到收音機發出明顯的哨叫聲。由此可知，短波電臺的帶外非線性會對超短波接收設備造成場場耦合干擾。

5 結論

基于半實物仿真的飛機通信電臺天線耦合干擾預評估，其優點在于：能夠在發射設備設計初期預評估其裝機后對接收設備造成的帶外非線性干擾，及時調整射頻模塊內部電路參數，并能夠準確快速地驗證調整后帶外非線性干擾抑制的效果；能夠在機載天線裝機前對天線布局的合理性進行有效的預測評估，通過收發系統真實的電磁敏感現象，為天線的優化布局提供重要的設計依據。