機(jī)載超短波電臺(tái)通信距離近原因分析與外場(chǎng)測(cè)試

丁永強(qiáng) 李鐵生

摘要：地空通信距離是機(jī)載超短波電臺(tái)的重要性能指標(biāo)。針對(duì)飛行過(guò)程中發(fā)生的通信距離近問(wèn)題，首先介紹了通信距離近的三種情形，針對(duì)不同情形分析了主要原因，為了準(zhǔn)確進(jìn)行故障定位，提出了機(jī)載超短波電臺(tái)主要性能指標(biāo)的原位測(cè)試思路，并給出了具體的測(cè)試過(guò)程和方法。

關(guān)鍵詞：機(jī)載超短波電臺(tái)；通信距離；原位測(cè)試；駐波比

Keywords：airborne V/UHF radio；communication distance；in-situ test；VSWR

0 引言

機(jī)載超短波電臺(tái)又稱(chēng)為甚高頻電臺(tái)，一般工作于VHF頻段和UHF頻段，主要用于飛機(jī)與地面塔臺(tái)之間或飛機(jī)與飛機(jī)之間的超短波話(huà)音或數(shù)據(jù)通信[1]，是飛機(jī)飛行的基本任務(wù)設(shè)備。由于使用頻繁、工作持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，加之機(jī)上電磁及通風(fēng)環(huán)境惡劣，機(jī)載超短波電臺(tái)容易出現(xiàn)參數(shù)漂移或性能下降，表現(xiàn)為地面自檢正常、校波正常但飛行過(guò)程中反映通信距離近[2-4]。目前，外場(chǎng)主要采用地面功能檢查和二線(xiàn)性能測(cè)試方法來(lái)處理，但都不能從根本上解決這一問(wèn)題。究其原因，一是功能檢查一般在外場(chǎng)進(jìn)行，飛機(jī)與地面塔臺(tái)之間距離較近，僅能檢查通信功能是否正常，無(wú)法對(duì)通信性能進(jìn)行測(cè)試；二是二線(xiàn)性能測(cè)試僅能完成機(jī)載超短波電臺(tái)收發(fā)信機(jī)的性能指標(biāo)測(cè)試，無(wú)法測(cè)試整個(gè)超短波通信系統(tǒng)（射頻饋線(xiàn)、天線(xiàn)、射頻轉(zhuǎn)換單元等）的性能指標(biāo)。另外，由于機(jī)上工作環(huán)境與二線(xiàn)測(cè)試環(huán)境不一樣，機(jī)載超短波電臺(tái)收發(fā)信機(jī)裝機(jī)狀態(tài)下的工作性能指標(biāo)與二線(xiàn)測(cè)試的測(cè)試性能指標(biāo)也有一定差異。

針對(duì)現(xiàn)有測(cè)試方法手段存在的不足，本文在深入分析通信距離近原因的基礎(chǔ)上，研究提出了機(jī)載超短波電臺(tái)外場(chǎng)主要性能測(cè)試方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)載超短波電臺(tái)原位、系統(tǒng)的性能指標(biāo)測(cè)試。

1 通信距離近原因分析

1.1 地空通信距離指標(biāo)

地面塔臺(tái)天線(xiàn)高度為15m、飛機(jī)在不同高度飛行時(shí)，地空通信指標(biāo)距離如表1所示。

地面塔臺(tái)天線(xiàn)高度一定、飛機(jī)處于不同的飛行高度條件下，當(dāng)?shù)乜諏?shí)際通信距離低于指標(biāo)距離時(shí)，即認(rèn)為通信距離近。

1.2 通信距離近的三種情形

對(duì)機(jī)載超短波電臺(tái)來(lái)說(shuō)，通信距離近可分為發(fā)射距離近、接收距離近和發(fā)射/接收距離近三種情形。發(fā)射距離近指飛機(jī)與地面塔臺(tái)處于一定的距離且滿(mǎn)足視距傳播要求，機(jī)載超短波電臺(tái)能正常接收地面塔臺(tái)的信號(hào)，但地面塔臺(tái)接收不到機(jī)載超短波電臺(tái)發(fā)射的信號(hào)；接收距離近指飛機(jī)與地面塔臺(tái)處于一定的距離且滿(mǎn)足視距傳播要求，地面塔臺(tái)能正常接收機(jī)載超短波電臺(tái)發(fā)射的信號(hào)，但機(jī)載超短波電臺(tái)接收不到地面塔臺(tái)發(fā)射的信號(hào)；發(fā)射/接收距離近指飛機(jī)與地面塔臺(tái)處于一定的距離且滿(mǎn)足視距傳播要求，機(jī)載超短波電臺(tái)接收不到地面塔臺(tái)發(fā)射的信號(hào)，同時(shí)地面塔臺(tái)也接收不到機(jī)載超短波電臺(tái)發(fā)射的信號(hào)。

1.3 通信距離近的主要原因

地空通信的一般模型如圖1所示。

工作流程為：地面塔臺(tái)發(fā)射時(shí)，發(fā)射機(jī)輸出一定功率的射頻調(diào)制信號(hào)，經(jīng)收發(fā)轉(zhuǎn)換后，通過(guò)同軸電纜傳輸至天線(xiàn)，天線(xiàn)將該射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為電磁信號(hào)向空間輻射；電磁信號(hào)經(jīng)空間無(wú)線(xiàn)信道傳播后，被機(jī)載超短波電臺(tái)天線(xiàn)接收，經(jīng)同軸電纜傳輸和收發(fā)轉(zhuǎn)換后，傳輸至機(jī)載超短波電臺(tái)接收機(jī)，接收機(jī)對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行變頻、濾波、放大、解調(diào)等處理后，得到傳輸信息。機(jī)載超短波電臺(tái)的發(fā)射與地面塔臺(tái)發(fā)射情形相同。

1）機(jī)載超短波電臺(tái)接收距離近原因分析

根據(jù)以上分析，為準(zhǔn)確定位故障，需在保持機(jī)載超短波電臺(tái)機(jī)上安裝固定、供電關(guān)系、控制邏輯、音頻連接關(guān)系等條件不變的情況下，對(duì)相關(guān)性能指標(biāo)進(jìn)行原位測(cè)試[6]，包括接收靈敏度測(cè)試、發(fā)射功率測(cè)試、饋線(xiàn)損耗測(cè)試和駐波比測(cè)試等。

2 機(jī)載超短波電臺(tái)原位測(cè)試

2.1 接收靈敏度原位測(cè)試

1）測(cè)試儀器

所用測(cè)試儀器為便攜式無(wú)線(xiàn)電綜合測(cè)試儀，其工作頻段覆蓋超短波電臺(tái)工作頻段，具有射頻信號(hào)產(chǎn)生與調(diào)制、音頻信號(hào)接收處理等功能。

2）連接關(guān)系

斷開(kāi)機(jī)上機(jī)載超短波電臺(tái)射頻口與饋線(xiàn)的連接，將其與無(wú)線(xiàn)電綜合測(cè)試儀射頻口相連；斷開(kāi)座椅連接器與地勤帽的連接，將其中的音頻輸出信號(hào)與無(wú)線(xiàn)電綜合測(cè)試儀的“音頻入”相連，保持機(jī)上其他連接關(guān)系不變，如圖2所示。

3）測(cè)試方法

使機(jī)載超短波電臺(tái)處于接收狀態(tài)，設(shè)置其工作模式、工作頻率、調(diào)制方式、靜噪等參數(shù)。使便攜式無(wú)線(xiàn)電綜合測(cè)試儀處于接收測(cè)試狀態(tài)，按測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置相關(guān)參數(shù)，便攜式無(wú)線(xiàn)電綜合測(cè)試儀產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)射頻調(diào)制信號(hào)，送入機(jī)載超短波電臺(tái)接收機(jī)。機(jī)載超短波電臺(tái)接收機(jī)接收處理后輸出音頻信號(hào)，經(jīng)座椅連接器送至便攜式無(wú)線(xiàn)電綜合測(cè)試儀音頻輸入口，完成音頻電壓、失真度、信噪比等測(cè)試。不斷減小便攜式無(wú)線(xiàn)電綜合測(cè)試儀射頻輸出信號(hào)電平，觀察音頻輸出信噪比；當(dāng)信噪比為10dB時(shí)，射頻輸出信號(hào)電平即為接收機(jī)靈敏度。

將靈敏度測(cè)量值與接收機(jī)靈敏度指標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比，如測(cè)量值小于指標(biāo)值，則滿(mǎn)足指標(biāo)要求；如靈敏度測(cè)量值大于指標(biāo)值，則說(shuō)明接收機(jī)靈敏度變差，需進(jìn)行參數(shù)調(diào)整或修理。

2.2 發(fā)射功率原位測(cè)試

1）測(cè)試儀器

所用測(cè)試儀器為便攜式無(wú)線(xiàn)電綜合測(cè)試儀和固定衰減器，其中便攜式無(wú)線(xiàn)電綜合測(cè)試儀的工作頻段覆蓋超短波電臺(tái)工作頻段，具有射頻信號(hào)功率測(cè)量功能；固定衰減器為衰減器。

2）連接關(guān)系

斷開(kāi)機(jī)上機(jī)載超短波電臺(tái)射頻口與饋線(xiàn)的連接，將其與10dB固定衰減器的輸入口相連，10dB固定衰減器的輸出口與無(wú)線(xiàn)電綜合測(cè)試儀射頻口相連；取下與座椅連接器相連的地勤帽，保持機(jī)上其他連接關(guān)系不變，如圖3所示。

3）測(cè)試方法

設(shè)置機(jī)載超短波電臺(tái)工作模式、工作頻率、調(diào)制方式等參數(shù)。使便攜式無(wú)線(xiàn)電綜合測(cè)試儀處于發(fā)射測(cè)試狀態(tài)，按測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置相關(guān)參數(shù)。按下機(jī)載超短波電臺(tái)發(fā)射按鈕（不加調(diào)制），機(jī)載超短波電臺(tái)以載波發(fā)射，經(jīng)10dB固定衰減器送入無(wú)線(xiàn)電綜合測(cè)試儀，無(wú)線(xiàn)電綜合測(cè)試儀測(cè)量射頻信號(hào)功率，當(dāng)選擇功率測(cè)量單位為dBm時(shí)，直接加上10dB，該功率即為機(jī)載超短波電臺(tái)的載波發(fā)射功率。

將載波發(fā)射功率測(cè)量值與發(fā)射機(jī)載波功率指標(biāo)值對(duì)比，如測(cè)量值大于指標(biāo)值，則滿(mǎn)足指標(biāo)要求；如載波發(fā)射功率測(cè)量值小于指標(biāo)值，則說(shuō)明發(fā)射機(jī)載波發(fā)射功率下降，需進(jìn)行參數(shù)調(diào)整或修理。

2.3 饋線(xiàn)損耗原位測(cè)試

1）測(cè)試儀器

所用測(cè)試儀器為便攜式天饋線(xiàn)測(cè)試儀及配套校準(zhǔn)件、開(kāi)路或短路器，其中便攜式天饋線(xiàn)測(cè)試儀工作頻段覆蓋超短波電臺(tái)工作頻段。

2）連接關(guān)系

斷開(kāi)機(jī)上機(jī)載超短波電臺(tái)射頻口與饋線(xiàn)的連接，將饋線(xiàn)接口與便攜式天饋線(xiàn)測(cè)試儀射頻口相連；斷開(kāi)饋線(xiàn)與天線(xiàn)的連接，將饋線(xiàn)射頻口與開(kāi)路或短路器相連，如圖4所示。

3）測(cè)試方法

連接前，將便攜式天饋線(xiàn)測(cè)試儀設(shè)置為電纜損耗測(cè)試模式，設(shè)置起始頻率和終止頻率，依次完成開(kāi)路校準(zhǔn)、短路校準(zhǔn)和負(fù)載校準(zhǔn)。校準(zhǔn)完成后，按饋線(xiàn)損耗測(cè)試連接關(guān)系進(jìn)行連接，連接完成后便可測(cè)得饋線(xiàn)在整個(gè)測(cè)試頻段內(nèi)的損耗值，單位為dB。電纜損耗與饋線(xiàn)長(zhǎng)度和饋線(xiàn)維護(hù)質(zhì)量相關(guān)，饋線(xiàn)長(zhǎng)度越長(zhǎng)，損耗越大；維護(hù)質(zhì)量越好，饋線(xiàn)損耗越小。機(jī)載超短波電臺(tái)使用的饋線(xiàn)損耗一般為0.3dB/m左右，可根據(jù)饋線(xiàn)實(shí)際長(zhǎng)度進(jìn)行理論計(jì)算。將饋線(xiàn)損耗實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，如實(shí)測(cè)值較大，可能存在連接松動(dòng)、滲水、滲油、屏蔽層斷裂、老化等問(wèn)題，尤其應(yīng)注意檢查射頻電纜頭；如實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值相當(dāng)，則饋線(xiàn)連接狀態(tài)良好。

2.4 駐波比原位測(cè)試

1）測(cè)試儀器

所用測(cè)試儀器為通過(guò)式功率計(jì)（含功率探頭），其工作頻段覆蓋超短波電臺(tái)工作頻段，功率測(cè)量范圍滿(mǎn)足機(jī)載超短波電臺(tái)指標(biāo)要求。

2）連接關(guān)系

斷開(kāi)機(jī)上機(jī)載超短波電臺(tái)射頻口與饋線(xiàn)的連接，將機(jī)載超短波電臺(tái)射頻口與功率探頭輸入口相連，功率探頭輸出口與饋線(xiàn)相連，連接功率探頭和測(cè)試主機(jī)，保持機(jī)上其他連接關(guān)系不變，如圖5所示。

3）測(cè)試方法

設(shè)置機(jī)載超短波電臺(tái)工作模式、工作頻率、調(diào)制方式等參數(shù)；通過(guò)式功率計(jì)工作于駐波比測(cè)試模式，并按測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置相關(guān)參數(shù)，按下機(jī)載超短波電臺(tái)發(fā)射按鈕，通過(guò)式功率計(jì)便測(cè)出當(dāng)前工作頻點(diǎn)的天饋線(xiàn)駐波比。如需測(cè)量其他頻點(diǎn)的天饋線(xiàn)駐波比，則需同步改變機(jī)載超短波工作頻率和通過(guò)式功率計(jì)的工作頻段。不同駐波比下的電壓反射系數(shù)、傳輸功率、反射功率如表2所示。

機(jī)載超短波電臺(tái)天饋線(xiàn)駐波比一般要求≤2.5，當(dāng)駐波比>2.5時(shí)，可能存在饋線(xiàn)接頭滲水、饋線(xiàn)接觸不良、屏蔽層受損、天線(xiàn)性能下降、天線(xiàn)與機(jī)體接觸不良等問(wèn)題，需對(duì)饋線(xiàn)和天線(xiàn)進(jìn)行深入檢查。

3 結(jié)論

針對(duì)機(jī)載超短波電臺(tái)通信距離近問(wèn)題，本文在分析通信距離近原因的基礎(chǔ)上，提出了原位性能測(cè)試方法，通過(guò)對(duì)接收靈敏度、發(fā)射功率、饋線(xiàn)損耗、駐波比等的測(cè)試，能夠準(zhǔn)確查找故障原因并進(jìn)行故障定位。利用該方法在外場(chǎng)對(duì)某型飛機(jī)機(jī)載超短波電臺(tái)主要性能指標(biāo)進(jìn)行了普查測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明該方法實(shí)用有效，能夠有效解決通信距離近的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1]叢偉，樊曉光，南建國(guó).綜合航空電子系統(tǒng)總體技術(shù)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2015.

[3]王海波，劉志強(qiáng)，呂劍寶.某型超短波電臺(tái)通信距離近原因分析及對(duì)策[J].裝備技術(shù)，2019（3）：218.

[3]朱林寰，杜曉明.某飛機(jī)電臺(tái)空中通信距離近故障分析[J].航空維修與工程，2017，308（2）：70-72.

[4]楊勝學(xué).機(jī)載超短波電臺(tái)通信距離近問(wèn)題的分析與排除[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2017（5）：18-19.

[5]李建東，郭梯云，鄔國(guó)楊.移動(dòng)通信[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.

[6]李睿峰，李文海，劉勇，吳志江.一種脈沖式無(wú)線(xiàn)電高度表原位測(cè)試設(shè)備設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2017，25（11）：85-89.