甚高頻天線共用系統的安裝調試

摘 要 現階段 中國民用地空通甚高頻無線電系統采取天線共用的形式 它的主要功能是分開地面接收與發射的信息 從而避免地面接收信息的混雜 也有效地彌補了單一天線所造成的場地緊張和交叉干擾的缺陷 從而大幅提高了地面與空間通信的準確性 但由于其構造簡易 使用程度低 因此導致它在實際使用中的應用受到限制 文章對天線公用設備的構造 使用與調試中的問題展開了討論 并提出了具體的使用建議

關鍵詞 甚高頻 天線共用系統 安裝調試

中圖法分類號TN82 文獻標識碼A

１ 引言

隨著我國民用航空工業的迅速發展，航線數量迅速增長，機翼和指揮機位也隨之增多，以往單一控制中心僅有少數幾個通信頻率的情況已無法適應。針對以上問題，對各種功能模塊進行快速組合，并采用統一的軟件實現多媒體調度。同時，為確保管制與空中指揮通信的順暢，所采用的甚高頻裝置也要有冗余備用，以避免單一電臺的失靈而導致通信中斷。上述所有需求都要求安裝更多的地面無線電通信裝置，而且每個裝置的通信都必須要有一個天線。因此，如何將大量的天線安裝在一起，是一個較為重要的難點。天線共享系統通過使用天線共用器，可以實現多臺收發器共用一組天饋，既能有效地解決安裝天線所帶來的環境問題，又能降低干擾，在不同的環境條件下能夠選擇最優的通信模式，以獲得最好的通信效果。

２ 天線共用系統組成

簡易的高頻地空通信系統是由一對天線與一對無線電裝置相連，實現一次地空通信。為有效地克服地面和空中通信中的各種串音干擾，往往還必須對主要設備進行聯試聯調，即對各個系統進行聯合試驗。目前，采用的是甚高頻收發天線分支方式。天線共享系統的工作原理和一般的單機無線電相同，都是基于基本的ＥＭ 變換原理，而天線共享系統一般由天線口面鍋、饋源喇叭、天線基座、高頻頭，高頻電纜、衛星接收機等部分組成。因此，在一般的單一基站中，天線共享系統在收發器和天饋之間往往會增設相應的天饋共享裝置。多個甚高頻發送器（或接收器）采用天饋共享的方式，以實現２ 種不同的天線結構。

天饋公共單元使用了帶外的裝置，并改變了射頻輸出的方向分布，其主要特點是耦合裝置先將部分功率從干線中提取出來，再將其與副干線相連，以供試驗。該功分器為具有固定頻譜范圍的相同頻帶上（為接收器）的濾光器提供功率。這些器件還可以作為一種高效的高速儀器放大器，把差動信號變換為單端信號。目前民用航空工業主要采用被動式空腔濾波器，其調諧方式因設備、機型而異。但是，調頻的準則基本上是一致的。在實踐中，最簡便和切實可行的辦法就是利用發送濾波器來減小發射端ＶＳＷＲ，以提高工作效率。這種方法可以很好地解決頻率穩定問題，但由于其電路比較復雜，需要很高的低通濾波器，因此無法很好地解決輸出的線性度問題［１］ 。為使饋線的射頻功率以電磁波的方式對反射面、透鏡等進行輻射，就必須把電壓源與電流源的輸出聯合起來，使其在孔徑上產生適當的場分布，以形成所需的賦形波束。饋源喇叭是必不可少的，其中最為理想的是波形喇叭，波紋結構的設計可以產生混合模ＨＥ１１，在ＨＥ１１ 模式中， ＴＥ 與ＴＭ 分量具有相同的截止頻率與相速，進而產生不同的固有頻率。這樣， Ｅ． Ｈ ２ 個平面的指向性在約１：１．７ 的工作頻帶內就能夠得到充分的等效，并且其相中心基本獨立于頻率，使其在１：２．４的頻率范圍內表現出優異性能。

３ 天線共用系統的安裝與調試

３．１ 濾光片的選型和調試

３．１．１ 帶通濾波器（ｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｌｔｅｒ）

帶通濾波器是一種具有很低電阻的電路，適用于各種線束、家用電器、各種儀器等，通常不受任何干擾。若能迅速將帶通濾波器調至理想工作頻率，并放置在發射機和天線之間，則會減弱對高頻電流的反應，進而減少與其他工作頻率接收器的連接，特別是當無線電子測量技術被調至鄰近的頻率時。濾波器的中央頻率要調節到訪問站的頻率。通常，這種ＦＭ信號的波段遠遠小于載波頻率，而大多數接收機接收和處理的信號都是窄帶。帶通濾波器已被廣泛應用于各種系統，如非線性、時延等。但由于信號的傳輸以及電子設備的使用，會導致系統的時延，從而影響系統的穩定。當系統輸入輸出受到擾動時，系統會出現較大的頻率波動，因此可通過設計控制系統來實現系統的穩定。

３．１．２ 帶阻濾波器

帶阻濾波器又被稱作陷波濾波器，這是一種高Ｑ諧振電路，可以在較小的影響下，使其他頻段減小至更低的帶寬。它和帶通濾波器完全不同，該濾波器可以通過濾波器連接，并從濾波器內消散。其最大衰減值出現在濾波器諧振頻率上，雖然這個諧振頻率能夠通過串行方法來提高，但該設備與帶通濾波器的功能相差無幾，都能夠通過在發射器上使用陷波器，減少發射器的噪聲輻射，降低發射機之間的互調干擾。帶阻濾波器在接收端使用時，可以減少或抑制接收機之間的互相調制，但陷阱只會在特定或者相對狹窄的波段內產生最大的衰減。通常，這種ＦＭ 信號的頻段遠遠小于載波頻率，而大多數接收機接收和處理的信號都是窄帶。所以，在信號覆蓋的區域，不能保證信號的大小超過某個閾值。

３．２ 饋源喇叭的選型與調試

饋源變頻器所發出的波形是一個球形，其波形方向圖的寬度應與主次反射器的孔徑相匹配，才能最大限度地將電磁波形集中在相應的反射器上，從而達到提升輻射器發射效率，降低外溢損耗的目的。其饋源的擴音器有如下幾種特征。

３．２．１ 主模喇叭

主模喇叭在單一的主模上工作，且Ｅ． Ｈ ２ 個方向上的波形不一致，相中心隨著頻率的改變而改變，現在已經很少被采用。該產品的邊長較寬，有時甚至需要較大的拉拔角度。但在實際的工程中，由于要對定位信號進行濾波，因此必須對其進行相位補償。

３．２．２ 雙模喇叭和多模喇叭

為彌補Ｅ． Ｈ 平面不均勻的缺陷，可以通過調整張角、口徑，以及引進高次模式等方式，以實現Ｅ． Ｈ平面上的均勻分布。隨著高階模態的加入，幅度與相位的合理結合，使變幅面的Ｅ． Ｈ 平面將更加接近等效，但變幅面的構造也將更加復雜。但這種方法的最大缺陷在于其帶寬受到了一定的限制，只能用于窄頻平面天線。當一個高階模態與另一個高階模態疊加時，稱其為雙模式號角；當多個高階模態疊加時，稱其為多模式號角。

３．２．３ 波形喇叭

波形喇叭是一種新型的高功率微波輻射器，該輻射器具有良好的工作特性，其工作模式為高功率微波輻射器型，且具有與設計頻段不相關的特性，使Ｅ． Ｈ２ 個平面的指向性在約１：１．７ 的工作頻帶內得到了充分的等效，并且其相中心基本獨立于頻率，具有較好的偏振和副瓣特性。環形負載的波浪形變幅桿進一步拓寬了頻率范圍，使其在１：２．４ 的頻率范圍內表現出優異的電氣性能。作為一種新型的天線饋電方式，其可以有效地減少輻射損耗，提高輻照效率，并獲得更高的偏振純度。

３．２．４ 組合喇叭

組合喇叭以同一天線視軸為核心，對稱排列著４個大小相同的音箱，共同實現收、發通信。這４ 個喇叭所接收的頻率幅度之和被稱作和信號（也就是天線主波束），左右２ 個喇叭所接受的幅度值之差被稱作是方位角差信號，而左右２ 個喇叭所接受的幅度值之差被稱作是俯仰差信號。差分信號可以被用來追蹤驅動天線的方位角傾斜控制信號，當２ 個差分信號為０ 時，就是對齊的標記（這時和為最大值）。在負荷劇烈變化時，通過對其進行無差調，就能將其工作頻率保持在額定值內。

３．３ 天線間隔

由于地空通信中的甚高頻設備的天線必須十分接近。在機場中的無線電干擾十分普遍。因此，合理選擇通信頻段對提高通信性能及保證通信的準確性有著非常關鍵的作用。在選擇無線通信方面的超高頻電子標簽裝置時，還需要確保發射天線的間距與接受天線群之間的間隔不會造成內部駐波。在實際工作中，發分離臺站、接收一體化臺站都必須保證發射天線群和接受天線之間的間隔不受內部影響。而這個參數也和濾波器調制值、雙極化天線增益、頻率間隔、干擾源數量等因子有關。在特定條件下，接受天線和發送天線間的安裝長度必須最短，可以將天線與天線垂直放置，垂直間距應超過６ ｍ，以確保收發間的間隔［２］ 。

４ 天線共用系統的日常維護

甚高頻天線共享系統分為日常維護、月維護、季度維護３ 種類型，要制定一套完整的維護流程，確保每一臺設備都能正常運行，并對其進行調試。（１）日常維護：主要是對設備的駐波比率進行測試，并對其進行適當調整，以保證系統處于最佳的工作狀態。（２）月度維修：定期檢查各裝置的連接狀況，清潔各部件，并對聯軸器、同軸繼電器進行檢查。設備檢修方案主要是針對設備的使用狀況，制訂大、中修方案，確定設備的維護內容，對易出現故障的設備進行預防性維護。（３）季度維護：主要是對軟件進行檢測，重點檢查各個關鍵部件和容易出現故障的地方，并進行參數檢測，以調整不合格參數。

對天線系統進行檢查，擰緊連接，涂上防銹潤滑油。尤其是在檢修過程中，要嚴格遵守《電力安全規程》，遵循“兩票三制”“四不傷害”“四不放過”等原則。遇到暫時不能解決的問題，要及時上報領導，并組織技術人員進行檢查，并根據檢查的結果，對有問題的設備進行維修。

天饋系統是ＶＨＦ 中的一種能量轉換裝置，其功能是接收和發射無線電波，由于其工作環境較為嚴苛，長期使用下來，必然會出現絕緣材料老化、金屬部件腐蝕、緊固件、電纜連接件松動等問題，這些問題很難被及時察覺，因此必須定期檢查。一是要不斷地觀測駐波比率的改變，并對開關、各個連接部位進行檢測，檢查有無過熱。二是要經常對天線的各個組件和安裝部件進行檢查，觀察絕緣層、防水膠粘層是否牢固。三是對饋電、充氣等設備進行檢測，以保證在沒有電源的情況下，天線的工作角處于安全的范圍內。四是對各類電線的絕緣材料進行檢查，檢查有無老化松散，并及時進行更換。五是確保員工在工作中有高度的責任心，并積極地投身于工作中，完成各項工作任務［３］ 。

５ 結束語

采用甚高頻天線共用系統可以很好地解決設備天線所占空間較大的問題。同時，由于新的網絡技術的廣泛使用，使得現有的網絡能夠很容易地更新到新的技術規范，并且能夠保證原有技術的兼容性。但在實際應用中，應注意以下幾點。一是對頻率的合理分配。根據各國和區域的應用標準，一般都會根據不同的頻率來設計不同的讀寫器天線。若共用系統共用部分發生故障，則同一天線上的所有裝置都不能正常工作，所以要合理安排共用一個天線，確保控制使用者的安全。二是在安裝好后，對天饋系統進行測量，并記錄其安裝過程中的檢測結果，為后續維修工作提供有價值的資料，以便在發現問題時能及時解決，保證系統的安全、穩定。

參考文獻：

［１］ 陸寅，劉中華．甚高頻天線共用系統內部互調產物的產生及預防［Ｊ］．民航管理，２０１８（１２）：６９?７１．

［２］ 王瑞軍．民航甚高頻天線共用系統的主備切換差異分析［Ｊ］．中國科技信息，２０２１（６）：２９?３０．

［３］ 黃凱．中波轉播臺衛星接收天線的安裝與調試分析［Ｊ］．衛星電視與寬帶多媒體，２０２１（７）：２５?２９．

作者簡介：

孫占奉（１９８４—），本科，工程師，研究方向：電子通信。