地空通信中的幾類干擾問題淺析

1、VHF地空通信中的幾類干擾問題淺析劉 云內(nèi)容摘要：本文結(jié)合作者多年參與民航空管甚高頻通信系統(tǒng)建設(shè)的經(jīng)驗和高頻電子基本理論，分析了VHF地空通信中的幾類常見干擾問題。對各種干擾問題表現(xiàn)出的現(xiàn)象、產(chǎn)生的原因、解決的方法進行了初步的探討。關(guān)鍵詞： 甚高頻，交調(diào)干擾，互調(diào)干擾，同頻干擾VHF通信系統(tǒng)是管制人員實施正確、安全的空中交通管制的最核心的系統(tǒng)之一，作為實施“雷達(dá)管制”的基本保證，其工作情況的好壞將直接關(guān)系到管制中心的運行和民航飛行安全。由于機場周圍電磁環(huán)境的復(fù)雜，以及VHF通信手段自身的一些特點，使得VHF通信系統(tǒng)很容易受到干擾，對這些常見干擾問題的深入了解，將有助于提高系統(tǒng)運行的可靠性，提升

2、民航空管技術(shù)保障部門的保障能力，并對以后的管制中心VHF系統(tǒng)建設(shè)提供寶貴的經(jīng)驗。一、VHF地空通信常見干擾簡介在無線電通信中，存在各種各樣的干擾情況。根據(jù)其表現(xiàn)的不同主要分為鄰頻道干擾、交調(diào)干擾、互調(diào)干擾、阻塞干擾等。結(jié)合民航甚高頻通信自身的特點和建設(shè)的具體情況，對甚高頻通信影響比較大的主要有交調(diào)干擾、互調(diào)干擾；同時由于在甚高頻大區(qū)覆蓋中，不可避免的會出現(xiàn)多個臺站同時發(fā)射的情況，由此出現(xiàn)特定的同頻干擾，這也是民航空管地空通信中最為常見的一種干擾現(xiàn)象。下面將針對這幾類干擾，進行簡單的分析。二、交調(diào)干擾的現(xiàn)象及理論分析2.1 交調(diào)干擾的現(xiàn)象表現(xiàn) 在空管領(lǐng)域，地面甚高頻接收機被別的大功率通信設(shè)備干擾

3、的現(xiàn)象屬于交調(diào)干擾。其現(xiàn)象為：接收機調(diào)諧在有用信號的頻率上時，干擾電臺的調(diào)制信號聽得很清楚；而當(dāng)接收機對有用信號失諧時，干擾信號可聽度降低，并隨著有用信號的消失而消失，好像干擾信號的調(diào)制轉(zhuǎn)移到了有用信號的載波上。交調(diào)干擾在接收機的高放級或混頻級都可能發(fā)生，一旦產(chǎn)生，后端的中頻回路是無法把它們消除的。2.2 交調(diào)干擾的理論分析 交調(diào)干擾是由于晶體管放大器或混頻器的非線性特性所產(chǎn)生的，因此可從晶體管正向轉(zhuǎn)移特性icvin關(guān)系入手，進行分析。設(shè)作用于輸入端的信號有：有用信號： vs=Vscosst，干擾信號： vn=Vncosnt，上述公式中，V分別是各信號的振幅，被音頻信號所調(diào)制，分別是各信號的載

4、波角頻率（2f）。則合成信號為： vVscosstVncosnt 將ic展開成v的泰勒冪級數(shù)，得：icf（VB+v）=f（VB）f（VB）vf（VB）v2f（VB）v3+， （1）設(shè)f（VB）g，f（VB）g， f（VB）=g，則icf（VB）gv+gv2gv3+ （2）（2）式中，g是晶體管的跨導(dǎo)，VB是直流偏置電壓。 將vVscosstVncosnt代入（2）式中，并經(jīng)過三角變換后，把信號的基波電流取出，得：ic1（g Vsg Vs Vn2）cosst （3） 由于vs和vn均為已調(diào)信號，其振幅隨音頻信號的變化而變化。實際振幅的數(shù)學(xué)表達(dá)式分別為：Vs（1m1cos1t）、Vn（1m2cos

5、2t），其中1和2分別表示調(diào)制在有用載波和干擾載波上的音頻信號角頻率，m1和m2分別表示各自的調(diào)制度。將實際振幅的表達(dá)式代入（3）中，經(jīng)三角變換后，略去高次項，即得：ic1（g Vsg Vs m1 cos1tg Vs Vn2 m2cos2t）cosst （4） （4）中的第二項即為有用信號的調(diào)制，第三項為干擾信號所轉(zhuǎn)移的調(diào)制。定義交叉調(diào)制系數(shù)kf如下： kf Vn2 （5）2.3 交調(diào)干擾的幾點結(jié)論由表達(dá)式（5）可知：l 交調(diào)干擾是由晶體管特性的三次或更高次非線性特性產(chǎn)生的，它與g成正比。l 交叉調(diào)制的程度與干擾信號振幅的平方成正比，所以提高前端的選擇特性，減弱干擾信號的振幅，是克服交調(diào)干擾的

6、有效手段。l 交叉調(diào)制系數(shù)與有用信號的幅度無關(guān)，因此不能用增加有用信號強度的方法來克服交調(diào)干擾。l 交調(diào)干擾的產(chǎn)生，無需有用信號與干擾信號之間發(fā)生頻率聯(lián)系，即不管干擾信號的頻率距離有用信號頻率多遠(yuǎn)，只要它的強度足夠，并進入接收機前端，就可能產(chǎn)生交調(diào)干擾。 由以上描述可知，在接收機附近有足夠強的干擾源時就會產(chǎn)生交調(diào)干擾，而與干擾源的頻率無關(guān)。根據(jù)這些特點，在民航解決交調(diào)干擾的辦法主要有：增加接收機前端的選擇特性（例如增加腔體濾波器）；通過無委對超出國家規(guī)定的各種發(fā)射臺站進行規(guī)范管理，以降低干擾源的發(fā)射功率。三、互調(diào)干擾的現(xiàn)象及理論分析3.1 互調(diào)干擾的現(xiàn)象 當(dāng)有兩個或更多個干擾信號一起加到接收機

7、的輸入端時，由于放大器的非線性作用，使干擾信號彼此混頻，可能產(chǎn)生頻率接近有用信號頻率的互調(diào)干擾分量，并與有用信號一道進入接收機中頻系統(tǒng)，在檢波器差拍檢波后，產(chǎn)生嘯叫聲。3.2 互調(diào)干擾的理論分析與前述相同，可以從晶體管的正向轉(zhuǎn)移特性入手，進行分析。假定輸入信號包括兩個干擾信號和一個有用信號，即： vV1cos1tV2cos2tVscosst （1）將ic展開為v的泰勒冪級數(shù)，得：icf（VB）gv+gv2gv3+ （2）（2）式中，第一項是直流項（常數(shù)）；第二項是線性放大項；第三項是二階失真項；第四項是三階失真項。將（1）式代入到（2）式中，并經(jīng)過三角變換可得：icg Vscosstg V1

8、V2cos(1+2)tcos(1-2)t （線性放大） （二階互調(diào)）g V12 V2 cos(212)t （3） （三階互調(diào)）上式中僅寫出有關(guān)項的表達(dá)式，其余省略。 由（3）可知，構(gòu)成二階互調(diào)干擾的條件是：12s，構(gòu)成三階互調(diào)干擾的條件是：212s。3.3 互調(diào)干擾的幾點結(jié)論根據(jù)上面的討論可知：l 互調(diào)干擾是由放大器的二次、三次和更高次非線性（即二階、三階失真項）產(chǎn)生的。l 互調(diào)干擾分量的強度與輸入干擾信號的振幅有關(guān)。通常三階互調(diào)干擾的危害性較大，這是因為二階互調(diào)干擾可采用亞倍頻程前置濾波器去除，而去除三階互調(diào)干擾則比較困難。l 產(chǎn)生互調(diào)干擾的干擾源其頻率之間必須滿足一定的關(guān)系，這與交調(diào)干擾不

9、同。四、同頻干擾的現(xiàn)象及理論分析同頻干擾是在甚高頻大區(qū)覆蓋系統(tǒng)建設(shè)中比較普遍存在的問題。為保證管制扇區(qū)的區(qū)域覆蓋，一般由多個甚高頻臺站組成一個扇區(qū)的地空通信系統(tǒng)，當(dāng)這多個臺站同時發(fā)射時，就會出現(xiàn)同頻干擾。4.1 同頻干擾的現(xiàn)象 當(dāng)有兩個相同頻率的信號一起加到接收機的輸入端時，由于放大器的非線性作用，使這兩個信號混頻，而這兩個載波分別由不同的振蕩源產(chǎn)生，頻率不可能完全相同，存在著微小的差異。同時由于多普勒效應(yīng)，混頻后使得這微小的差異變大，落入音頻范圍內(nèi)，經(jīng)檢波后產(chǎn)生很大的背景噪音。4.2 同頻干擾的理論分析 頻率穩(wěn)定度介紹 頻率穩(wěn)定度是甚高頻電臺的一個重要指標(biāo)，單位為ppm（百萬分之一）。由于電

10、子元器件的特性不可能完全相同，由此組成的振蕩源存在微小的差異，頻率穩(wěn)定度就是說明該差異大小的一個指標(biāo)。以3ppm的甚高頻電臺為例，假設(shè)電臺頻率設(shè)為130M，則其載波的真實頻率位于：130106130106310-6（Hz），130106130106310-6（Hz）之間，頻率漂移量為390Hz。 多普勒效應(yīng)由于波源與觀測者有相對運動而使觀測者所接收到的波的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象叫作多普勒效應(yīng)，多普勒效應(yīng)會造成飛機收到地面甚高頻臺站發(fā)射的電磁波頻率偏移。當(dāng)飛機的飛行方向是飛離甚高頻臺站時，飛機實際接收到的甚高頻電臺的頻率為：ff，本式中，f為地面臺站的頻率，u為電磁波傳播速度，v為飛機飛行速度，頻率

11、的偏移量為：ff，當(dāng)飛機的飛行方向是飛向臺站時，頻率的偏移量為：ff。假設(shè)地面臺站的頻率為130M，飛機的飛行速度是720公里/小時（200米/秒），電磁波的速度按光速3X108（米/秒）計算，則頻率的偏移量為：f87Hz。 同頻干擾產(chǎn)生的原因 假設(shè)有兩個同頻的電臺，其設(shè)置頻率為f1，實際的載波頻率為f1f1，f1f2，飛機向著其中一個臺站飛行，遠(yuǎn)離另一臺站，如下圖所示：臺站2臺站1臺站1發(fā)出的電磁波為： V1cos2（f1f1）t，臺站2發(fā)出的電磁波為：V2cos2（f1f2）t。根據(jù)多普勒效應(yīng)，飛機收到臺站1的信號頻率為：f1f187Hz，飛機收到臺站2的信號頻率為：f1f287Hz，即：

12、 vV1cos2（f1f1-87）tV2cos2（f1f2+87）t （1）如前所述，將ic展開為v的泰勒冪級數(shù)，得：icf（VB）gv+gv2gv3+ （2）將（1）式代入（2）中，并經(jīng)三角運算后可得：icg V1 2（f1f1-87）tg V2cos2（f1f2+87）t （線性放大）g V1 V2 cos 2（2f1f1f2）tg V1 V2 cos2（f1f2174）t （3） （干擾項）由（3）式可知，混頻后產(chǎn)生了一個f1f2174的頻率分量，若電臺的頻率穩(wěn)定度為3ppm，則f1的取值范圍為390Hz，f2的取值范圍為390Hz，新的頻率分量的取值范圍為174954Hz；若電臺的頻率

13、穩(wěn)定度為1ppm，則f1的取值范圍為130Hz，f2的取值范圍為130Hz，新的頻率分量的取值范圍為174434Hz?？梢娫擃l率分量落入了音頻范圍，在后端的音頻處理電路中是無法濾除的。4.3 同頻干擾的解決方案根據(jù)前面的描述，產(chǎn)生同頻干擾的根本原因是由于發(fā)射機的頻率不能完全一致，而使得飛機收到的信號混頻后產(chǎn)生音頻噪音，多普勒效應(yīng)加強了這種干擾效果。基于上述原因，目前解決同頻干擾的辦法集中于兩個方面：頻偏設(shè)置和異地同頻。 頻偏設(shè)置 設(shè)置頻偏解決同頻干擾的原理是通過人為的設(shè)置使發(fā)射機的頻率產(chǎn)生偏移，使得飛機上的接收機在混頻后產(chǎn)生的新的頻率成分不在音頻范圍內(nèi)。 仍以前面的圖為例，假設(shè)臺站1的電臺設(shè)置頻率為f1，頻偏設(shè)置為f頻偏1，由電臺本身產(chǎn)生的頻率偏移為f1，臺站2的電臺設(shè)置頻率為f1，頻偏設(shè)置為f頻偏2，由電臺本身產(chǎn)生的頻率偏移為f2。則：飛機收到臺站1的信號頻率為：f1f頻偏1f187Hz，飛機收到臺站2的信號頻率為：f1f頻偏2f287Hz，混頻后產(chǎn)生的可能干擾項為：（f頻偏1f頻偏2）（f1f2）174 通過前面的描述可知，（f1f2）174是在音頻范圍內(nèi)，但只要設(shè)置合適的頻偏，使得（f頻偏1f頻偏2）（f1f2）174不在音頻范圍內(nèi)，即可消除同頻干