浅析航空甚高频无线通信互调干扰
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摘要：本文简要分析了甚高频通信中互调干扰的形成及危害，结合民航甚高频通信的特点。给出了相应的数学模型；并探讨了解决干扰的方法。
关键词：互调干扰甚高频抗干扰
中图分类号：TN973.3 文献标识码：A
1．引言
在无线电通信过程中，由于无线电波可能被其他无线电波干扰，降低了接收到的有用信号的质量，有时甚至可能会阻断通信，这就是无线通信系统干扰。这种情况威胁到了飞机的安全。为使干扰甚高频无线通信系统的情况减少，增强飞机的安全性，需要了解无线电干扰的形成机理和类型，以此来探索解决措施。
2．互调干扰概述
在无线通信中，互调干扰属于最严重的干扰。由于电路具有非线性这一特点，当不少于两个的信号频率一起输入发、收信机时，就会产生第三个频率，这个频率称为互调频率fo，如果fo恰好是某电台的工作频率，那么此台将会受到干扰，这就是互调干扰。如果发射天线数量不少于两个，且相互很靠近时，每个发射机与其他发射机之间通常会通过天线系统耦合，每一个发射机的辐射信号都会进入其他的发射机的传输系统和末级放大器，这样就形成了互调。假如互调频率进入了末级放大器的通带内且又被辐射了出去，这种辐射就可能干扰其他的接收机；此时，互凋干扰就产生在接收机中。不少于两个的强的带外信号，有可能会使射频放大器进入非线性工作区，从而在第一级混频器内形成干扰。
互调干扰不仅严重危害发射机，还会影响通信的质量。当多部发射机同时工作时，会发生多级互调现象，形成噪声，使通信的质量严重降低；另外，当调试好发射机后，输出电路的最佳谐振点处是它的工作频率所在的点。此时电路有最小的电流。而互调干扰信号会让电路工作失谐，导致元件严重发热，大大减少了发信机的寿命。
3．1互调频率计算
甚高频信道用于地空通讯。随着民航飞行量越来越多，甚高频也在不断增多，信道与信道之间互调干扰越来越严重，而干扰对指挥和飞行造成非常大的影响。客观条件限制天线的架设，如果通信的频率选择不合适，那么就非常容易干扰到有用信号，再加上长期使用可能会导致甚高频收发信机性能下降，互调干扰就会变得更加严重。所以，在甚高频共用的天线系统之中，一定要使互调频率不落在工作信道或者是相邻信道之内。合理分配共用系统的频率，合理分配各分离VHF天线的频率，合理分配各机场的频率，这些对于避免互调干扰最为有效。所以我们需要计算出互调产生的频率值，并从中发掘出干扰的频率值。不过，当甚高频信道比较多时，计算互调频率的工作量是惊人的。
在研究信道之间互调之后，着重分析产生互调的频率组合，尝试建立可用的相应的数学模型。因为民航的甚高频通信相对频段比较窄，奇阶互调中的和频分量和偶阶互调分量均不落在工作频段之内，因此不干扰本系统的通信，而只有奇阶互调中的差频分量有可能落在工作频段之内，这是因为产生互凋的源频率和它相距比较近 干扰本系统。例如，三阶互调干扰，设有4个频率f1、f2、f3、f4，其中f1、f2、f3为发射频率，f4为接收频率，并且满足f1+f2－f3=f4，此时，就会干扰到f4；设有3个频率f1、f2、f3，f1'、f2'为发射频率，f3'为接收频率，如果满足2f1一'f2='f3，则f3'将扰，五阶互调与三阶类似。对于七阶互调，因为它的能量非常小，基本可以忽略，至于七阶以上的互调，那仅仅存在理论上。经过分析，统计所有可能的混频组合，并结合实际民航甚高频通信的情况，我们建立了模：
一个基波同两个基波的二次谐波混频：
三个基波同另一基波的二次谐波混频：
两个基波同另一基波的三次谐波混频；
三个基波混频。
一个基波的二次谐波同另一基波的三次谐波混频；
一个基波同另一基波的二次谐波混频；
一个基波同两个基波的 次谐波混频；
五个基波混频。
一个基波的三次谐波同两个基波的二次谐波混频；
一个基波的三次谐波同另一基波的四次谐波混频；
一个基波的二次谐波同另一基波的四次谐波混频。
3．2发射机互调的产生
当多部发射机的信号进入另外一部发射机，在该级功放非线性作用下，就会相互调制，出现不被需要的频率组合，如果这些组合频率和接收机接收信号的频率相同，那么就会对接收机产生干扰，这就是发射机互调干扰。
图1是两部发射机产生的互调现象的说明，设fA是发射机A的发射频率，fB是发射机B的工作频率，在末级功率放大器中发射机A产生fC，发射机B产生fD。在此处，A和B两台发射机共发出四个频点的信号fA、、fB、fC、fD。这里fC和fD是发射机互调的产物。
图1两部发射机的互调现象
为使发射机互调干扰减轻，可以采取以下措施：
(1)使发射机之间的耦合的损耗Lc尽量增大。为增大频率隔离度，在发射机输出端可以接入高Q带通滤波器；避免馈线平行敷设和互相靠近；当不同的各发射机分用不同的天线时，要客观的增大天线之间空间的隔离度。
隔离器通常用来增加耦合损耗。隔离器可以保护发射机，吸收通过天线系统干扰发射机信号的能量，减少发射机故障率。一般情况下隔离器是一种铁氧体装置。因为电磁波信号单向传递，外界信号进入输出端后，在旋转磁场的作用下，被同方向旋转了120度然后进入吸收端，信号的能量变为热能散发掉，因动方向上的阻抗非常高而且在信号角上，所以使频率交叉的作用减少了。与此同时，在发射天线到传输线的路径上有用的发射信号并没有被减小。
通常要求隔离器的正向插损很小，不大于0.3—0.5dB；而反向特性要求频率的带宽越宽越好、吸收的能量越大越好；一般带宽要求在20MHz以内，可使能量降低25dB以上。所以，隔离器可以吸收从外界倒灌进入发射机的干扰信号，从而抑制互调产物。
隔离器与带通滤波器在抵抗外界干扰的作用中是相互补充的。在带外滤波器双向滤波，而在带内隔离器单向滤波。通常可以使用阻带滤波器、带通滤波器，同时，当精确调整滤波器的频率时，需要给出覆盖区内的干扰和设备的所在地的问题。部分滤波器是可以按照选择性和插人损耗来调谐，在多路耦合系统之中使用。大多数情况下都用专波长空腔谐振器，用不少于两个的谐振器可以明显改善选择性。在高密度的无线电频率的环境里，类似的空腔谐振器可以尝试在接收机的前端电路之前安装。按照抑制干扰或选择性的需要，可以购买4个、6个或者8个空腔谐振器。还可使用带状线、螺旋同轴线的谐振器。
(2)注意使发射机的末级功放的性能提高，使发射机的线性动态范围扩大。
(3)在共用的天线系统之中，天线与各发射机之间可以插入高Q谐振腔或单向隔离器。
3. 3接收机互调干扰
如果接收机的前端是非线性电路，当多个较强的信号一同落人接收机内时，在非线性电路的作用之下会产生互调频率，而当互调频率处于接收机的中频频带内时，就会对接收机接收信号造成干扰。
为使接收机的互调干扰减少，可以尝试采取下列措施：
(1)在接收机前端添加衰减器减小接收机的互调干扰。
(2)接收机的输入回路需具有比较好的选择性，比如采用多级调谐回路等等，以使进入高放的强干扰减少：
(3)混频器和高放应采用有平方律特性的器件(如双栅场效应管和结型场效应管)。
4．抗干扰措施
无线电干扰会严重威胁飞机的安全性，所以一定要最大限度的防止无线电干扰，要根据具体情况设计正确的措施来防止无线通信系统受到干扰。
(1)合理设置电台频率
保证无线通信系统不扰，其最重要的途径就是合理设置电台频率。设置电台频率前，要详细了解机场附近一定范围内使用无线电信号的情况，根据具体环境把甚高频电台的频率设置到合理的状态，这样可以使甚高频电台尽量不受其他无线电信号的干扰。
(2)定期监测机场周边的电磁环境
在机场周边常常不定期的会出现一些居民楼、工业工厂等，这些建筑常带有通讯设备。工厂生产产品的各种仪器、广播和有线电视等等会产生电波，而这些电波对机场的无线通信系统通常会造成干扰。
甚高频电台所在地的周围环境很重要，如果发现有此类干扰信号，应当及时的采取相应的应对措施，以免造成太多不必要的麻烦。
(3)合理架设无线
合理架设天线可以避免无线通信系统被不必要的信号干扰。天线在无线通信系统中很重要，要正确合理的设置天线，最大限度的防御无线通信系统扰。在设置各个分射机的天线时，要注意控制天线之间的距离，将天线之间的垂直距离与水平距离尽量加大，并加大馈线之间的距离。如此，发射机在发射的时候，就可以避免干扰周围的正在工作的接收机，同时也使各发射信号之间的互相干扰降低，并减弱了对其他频率的互调干扰。
(4)接收机加装腔体滤波器
为了能够使无线通信系统的干扰信号被更好的滤除，可以在接收机内加装腔体滤波器，这种腔体滤波器是由调谐螺钉以及谐振腔等配件组成，它具有较高的Q值，插入损耗较低，能够更加有效的滤除无线通信系统中产生的信号干扰。使接收机加强了有用信号的接收，提高了检测数据的准确性。
(5)改造接地
造成电台信号的其中一个原因是无用的电磁信号耦合，良好的馈线接地能够有效的使电台信号受无用的电磁信号耦合的影响降到最低。因此，科学合理的改造接地，能更加有效的防止无线电通信系统受无用信号的干扰。
(6)协调机场与当地无线电管理部门间的工作
确保无线电通信系统不受干扰，还要协调好机场与当地无线电管理部门间的工作。
5．结论
无线通信系统在航空的空管领域之中作用非常重要，且与飞行安全息息相关。随着人们生活水平的提高，生活节奏的加快，外出时人们越来越多的乘坐飞机，如果无线电波影响了甚高频无线通信系统，就会严重威胁飞机的安全性，甚至还会造成人员伤亡。我国对这方面越来越重视，研究避免无线电波的感染也已经获得了突破，使人们的生命安全得到了保证。
参考文献
[1]郭梯云．移动通信[M]．西安电子科技大学出版社，1995．
[2]钟锋．民航甚高频电台常见干扰分析[J]中国无线电管理