多臺(tái)站同址干擾分析及仿真

徐文杰,周新力,李福琦,金慧琴,宋斌斌

(海軍航空工程學(xué)院,山東煙臺(tái)264001)

0 引言

在實(shí)際應(yīng)用中,常會(huì)遇到許多設(shè)備工作在同一個(gè)狹小空間的情況[1],例如機(jī)場(chǎng)塔臺(tái)和指揮臺(tái)經(jīng)常布置多部短波和超短波電臺(tái),而由于設(shè)備的密度比較大,工作頻點(diǎn)比較多以及天線的隔離度有限,它們之間難免會(huì)造成各種干擾,使得設(shè)備間不兼容而不能正常工作,這就迫使我們展開(kāi)對(duì)多臺(tái)站同址干擾的研究。

1 同址干擾原理分析

同址干擾是指許多發(fā)射機(jī)和接收機(jī)在同一平臺(tái)上工作時(shí)它們之間所產(chǎn)生的干擾。同址干擾主要包括:同/相鄰帶干擾、互調(diào)干擾、諧波干擾、中頻干擾和鏡像干擾[2]。

1.1 同/相鄰頻道干擾

同頻道干擾是指載波頻率與有用信號(hào)的載波頻率相同,并以相同的方式進(jìn)入接收機(jī)中頻通帶的非有用信號(hào)所造成的干擾。這種干擾在接收機(jī)中干擾信號(hào)與有用信號(hào)等同地被放大、檢波和輸出,降低了接收機(jī)的信噪比。當(dāng)干擾信號(hào)電平超過(guò)接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍時(shí),可造成接收機(jī)阻塞,無(wú)法進(jìn)行通信。

鄰道干擾是來(lái)自相鄰波道信號(hào),它是由于接收機(jī)選擇性差,或者是鄰道發(fā)射機(jī)頻帶過(guò)寬造成的,減小這種干擾只有通過(guò)提高發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)才能實(shí)現(xiàn)。

1.2 互調(diào)干擾

互調(diào)干擾是指當(dāng)2個(gè)或2個(gè)以上的頻率信號(hào)同時(shí)進(jìn)入發(fā)射機(jī)和接收機(jī)時(shí),由于電路的非線性而產(chǎn)生第3個(gè)頻率稱為互調(diào)頻率f0,若頻率f0恰好落入某個(gè)電臺(tái)的工作頻率上,該臺(tái)將受到干擾。互調(diào)干擾可分3類。

1.2.1 發(fā)射機(jī)互調(diào)

在有效的作用距離之內(nèi),1部或多部發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào),通過(guò)天線和其它途徑耦合到另一部發(fā)射機(jī)中,并在后者的末級(jí)功率放大器的非線性作用下相互調(diào)制,產(chǎn)生不需要的頻率組合,隨同有用信號(hào)發(fā)射出去,在接收機(jī)內(nèi)反映出干擾。

1.2.2 接收機(jī)互調(diào)

當(dāng)2個(gè)或多個(gè)信號(hào)同時(shí)進(jìn)入接收機(jī)前端電路時(shí),在非線性電路(例如高頻放大、混頻等)作用下發(fā)生互調(diào),當(dāng)互調(diào)產(chǎn)物落入接收機(jī)中頻通帶內(nèi),便產(chǎn)生接收機(jī)互調(diào)干擾。

1.2.3 銹栓效應(yīng)

由于天線、饋線和高頻濾波器接觸不良或不同金屬相接觸等非線性因素造成的相互調(diào)制。此種干擾只要在施工中注重質(zhì)量、在運(yùn)行中加強(qiáng)維護(hù)管理是可以避免的。

互調(diào)干擾又分為奇次互調(diào)和偶次互調(diào)。由于偶次互調(diào)f0離使用頻段較遠(yuǎn),故可不予考慮,而主要考慮奇次互調(diào)中的三階互調(diào)。尤其是三階二型互調(diào),公式為:f0=2f1-f2,此互調(diào)幅值大,干擾影響嚴(yán)重。

1.3 諧波干擾

在發(fā)射極中,由于混頻器和倍頻放大器都具有很強(qiáng)的非線性特性,產(chǎn)生了大量的諧波 nf0,n=1,2,3…。當(dāng)發(fā)射機(jī)的濾波特性不良時(shí),這些諧波便隨載波一同輻射出去,造成諧波干擾。這種干擾可能在發(fā)射機(jī)所需信號(hào)帶外的1個(gè)或多個(gè)頻點(diǎn)上產(chǎn)生。諧波越是接近有用信號(hào)頻率,干擾就越大。

1.4 中頻干擾

中頻干擾是超外差接收機(jī)所特有的現(xiàn)象,指當(dāng)干擾頻率接近接收機(jī)中頻時(shí),可以直接進(jìn)入中頻濾波器,而高放回路對(duì)其抑制不夠的時(shí)候,就會(huì)在在接收機(jī)輸出端形成的干擾。

1.5 鏡像干擾

鏡像干擾也是超外差接收機(jī)特有的現(xiàn)象,設(shè)信號(hào)頻率為 fs,振蕩頻率為 fc,中頻 fid=fc-fs,在比f(wàn)s高2個(gè)中頻處有一個(gè)頻率fm,稱為像頻。

鏡像頻率如果位于輸入回路的通頻帶內(nèi),通過(guò)外差的變頻作用就會(huì)把像頻位置以及附近的電臺(tái)信號(hào)搬移到中頻帶內(nèi),對(duì)接收信號(hào)形成干擾。如果像頻位置以及附近處無(wú)信號(hào),就只增加了點(diǎn)噪聲,降低了信噪比;如果像頻處正好有一個(gè)電臺(tái)信號(hào),該信號(hào)就會(huì)和接收信號(hào)差拍形成嘯叫,較強(qiáng)的像頻會(huì)喧賓奪主,抑制掉輸入信號(hào);如果電臺(tái)信號(hào)不正好在像頻處,而是在像頻附近,則會(huì)形成混臺(tái),產(chǎn)生偏調(diào)失真。

鏡像只能通過(guò)提高一中頻頻率(或采用上變頻方式)或提高高放電路Q值去抵制,而不能通過(guò)中放以后的電路減少或消除。

2 仿真實(shí)例

2.1 仿真條件

下面對(duì)多臺(tái)站同址干擾進(jìn)行仿真,選用4個(gè)臺(tái)站,各臺(tái)站的參數(shù)設(shè)置如表1所示。其中,仿真最小諧波階次為2階,最大諧波階次為5階,最大互調(diào)階數(shù)為5階。4個(gè)臺(tái)站分布在邊長(zhǎng)為10 m的正方形的4個(gè)頂點(diǎn)上,位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 臺(tái)站位置關(guān)系

表1 臺(tái)站參數(shù)表

2.2 仿真結(jié)果分析

對(duì)4個(gè)臺(tái)站的仿真結(jié)果如表2所示。

表2 同址干擾仿真結(jié)果

從表2中可以看出:

電臺(tái)1分別受到了電臺(tái)2和電臺(tái)3的干擾,這是由于電臺(tái)2和電臺(tái)3的發(fā)射信號(hào)的干擾電平超過(guò)了電臺(tái)1接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍,使電臺(tái)1接收機(jī)發(fā)生阻塞。

電臺(tái)2受到了電臺(tái)3的同/相鄰帶干擾,是由于電臺(tái)2的接收機(jī)的頻率特性不是理想的矩形造成的。電臺(tái)2還受到電臺(tái)1的諧波干擾,分別為2階(100 MHz)、3階(150 MHz)、4階(200 MHz)和 5階(250MHz)諧波干擾。電臺(tái)2還受到了電臺(tái)4的鏡像干擾,這是由于電臺(tái)2接收機(jī)中頻為10.7 MHz,而電臺(tái)4發(fā)射頻率為171.4 MHz,恰好位于電臺(tái)2的鏡像頻率上。

電臺(tái)3受到了電臺(tái)2的同/相鄰帶干擾,是由于電臺(tái)3的接收機(jī)的頻率特性不是理想的矩形造成的。電臺(tái)3還受到電臺(tái)1的諧波干擾,分別為2階(100 MHz)、3階(150 MHz)、4階(200 MHz)和 5階(250 MHz)諧波干擾。

電臺(tái)4還到電臺(tái)1的諧波干擾,分別為2階(100 MHz)、3階(150 MHz)、4階(200 MHz)和 5階(250 MHz)諧波干擾。

3 解決方法

電磁波的耦合途徑有輻射耦合、傳導(dǎo)耦合和感應(yīng)耦合3類。根據(jù)3類耦合方式有以下方法可以減小或消除同址干擾[3]:

①提高發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)。對(duì)使用頻率和使用頻段進(jìn)行合理的設(shè)計(jì),避免由于設(shè)計(jì)不當(dāng)造成的互調(diào)、諧波等干擾;

②在發(fā)射機(jī)末端和接收機(jī)前端使用高性能濾波器,最大限度地限制干擾信號(hào)從天線發(fā)射出去,凈化發(fā)射機(jī)輸出電波,提高接收機(jī)選擇性,以增大設(shè)備的線性度,壓低互調(diào)分量電平,減小傳導(dǎo)干擾;

③對(duì)設(shè)備進(jìn)行安全接地和信號(hào)接地,并采取屏蔽措施;

④盡量使各電臺(tái)天線間的距離拉大,以增大電臺(tái)間的耦合損耗。為減小天線之間的干擾,盡量增大天線的隔離度。采用一定的技術(shù)手段對(duì)天線的副瓣進(jìn)行抑制,并對(duì)天線的方向性進(jìn)行控制,盡量避免接收機(jī)發(fā)生阻塞。優(yōu)化設(shè)置天線的參數(shù),以達(dá)到控制電磁的空間分布,以避免由于天線的選擇和設(shè)置不當(dāng)造成的干擾問(wèn)題,使資源能夠充分利用;

⑤提高通信網(wǎng)抗互調(diào)能力,主要有選擇無(wú)互調(diào)頻率序列、分區(qū)協(xié)調(diào)使用頻率、利用分集接收技術(shù)和采用收、發(fā)異頻體制等等。

4 結(jié)束語(yǔ)

在分析同址干擾類型和干擾原理的基礎(chǔ)上,對(duì)典型的同址干擾實(shí)例進(jìn)行了詳細(xì)分析。通過(guò)仿真及結(jié)果分析,給出了相應(yīng)的防止同址干擾的對(duì)策。對(duì)避免電磁兼容問(wèn)題和同址臺(tái)站的合理建設(shè)起到了一定的指導(dǎo)和借鑒作用。

[1]黃裕文.塔臺(tái)VHF電臺(tái)干擾問(wèn)題淺析[J].中國(guó)民航學(xué)院學(xué)報(bào),2002,20(7):1-9.

[2]王紅星,曹建平.通信偵察與干擾技術(shù)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2005.

[3]及燕麗,王友村,沈其聰,等.現(xiàn)代通信系統(tǒng)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2001.

[4]呂文紅、郭銀景、唐富華,等.電磁兼容原理及應(yīng)用教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2009.