淺析直升機(jī)通信中的超短波鏈路

鄧冰

摘 要：通過(guò)分析超短波通信鏈路，可以建立相關(guān)鏈路模型，以此在超短波通信距離要求的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)上，對(duì)鏈路中對(duì)通信距離造成影響的各個(gè)因素進(jìn)行分析，并得出每個(gè)因素的具體影響程度，繼而依照直升機(jī)所處的實(shí)際環(huán)境條件，改善直升機(jī)上其他設(shè)備以及超短波電臺(tái)的電磁兼容性。

關(guān)鍵詞：直升機(jī)；超短波；通信

引言

對(duì)通信鏈路進(jìn)行分析的根本目的在于對(duì)通信系統(tǒng)指標(biāo)的合理分配，依照相關(guān)指標(biāo)要求，對(duì)多部機(jī)載通信系統(tǒng)之間所具有的影響進(jìn)行分析。直升機(jī)上所使用的超短波通信具有較高的通信頻率，其主要通信依賴于直射波，因而直升機(jī)的通信多為視距通信，直射波在繞射能力上較差；而除了視距限制這一影響因素外，超短波通信距離還會(huì)受到電臺(tái)性能的影響，例如接收靈敏度以及天線增益和發(fā)射功率等影響，另外插入損耗也是制約通信距離的因素之一，所以，通信距離想要在現(xiàn)有的條件下，即保證戰(zhàn)術(shù)要求又實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)合理性，就必須掌握系統(tǒng)之間的相互干擾以及超短波通信鏈路指標(biāo)分配，這一點(diǎn)極為重要。文章通過(guò)對(duì)超短波鏈路進(jìn)行分析，從而建立起相關(guān)模型，并對(duì)鏈路中會(huì)對(duì)通信距離產(chǎn)生影響的各個(gè)因素進(jìn)行分析，以實(shí)際情況為基礎(chǔ)，更好的實(shí)現(xiàn)超短波通信的距離要求。此外針對(duì)機(jī)載設(shè)別電磁兼容性以及多部電臺(tái)配置提出了粗淺的改善建議。

1 通信視距

由于超短波通信的載體介質(zhì)為直射波，而地球是球形的，所以凸起的地表必然會(huì)影響兩個(gè)天線之間的信號(hào)收發(fā)。而兩個(gè)天線所能夠達(dá)到的距離便是視線距離。

電磁波的傳播理論中這樣寫(xiě)道：在不均勻介質(zhì)中傳播時(shí)，電磁波會(huì)發(fā)生彎曲，即在大氣中進(jìn)行傳播的過(guò)程中，電磁波會(huì)受到大氣的折射作用而在地表聲控發(fā)生彎曲現(xiàn)象。這一理論在實(shí)踐中也得到了證實(shí)，當(dāng)高于30MHz的電磁波在大氣中傳播時(shí)，會(huì)發(fā)生較為明顯的彎曲。所以，即便是在幾何視線距離外的天線，仍舊能夠接收到信號(hào)，從一定意義上講，通信的實(shí)際距離會(huì)大于理論距離。

2 影響超短波通信距離的因素

2.1 天線增益以及隔離度影響分析

在超短波電臺(tái)的通信距離影響因素中，天線增益影響以及天線間的隔離度會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。基于任務(wù)要求，很多直升機(jī)不會(huì)只配備一部電臺(tái)，在多部電臺(tái)中會(huì)采用分離天線或者復(fù)合天線兩種天線設(shè)置形式，天線的形式會(huì)依照需要的不同而做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。直升機(jī)裝載了天線后，機(jī)身會(huì)在一定程度中對(duì)電磁波造成影響，從而對(duì)天線的增益或者方向性造成影響，從而產(chǎn)生畸變現(xiàn)象，所以通信距離的計(jì)算中，需要對(duì)這一畸變因素予以考慮，依照天線實(shí)際裝在后受到機(jī)身影響而產(chǎn)生方向性圖畸變的具體程度采用相關(guān)手段予以補(bǔ)償。例如，若天線隔離度相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)要求較小時(shí)，強(qiáng)發(fā)射信號(hào)能夠?qū)⒔邮諜C(jī)置于非線性工作區(qū)，從而產(chǎn)生減敏效益、互調(diào)效應(yīng)及交調(diào)效應(yīng)；在相關(guān)規(guī)范要求中，高頻通信系統(tǒng)相互之間必須具有一定的隔離度，且保證隔離度大于45dB。在直升機(jī)上，若是配備多臺(tái)通信天線，那么兩兩之間的隔離度必須滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，即最小為45dB。通過(guò)對(duì)某直升機(jī)的實(shí)際天線隔離度進(jìn)行測(cè)試，分析其數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出，在進(jìn)行通信距離的計(jì)算時(shí)無(wú)需對(duì)電臺(tái)的減敏進(jìn)行考慮，可以使用原始靈敏度指標(biāo)。

2.2 發(fā)射機(jī)載波對(duì)其他超短波接收系統(tǒng)的影響

一般接收機(jī)在干擾頻率偏離工作頻率±10%以外的隔離指標(biāo)應(yīng)達(dá)到80dBc以上。例，某直升機(jī)超短波電臺(tái)最高靈敏度為-113dB，在電臺(tái)接收前端同時(shí)輸入一個(gè)靈敏度值的工作頻率信號(hào)和一個(gè)偏離工作頻率±10%的干擾信號(hào)時(shí)，在不影響靈敏度的情況下，允許進(jìn)入電臺(tái)接收機(jī)前端的干擾信號(hào)幅度最大不能超過(guò)-33dBm。如超短波天線間最小隔離度為45dB，收/發(fā)濾波器插損同為3dB且收/發(fā)饋線損耗分別為1.5dB/2dB，當(dāng)使用75W（48.7dBm）大功率電臺(tái)發(fā)射時(shí)，同機(jī)其他超短波電臺(tái)接收到的信號(hào)強(qiáng)度為-5.8dBm，大于電臺(tái)降靈指標(biāo)所允許的最大輸入電平-33dBm。為保證系統(tǒng)正常工作，須在接收機(jī)與天線之間增加共址濾波器，對(duì)接收機(jī)帶外信號(hào)進(jìn)行加強(qiáng)抑制，并要求在中心頻率±10%時(shí)抑制度要大于27.2dB。

如使用機(jī)載復(fù)合天線（U/V段與L波段復(fù)用天線），在L波段發(fā)射時(shí)會(huì)對(duì)超短波接收機(jī)產(chǎn)生影響。如L波段以最大功率200W（53dB）發(fā)射時(shí)，考慮到濾波器最少27.2dB的帶外抑制，天線U/V段與L波段之間的隔離度35dB，超短波接收機(jī)能接收到的信號(hào)為-9.2dBm，大于電臺(tái)降靈指標(biāo)所允許輸入的最大電平-33dBm，故還需增加對(duì)L波段抑制至少23.8dB的濾波器。

2.3 寬帶噪聲影響

寬帶噪聲會(huì)對(duì)共址工作接收機(jī)造成靈敏度不利影響，當(dāng)然，這是噪聲達(dá)到一定程度才會(huì)發(fā)生的現(xiàn)象。若是寬帶噪聲電平低于10dB時(shí)，則不會(huì)對(duì)接收機(jī)造成不利影響。

3 通信距離的計(jì)算

若是不對(duì)內(nèi)部電磁環(huán)境以及周圍大電磁環(huán)境的影響進(jìn)行考慮，即超短波鏈路所具有的靈敏度不會(huì)受到外界的影響，也不考慮裝載UHF天線后機(jī)身遮擋以及反射面大小對(duì)天線方向性和增益的變化，同樣也不將飛機(jī)的飛行姿態(tài)影響考慮在內(nèi)，在這樣的情況下，對(duì)通信距離造成影響的主要因素包括：接收天線的增益，發(fā)射機(jī)所具有的發(fā)射功率，干擾濾波器以及多路耦合器的插損等，此外，接收靈敏度和自由空間損耗也會(huì)對(duì)通信距離造成影響。

依照具體的工作模式，在V/UHF頻段對(duì)天線進(jìn)行的實(shí)測(cè)增益，以及電臺(tái)具有的靈敏度指標(biāo)和其發(fā)射功率，濾波器插損和饋線損耗等數(shù)據(jù)信息可以將不同模式下電臺(tái)的通信距離計(jì)算出來(lái)。同時(shí)也能夠依照通信距離要求，進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的分配。

4 提高超短波通信距離的措施

根據(jù)通信鏈路相關(guān)模型，有以下幾種方法可提高超短波電臺(tái)通信距離。

4.1 對(duì)天線增益進(jìn)行提高。在通信距離的影響因素中，天線的影響極為關(guān)鍵，通過(guò)對(duì)天線增益的提高可以有效提高通信距離。具體方式包括，對(duì)天線爭(zhēng)議指標(biāo)的改善，依照傳播距離公式同頻率之間存在的關(guān)系，針對(duì)部分不符合要求的頻點(diǎn)和頻段進(jìn)行增益的改善。并且該種方式不會(huì)對(duì)直升機(jī)的結(jié)構(gòu)造成影響，對(duì)電磁兼容設(shè)計(jì)的影響也相對(duì)較小。

4.2 提高接收機(jī)靈敏度。接收機(jī)敏感度提高后能到達(dá)提高通信距離的目的，但是另一方面也更容易受周圍電磁環(huán)境的干擾，易造成電磁兼容問(wèn)題，同時(shí)對(duì)鏈路中濾波器的要求提高。

4.3 加大發(fā)射機(jī)功率。增加發(fā)射極功率是改善通信距離非常有效的方式，不過(guò)隨著發(fā)射機(jī)功率的增大，可能引起對(duì)機(jī)上其他設(shè)備的電磁兼容問(wèn)題；另外，功率加大還可能引起散熱問(wèn)題或耗能的增加等；并在安裝空間及重量上有所增加。

4.4 在鏈路連接部位有效的降低插入損耗。通過(guò)這種改進(jìn)方式，能夠最大程度的對(duì)通信距離進(jìn)行改善，其減少的損耗主要為饋線損耗，同時(shí)也對(duì)各部件連接頭所產(chǎn)生的插入損耗予以減少，而濾波器損耗通過(guò)這種方式也能夠得到有效的控制。若是直升機(jī)機(jī)載電臺(tái)的數(shù)量較多，那么根據(jù)實(shí)際任務(wù)狀況，以通信距離指標(biāo)作為前提基礎(chǔ)，將設(shè)備散熱、功耗以及重量、需要空間和電磁兼容等方面的因素考慮在內(nèi)。

5 結(jié)束語(yǔ)

依照以上的論述可以得出以下結(jié)論，首先，以指定通信距離作為前提，可以詳細(xì)分配鏈路中各個(gè)環(huán)節(jié)指標(biāo)，并計(jì)算鏈路中的各環(huán)節(jié)作用關(guān)系；其次，可以預(yù)估現(xiàn)有直升機(jī)的通信距離，有效評(píng)估通信鏈路系統(tǒng)能夠進(jìn)行通信的距離；最后，通過(guò)試飛以及地面試驗(yàn)可以驗(yàn)證通信模型具有可行性，且計(jì)算結(jié)果同實(shí)際結(jié)果相近，具有可推廣性。

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