淺談VSWR對(duì)民航甚高頻通信系統(tǒng)的影響

陳罡

摘要：主要介紹VSWR對(duì)甚高頻天饋系統(tǒng)的影響及成因，提出空管設(shè)備保障部門(mén)利用VSWR指標(biāo)提高甚高頻保障效果的重要意義。

關(guān)鍵詞：VSWR；甚高頻；ATC

中圖分類(lèi)號(hào)：TN80 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）25-5840-02

Effect Of VSWR On VHF Communication System

CHEN Gang

（GuiZhou Branch of Civil Aviation Air Traffic Management Bureau， Guiyang 550012，China）

Abstract： Mainly introduces VSWR effect of VHF antenna feeder system and causes ， put forward the significance of ATC equipment security departments use VSWR index to improve VHF maintenance.

Key words：vswr； vhf； atc

在民用航空甚高頻地空通信系統(tǒng)中，電壓駐波比（Voltage Standing Wave Ratio，簡(jiǎn)稱(chēng)：VSWR）是衡量甚高頻地空通信發(fā)射系統(tǒng)優(yōu)良最重要的參數(shù)之一 。通過(guò)測(cè)量VSWR，可以判斷甚高頻天饋系統(tǒng)各組成元件之間的匹配程度，快速定位異常區(qū)域，縮短故障處置的時(shí)間，提高地空通信設(shè)備的運(yùn)行時(shí)效，所以有必要開(kāi)展VSWR對(duì)甚高頻天饋線系統(tǒng)影響的研究。

1 背景

近幾年貴陽(yáng)管制區(qū)域航班流量逐年保持15%左右的速度增長(zhǎng)，空域擁擠問(wèn)題日益凸顯，隨著2014年5月29日民航貴州空管分局正式啟動(dòng)04號(hào)管制扇區(qū)，意味著貴陽(yáng)管制區(qū)域?qū)丈醺哳l保障頻點(diǎn)增至17個(gè)共計(jì)57個(gè)信道。如何保障好貴陽(yáng)管制區(qū)域內(nèi)的甚高頻設(shè)備，確保地空通信的可靠成為技術(shù)保障部門(mén)分析研究的重點(diǎn)，而VSWR是衡量甚高頻設(shè)天饋系統(tǒng)關(guān)鍵的指標(biāo)，開(kāi)展VSWR分析研究對(duì)提高甚高頻設(shè)備管理維護(hù)效率有著非常重要的意義。

2 什么是VSWR

VSWR是指甚高頻通信過(guò)程中，線路處于行波狀態(tài)時(shí)其相鄰電壓最大值與電壓最小值比值的絕對(duì)值，即：VSWR=|UMAX/UMIN|>=1。通過(guò)VSWR可以推算出通信過(guò)程中回波損耗RL（Return Loss）= -20 lg [（ VSWR-1 ） / （ VSWR + 1 ）]，RL反映了甚高頻在發(fā)射過(guò)程中反射功率。理論上當(dāng)VSWR=1，意味著通信線路上沒(méi)有發(fā)生反射。但在實(shí)際維護(hù)工作中，由于甚高頻通信系統(tǒng)天饋系統(tǒng)與發(fā)射機(jī)的抗阻不匹配、共用系統(tǒng)天線與饋線的抗阻不匹配或各部件的反射系數(shù)不同等因素都可能導(dǎo)致VSWR大于1，按照《國(guó)際民航公約》附件10要求甚高頻通信系統(tǒng)單機(jī)天饋系統(tǒng)VSWR小于1.5，甚高頻共用系統(tǒng)天饋系統(tǒng)VSWR小于2.5即達(dá)到行業(yè)要求。

3 VSWR對(duì)甚高頻天饋系統(tǒng)的影響

VSWR是衡量甚高頻地空通信天饋系統(tǒng)優(yōu)良最重要的參數(shù)之一，如果VSWR值過(guò)高，說(shuō)明甚高頻發(fā)射機(jī)發(fā)射功率有相當(dāng)一部分被反射回來(lái)，這種情況不僅會(huì)影響甚高頻通信系統(tǒng)的實(shí)際發(fā)射功率，降低設(shè)備與航班的通信距離和效果，還可能因一部分反射波在通信介質(zhì)中轉(zhuǎn)換成熱能，導(dǎo)致甚高頻天饋系統(tǒng)傳輸線路、天線和各元器件的特性受損，縮短甚高頻通信系統(tǒng)設(shè)備的使用壽命。在實(shí)際工作中，我們可以通過(guò)相關(guān)公式計(jì)算得出VSWR、反射損耗、功率反射等相關(guān)參數(shù)的大小，其VSWR與相關(guān)參數(shù)關(guān)系見(jiàn)表1所示。

從關(guān)系表中可以看出VSWR是反射系數(shù)的函數(shù)，反射系數(shù)跟系統(tǒng)的阻抗匹配度有關(guān)，例如設(shè)定發(fā)射機(jī)的阻抗為50歐，那么個(gè)元器件、饋線、天線的阻抗也盡量選用50歐，不匹配會(huì)造成高頻電流在傳輸過(guò)程中造成功率反射，駐波比越大，反射功率越大。如果駐波太高最直接的就是發(fā)射出去的信號(hào)反射功率過(guò)大，可能會(huì)造成發(fā)射機(jī)或元器件的損壞，同時(shí)還伴隨其它問(wèn)題，比如發(fā)射功率損耗太大導(dǎo)致發(fā)射功率不足，無(wú)法進(jìn)行地空通信。

4 改變天饋系統(tǒng)VSWR大小的因素

實(shí)際甚高頻地空通信系統(tǒng)中改變VSWR 的因素很多，常見(jiàn)的有天饋系統(tǒng)阻抗不匹配、饋線與各元件接口接觸不良、二分之一跳線最大折彎半徑過(guò)大、天饋系統(tǒng)安裝調(diào)試時(shí)技術(shù)參數(shù)不達(dá)標(biāo)、饋線進(jìn)水、強(qiáng)電干擾等等。理論上在甚高頻通信天饋系統(tǒng)中每增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的損耗，但信號(hào)在天饋系統(tǒng)傳輸過(guò)程中各元件存在不同的相位差異和反射系數(shù)，多個(gè)元件的參數(shù)疊加計(jì)算是一個(gè)非線性的計(jì)算過(guò)程?？赡軙?huì)出現(xiàn)某個(gè)元件反射系數(shù)變大，但其相位的變化補(bǔ)償這種變化，出現(xiàn)VSWR反而變好的情況，所以不能因?yàn)槟硞€(gè)元件、或某段饋線的參數(shù)來(lái)斷定VSWR一定會(huì)增高，還要考慮元件及饋線發(fā)生改變后整個(gè)天饋系統(tǒng)的匹配問(wèn)題，所以在甚高頻傳輸系統(tǒng)中各元件參數(shù)的變大或變小都是動(dòng)態(tài)的，維護(hù)人員要從整個(gè)通信天饋系統(tǒng)阻抗匹配的角度來(lái)考慮。

5 實(shí)際工作中的特殊案例

5.1 遵義遙控臺(tái)PAE 4信道共用系統(tǒng)故障的處置

2013年11月在例行測(cè)試遵義PAE 4信道共用系統(tǒng)時(shí)反映區(qū)調(diào)01扇區(qū)和02扇區(qū)頻率間斷出現(xiàn)能收不能發(fā)的情況，隨后搶修人員在對(duì)遵義PAE單機(jī)進(jìn)行檢查時(shí)又發(fā)現(xiàn)作為獨(dú)立的電臺(tái)的頻點(diǎn)、駐波比、發(fā)射功率等指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)，但是經(jīng)過(guò)耦合器后有兩個(gè)頻率的發(fā)射功率由衰減近90%，無(wú)法滿(mǎn)足地空通信的需要，在更換正常耦合器后現(xiàn)象一樣。后經(jīng)過(guò)聯(lián)系廠家工程師并翻閱相關(guān)文獻(xiàn)得知共用系統(tǒng)要求腔體濾波器和耦合器連線長(zhǎng)度要一致或者為發(fā)射頻率二分之一波長(zhǎng)的整數(shù)倍以達(dá)到電抗匹配，最終定位了故障點(diǎn)為PAE 腔體濾波器至耦合器4 條同軸電纜中有兩根電纜長(zhǎng)度不一致，造成信道間相互串?dāng)_，發(fā)射功率降低，經(jīng)更換兩根較長(zhǎng)的同軸電纜后，遵義PAE 4 信道共用系統(tǒng)恢復(fù)正常。

5.2 磊莊雷達(dá)站PAE 10信道共用系統(tǒng)總VSWR小于天線VSWR

2014年4月磊莊雷達(dá)站PAE 10信道共用了系統(tǒng)第2發(fā)射機(jī)柜發(fā)現(xiàn)駐波比為2.7超過(guò)了維護(hù)規(guī)程規(guī)定了共用系統(tǒng)小于2.5的標(biāo)準(zhǔn)，。在排除了發(fā)射機(jī)問(wèn)題，后逐級(jí)檢查天饋系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)，最后發(fā)現(xiàn)天線的VSWR為3.1高于整個(gè)系統(tǒng)的VSWR。更換VSWR為1.2的發(fā)射天線后，整個(gè)天饋系統(tǒng)VSWR為1.4。因此如果把天饋線系統(tǒng)各元件看為獨(dú)立的系統(tǒng)，其電性能參數(shù)可用S11，S12，S13，S22參數(shù)來(lái)衡量.只要知道電纜的S參數(shù)和天線的反射系數(shù)，可以計(jì)算兩者相連和總的反射系數(shù)。公式為：S11（總）=s11+（s12*s21*s11（天線））/（1-s22*s11（天線））。當(dāng)總駐波系數(shù)小于兩個(gè)駐波系數(shù)相乘，大于兩個(gè)駐波系數(shù)相除時(shí)就會(huì)出現(xiàn)天饋系統(tǒng)的VSWR比元件VSWR小的情況。

6 如何減小VSWR對(duì)甚高頻通信系統(tǒng)的影響

作為甚高頻通信系統(tǒng)，VSWR變化直接會(huì)引起發(fā)射功率的改變，功率過(guò)小會(huì)影響地空通信的距離和效果，而功率過(guò)大有可能會(huì)對(duì)其他頻率產(chǎn)生干擾，作為空管設(shè)備保障部門(mén)來(lái)講最好將VSWR控制在通過(guò)飛行校驗(yàn)的狀態(tài)下為宜。為盡量避免不必要VSWR的改變對(duì)通信產(chǎn)生影響，實(shí)際工作中盡可能做到以下幾點(diǎn)：

1） 在甚高頻通信系統(tǒng)天饋系統(tǒng)的安裝、調(diào)試和維護(hù)過(guò)程中，要嚴(yán)格把關(guān)設(shè)備安裝的工藝水平，確保各個(gè)元件接頭連接可靠，發(fā)射機(jī)與各元件、饋線的阻抗匹配；

2） 要加強(qiáng)定期維護(hù)管理，定期對(duì)天饋系統(tǒng)各連接點(diǎn)進(jìn)行檢查，對(duì)室外單元的接頭進(jìn)行防水處理，測(cè)量記錄天饋系統(tǒng)VSWR；

3） 總結(jié)統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)定期維護(hù)的記錄進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)近期出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)及時(shí)處置，防止突發(fā)性的問(wèn)題。

7 結(jié)束語(yǔ)

VSWR是衡量甚高頻發(fā)射系統(tǒng)優(yōu)良最重要的參數(shù)之一，技術(shù)人員通過(guò)了解VSWR對(duì)甚高頻天饋系統(tǒng)造成影響的因素，可以快速判斷定位甚高頻天饋系統(tǒng)故障點(diǎn)，縮短故障反映時(shí)間，確保了甚高頻地空通信頻率的有效性，提高甚高頻設(shè)備管理維護(hù)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 童創(chuàng)明.電磁場(chǎng)微波技術(shù)與天線[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2009.

[2] 潘仲英.電磁場(chǎng)、天線與電波傳播[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[3] 胡樹(shù)豪.實(shí)用射頻技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.