基于Python的互調(diào)干擾計(jì)算及臺站規(guī)劃

鐘汶含

摘 要 近年來，隨著民航的高速發(fā)展，飛行航班量的大幅增長，無論是在區(qū)調(diào)還是進(jìn)近都需要劃分更多的扇區(qū)來進(jìn)行管制工作。扇區(qū)的增多伴隨而來的便是所使用的甚高頻（VHF）頻率越來越多，民航甚高頻頻段的頻點(diǎn)資源已經(jīng)越來越緊張。為滿足日益增長的頻率需求，目前新建的甚高頻臺站中不乏24信道以上的建設(shè)，如何合理設(shè)置公用同一根天線的頻率，避免互調(diào)干擾已經(jīng)成為甚高頻臺站建設(shè)任務(wù)中的一項(xiàng)重點(diǎn)。文章通過介紹互調(diào)干擾及其種類和影響，進(jìn)而以24信道臺站建設(shè)為例，通過Python計(jì)算互調(diào)干擾產(chǎn)物，分析如何在建設(shè)初期通過合理的臺站規(guī)劃避免互調(diào)干擾。

關(guān)鍵詞 甚高頻；無線電干擾；互調(diào)干擾；臺站規(guī)劃；Python

中圖分類號 TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）216-0119-02

無線電干擾通常指的是在無線電信號發(fā)射、輻射或相互感應(yīng)過程中，所產(chǎn)生的附加無用信號產(chǎn)物，由于無線電通信系統(tǒng)無法區(qū)別有用信號與干擾信號，干擾信號將與有用信號一同進(jìn)入無線電通信系統(tǒng)的發(fā)射端或者接收端從而產(chǎn)生影響。無線電干擾可以使得接收機(jī)接收到的有用信號質(zhì)量下降，導(dǎo)致無線電通信質(zhì)量惡化，嚴(yán)重的甚至?xí)斐赏ㄐ艛嗬m(xù)或中斷，在民航空管行業(yè)通信中斷將導(dǎo)致不可預(yù)估的后果。

通常，將無線電干擾分為以下七大類：鄰道干擾、同信道干擾、互調(diào)干擾、雜散輻射干擾、帶外干擾、阻塞干擾和其他非無線電設(shè)備干擾。而在這其中，互調(diào)干擾是無線電甚高頻通信中最嚴(yán)重且最常發(fā)生的干擾之一。

1 互調(diào)干擾

互調(diào)干擾來源于傳輸信道中的非線性電路作用，當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上頻率不同的信號同時(shí)進(jìn)入到系統(tǒng)發(fā)射機(jī)天線或者接收機(jī)的輸入端時(shí)，由于系統(tǒng)中非線性器件（如）的作用，在產(chǎn)生的眾多諧波和組合頻率分量中接近有用信號頻率的干擾分量，由于系統(tǒng)對靠近有用信號的頻率分量不會有太大的衰減，所以這部分信號將與有用信號一同進(jìn)入接收機(jī)中，經(jīng)過系統(tǒng)中頻處理，從而產(chǎn)生干擾，這種干擾方式稱為互調(diào)干擾。其實(shí)，由于產(chǎn)生的互調(diào)干擾的階數(shù)越高，干擾的信號強(qiáng)度逐步減弱，因此分析系統(tǒng)是否存在互調(diào)干擾時(shí)，一般不考慮更高階的互調(diào)干擾，主要考慮三階互調(diào)的情況。

三階互調(diào)是指兩個(gè)或多個(gè)信號同時(shí)進(jìn)入一個(gè)無線通信系統(tǒng)中，但由于系統(tǒng)中的非線性電路作用，使其中一個(gè)信號的二次諧波與另一個(gè)信號混頻后剛好落在了有用信號的頻點(diǎn)上，從而對有用信號產(chǎn)生干擾。例如，f1的二次諧波是2f1，f1與f2由于非線性作用產(chǎn)生了寄生信號2f1-f2。2f1為二次諧波（二階信號），f2為基波信號（一階信號），所以2f1-f2被稱為三階信號，若有用信號f0=2f1-f2或與這個(gè)三階信號接近，則2f1-f2稱為三階互調(diào)信號。當(dāng)同一線性系統(tǒng)中有三個(gè)信號f1、f2、f3存在時(shí)，除了產(chǎn)生上述三階互調(diào)外，還將產(chǎn)生三階互調(diào)f0=f1+f2-f3、f0=f2+f3-f1、f0=f1+f3-f2。

2 互調(diào)干擾的種類及影響

互調(diào)干擾的存在會使管制員可以直接在接收頻率中聽到干擾信號的信息內(nèi)容；或者信號在通過檢波器的檢波后，產(chǎn)生刺耳的音頻嘯叫聲。目前民航甚高頻的專用頻段為118MHz～136.975MHz，而調(diào)頻廣播電臺頻段剛好在88MHz～108MHz，與民航頻段接近，所以多個(gè)廣播電臺的頻率信號所產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物落入民航頻段內(nèi)而產(chǎn)生互調(diào)干擾的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，這種情況已經(jīng)嚴(yán)重影響到了民航的飛行安全?；フ{(diào)干擾已經(jīng)成為民航甚高頻使用中的一種常見且危害性極大的干擾?；フ{(diào)干擾分為以下三類：發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾、接收機(jī)互調(diào)干擾以及外部因素互調(diào)干擾。

2.1 發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾

由于其他信道的發(fā)射信號或射頻共用器件將信號耦合入有用信號的發(fā)射機(jī)末級與本機(jī)，在有用信號發(fā)射機(jī)的末級功放電路（發(fā)射機(jī)的末級功放通常工作在非線性狀態(tài)）的作用下，在調(diào)制作用下產(chǎn)生新頻率分量，該信號與有用信號一同經(jīng)天線被發(fā)射，從而造成干擾。這種在由于發(fā)射機(jī)非線性產(chǎn)生的干擾被稱為發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾。

避免發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾通常采用以下方法：

1）增大同一站點(diǎn)發(fā)射機(jī)間的耦合損耗，例如：增大發(fā)射天線間水平、垂直隔離度，盡量分開架設(shè)天線；增加各頻率間隔離度，在發(fā)射機(jī)后端接入帶通濾波器，加大對邊帶信號的衰減；饋線合理布設(shè)，盡量避免饋線相互靠近影響。

2）提高發(fā)射機(jī)末級功率放大器件性能。

3）由于多頻率站點(diǎn)不可避免會出現(xiàn)共同天線的情況，所以要在各個(gè)發(fā)射機(jī)與天線之間加入單向隔離器，對逆向信號進(jìn)行隔離衰減。

2.2 接收機(jī)互調(diào)干擾

在接收機(jī)的前端電路中，若兩個(gè)或兩個(gè)以上干擾信號同時(shí)進(jìn)入接收機(jī)的輸入端時(shí)，由于高頻放大器和變頻器等器件本身的非線性作用，使干擾信號間產(chǎn)生混頻，當(dāng)混頻后的頻率與有用信號頻率相近時(shí)，混頻干擾信號會與有用信號一同落入接收機(jī)的接收頻帶內(nèi)，從而進(jìn)入接收機(jī)中頻放大系統(tǒng)中形成接收機(jī)互調(diào)干擾。

為避免接收機(jī)互調(diào)干擾一般要求采用具有平方律的高頻放大器和混頻器，使接收機(jī)具備良好的選擇性，從源頭降低強(qiáng)干擾進(jìn)入高頻放大器的可能性。同時(shí)，也可以在接收機(jī)的接收鏈路中增加衰減器，從而減少互調(diào)干擾。

2.3 外部因素互調(diào)干擾

在發(fā)射鏈路中，由于天線、饋線接頭和其他連接處的接觸不良，或者是異種金屬的接觸部分所引起非線性的原因，將在強(qiáng)射頻電場中起檢波作用，從而產(chǎn)生互調(diào)干擾，這種由外部因素引起互調(diào)干擾通常稱為外部因素互調(diào)干擾。這種互調(diào)干擾的情況比較復(fù)雜，會隨氣溫、日照和溫濕度等情況無規(guī)律變化，較難分析，所以在日常工作中對于接口、天線等部件的檢查也是不可忽視的。

3 基于Python的互調(diào)干擾計(jì)算

目前，民航甚高頻系統(tǒng)大多使用共用天線系統(tǒng)，發(fā)射與接收天線分開的模式，每根天線上有4個(gè)頻率，各個(gè)發(fā)射天線間需滿足一定的水平和垂直隔離度。所以，在天線間滿足隔離度條件的情況下，三階互調(diào)主要來自于共用同一根天線的4個(gè)頻率的相互影響。如發(fā)射部分，采用四信道共用一根發(fā)射天線的方式，同時(shí)如合路器等器件也進(jìn)行共用，所以發(fā)射時(shí)，共用天線的四個(gè)信道會因?yàn)楹下菲鞲綦x度不夠的問題導(dǎo)致信號耦合返回發(fā)射機(jī)末級，產(chǎn)生發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾。而對于其他沒有共用一根天線的頻率間則應(yīng)該考慮接收機(jī)互調(diào)干擾的情況。

由于民航頻率不斷增多，臺站建設(shè)成本也相對較高，所以現(xiàn)在新建的臺站多考慮配置盡量多的信道，以保證日益增加的頻率需求。目前福建地區(qū)，已配置的最多頻率的臺站為24信道，在該臺站的建設(shè)過程中，如何防止24信道間的互調(diào)干擾，如何進(jìn)行頻率配置成為工作的重中之重。

首先，先進(jìn)行需要配置的24個(gè)頻率的三階互調(diào)計(jì)算。通常，在計(jì)算較少頻率的互調(diào)干擾時(shí)，采用的是列表的方式。但隨著頻率的增加，表數(shù)據(jù)量越來越大，表生成后還需人工對互調(diào)產(chǎn)物進(jìn)行比對計(jì)算，工作量及計(jì)算出錯率也隨之提高。Python語言具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫，可以輕松調(diào)用如C或C++等語言的模塊，是近期最流行的語言之一。使用Python，通過輸入需要計(jì)算的三階互調(diào)關(guān)系，三階互調(diào)有2f1-f2或f1+f2-f3兩種情況，同時(shí)可通過變量方式根據(jù)各系統(tǒng)隔離度不同設(shè)置對系統(tǒng)有影響的互調(diào)干擾產(chǎn)物進(jìn)行輸出顯示（本文考慮為24個(gè)頻點(diǎn)±50kHz范圍內(nèi)）。

其次，若隨著頻率的增多，不得不考慮同一臺站繼續(xù)增加頻率時(shí)，在共用天線系統(tǒng)臺站規(guī)劃時(shí)，則需要綜合考慮所設(shè)置頻率的作用。如同一扇區(qū)主備頻率是否有存在三階互調(diào)情況，但由于這兩個(gè)頻率不會同時(shí)使用，可以酌情進(jìn)行配置。

4 結(jié)論

隨著民航業(yè)的不斷發(fā)展，頻率之間的間隔也逐漸由25kHz向8.33kHz邁進(jìn)。頻點(diǎn)的增加和頻率間隔的縮小不可避免地會使互調(diào)干擾的情況出現(xiàn)的可能性增加。所以了解臺站頻率分布，科學(xué)合理地進(jìn)行臺站規(guī)劃和頻率配置，通過計(jì)算盡量避免設(shè)臺時(shí)互調(diào)干擾的形成，可以方便日后的干擾排查工作，也能保證管制員所使用的民航頻率的多信道甚高頻通信系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]姚富強(qiáng).通信抗干擾工程與實(shí)踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[2]茍彥新.無線電抗干擾通信原理及應(yīng)用[M].西安：電子科技大學(xué)出版社，2005.

[3]王天順.互調(diào)干擾研究[J].航空電子技術(shù)，1997（4）：14-17.

[4]田偉，吳亞鋒.甚高頻通信互調(diào)干擾分析及編程簡介[J].空中交通管理，2006（6）：16-18.