淺談直升機(jī)機(jī)載短波電臺(tái)裝機(jī)與使用

戴銀芳

（中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西景德鎮(zhèn) 333000）

0 引言

直升機(jī)主要利用短波電臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)距離、超視距通信。但實(shí)際應(yīng)用中短波信道的時(shí)變性、不穩(wěn)定性等，導(dǎo)致機(jī)載短波通信的應(yīng)用受到限制。隨著新技術(shù)、新器件、新工藝的發(fā)展，信息傳輸?shù)目煽啃院陀行缘玫教岣叩耐瑫r(shí)，機(jī)載短波電臺(tái)的電磁兼容性問(wèn)題也愈發(fā)明顯。

1 組成及原理

圖1 機(jī)載短波電臺(tái)原理

收發(fā)信機(jī)是機(jī)載短波電臺(tái)的核心部件。其性能主要體現(xiàn)在2 個(gè)方面：電氣特性和工藝結(jié)構(gòu)；功能特性。電氣特性和工藝結(jié)構(gòu)決定了性能指標(biāo)的好壞和裝備的可靠性。短波的通信功能不再只是單一的定頻功能，還有抗干擾性強(qiáng)的跳頻功能、具有選頻能力的自適應(yīng)功能等。

機(jī)載短波天線作為電臺(tái)射頻的前端，其性能的好壞直接影響到直升機(jī)短波的通信能力。目前直升機(jī)上裝有兩種形式的機(jī)載短波天線：鋼索天線和管狀天線。鋼索短波天線安裝步驟較為復(fù)雜，容易出現(xiàn)線體斷絲、支架斷裂等問(wèn)題。近幾年在借鑒國(guó)外管狀短波天線的基礎(chǔ)上，我們已研制出國(guó)產(chǎn)管狀短波天線，并配裝在國(guó)內(nèi)直升機(jī)上，由此解決了鋼索天線在可靠性、安全性和維護(hù)性等方面的不足。

由于短波頻率較低，而直升機(jī)的安裝位置和空間有限，目前直升機(jī)的管狀短波天線長(zhǎng)36 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其波長(zhǎng)；且其最高頻率是最低頻率的15 倍，所以要在短波頻段所有頻點(diǎn)上完成機(jī)載短波天線與收發(fā)信機(jī)的匹配，僅使用寬帶調(diào)諧的方法難以實(shí)現(xiàn)，因此使用天線調(diào)諧系統(tǒng)（天調(diào)）很有必要。

綜上所述，收發(fā)信機(jī)、天調(diào)和機(jī)載短波天線作為機(jī)載短波電臺(tái)的組成部分，缺一不可。電臺(tái)接收時(shí),從天線接收到的射頻信號(hào)經(jīng)天調(diào)將信號(hào)送入收發(fā)信機(jī)，經(jīng)濾波、混頻、放大、變換、解調(diào)后，音頻信號(hào)送往音頻輸出接口，數(shù)據(jù)信號(hào)送往數(shù)據(jù)傳輸接口。電臺(tái)發(fā)射時(shí)，音頻和數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)變換、調(diào)制、濾波、混頻、放大后送往天調(diào)，再由天線發(fā)射出去。

2 特點(diǎn)及現(xiàn)狀

短波的主要傳播方式有地波和天波兩種模式，其中地波傳輸是指無(wú)線電波沿地表面彎曲傳播的方式；天波傳播是指無(wú)線電波由電離層反射的一種傳播方式。通常來(lái)講，機(jī)載短波電臺(tái)的通信主要采用天波進(jìn)行傳播，可建立上千千米的遠(yuǎn)距離通信鏈路甚至全球通信。因?yàn)殡婋x層的特性是實(shí)時(shí)變化，晝夜、季節(jié)和地理位置等變化均會(huì)影響它，由此決定了機(jī)載短波電臺(tái)需要不斷調(diào)整通信頻率。另外，短波信道中的自由空間傳播損耗、電離層吸收損耗、地面反射損耗等附加損耗，大氣噪聲、工業(yè)干擾和其他電臺(tái)等帶來(lái)的干擾，加上直升機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)天線方向的變化，均會(huì)對(duì)電臺(tái)的通信效果產(chǎn)生不同程度的影響。這些因素增加了短波通信的難度。

由于短波通信的傳播媒質(zhì)——電離層本身存在不可預(yù)測(cè)的騷動(dòng)，使得短波通信的頻率選擇很大程度上依賴于操作者的經(jīng)驗(yàn)和技巧。這種操作經(jīng)驗(yàn)和技巧根據(jù)長(zhǎng)期實(shí)踐結(jié)果而得到。但當(dāng)機(jī)載短波電臺(tái)通信質(zhì)量不高時(shí)，人們往往認(rèn)為是電臺(tái)的缺陷或故障，很少?gòu)氖褂梅矫娌檎以?。目前直升機(jī)短波電臺(tái)主要是通過(guò)人工選頻的方式來(lái)保障通信，使用者需要進(jìn)行大量的地面通信試驗(yàn)來(lái)獲取可通頻率。但大部分用戶沒(méi)有真正認(rèn)識(shí)到機(jī)載短波電臺(tái)科學(xué)選頻的重要性。據(jù)了解，一些用戶僅使用幾個(gè)甚至一個(gè)固定不變的短波頻率進(jìn)行通信。

目前已廣泛裝備直升機(jī)的短波電臺(tái)，具有自適應(yīng)通信功能，有助于自主選頻。在自適應(yīng)通信模式下，短波電臺(tái)通過(guò)線路質(zhì)量分析自動(dòng)完成對(duì)信道質(zhì)量的探測(cè)分析，并按照信道質(zhì)量由高到低排序。當(dāng)電臺(tái)發(fā)起自適應(yīng)呼叫時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)選擇最佳可用信道，使通信雙方電臺(tái)停留在該最佳可用信道上建立通信鏈路。由于自適應(yīng)建鏈信道是在預(yù)置的一組頻率中通過(guò)線路質(zhì)量分析優(yōu)選出來(lái)的，被認(rèn)為是當(dāng)前最佳的可用信道，因此在很大程度上提高了短波通信的可靠性。并且在電臺(tái)收發(fā)功能在通信受到干擾的情況下，也能通過(guò)實(shí)時(shí)信道評(píng)估重新選擇更佳的通信頻率。但大部分用戶沒(méi)有真正認(rèn)識(shí)現(xiàn)代短波電臺(tái)這一新功能，大都采用定頻工作模式，使得電臺(tái)的優(yōu)越性沒(méi)有得到充分發(fā)揮。

3 電臺(tái)的裝機(jī)

在型號(hào)設(shè)計(jì)方案初期，從直升機(jī)的使用需求考慮，包括性能指標(biāo)、電氣接口、功耗、尺寸、重量、使用環(huán)境、可靠性、維修性、測(cè)試性、保障性、安全性、電磁兼容等多方面對(duì)機(jī)載短波電臺(tái)提出要求。除了對(duì)電臺(tái)提出這些必備的裝機(jī)要求外，還應(yīng)考慮設(shè)備安裝和電纜鋪設(shè)不合理也會(huì)影響短波通信效果甚至帶來(lái)電磁干擾。

（1）在選用短波電臺(tái)射頻電纜時(shí)可適當(dāng)選擇線徑大、低損耗、屏蔽效果好的線纜。因?yàn)檫B接短波電臺(tái)和天線的射頻電纜在完成射頻信號(hào)接收和發(fā)射的同時(shí)也帶來(lái)電磁干擾問(wèn)題。此外，該射頻電纜要盡可能的短，并且單獨(dú)鋪設(shè)。這就要求務(wù)必將天調(diào)布置在天線射頻接口附近，否則不但會(huì)影響通信效果，而且很可能會(huì)引發(fā)電磁干擾。目前，多型直升機(jī)短波電臺(tái)發(fā)射時(shí)出現(xiàn)電磁干擾情況，如干擾機(jī)上電源系統(tǒng)、綜合顯示系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)等?？赏ㄟ^(guò)將天調(diào)至天線的射頻電纜更換屏蔽效能更好的射頻電纜、縮短該射頻電纜長(zhǎng)度、將該射頻電纜與其他線纜束分開(kāi)敷設(shè)等措施排除電磁干擾問(wèn)題。

（2）穩(wěn)定的電源是保證機(jī)載短波電臺(tái)正常工作的必備條件。如果直升機(jī)短波電臺(tái)的供電電源動(dòng)態(tài)范圍不足，極可能影響短波通信效果甚至導(dǎo)致電臺(tái)工作不正常。因機(jī)載短波電臺(tái)一般布置在尾梁，離機(jī)上電源接點(diǎn)較遠(yuǎn)，需選用合適電阻系數(shù)的電源線纜以保證電源輸入滿足短波電臺(tái)的使用要求。并且在電纜鋪設(shè)后，對(duì)電臺(tái)的電源電壓降進(jìn)行測(cè)量。另外，還有來(lái)自電源線的傳導(dǎo)干擾。某直升機(jī)短波電臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)干擾機(jī)內(nèi)通話器，將電臺(tái)和機(jī)內(nèi)通話器單獨(dú)供電后，干擾現(xiàn)象消失。因此在條件允許的情況下，建議將機(jī)上短波電臺(tái)和機(jī)內(nèi)通話器的供電分離。

（3）在設(shè)備安裝時(shí)注意接地處理。機(jī)載短波電臺(tái)的收發(fā)信機(jī)、天調(diào)均有一接地柱，不可接到電源地上，必須單獨(dú)接地。應(yīng)使用搭接線將接線柱和機(jī)體地連接，并且搭接電阻應(yīng)滿足直升機(jī)的搭接技術(shù)要求。搭接線應(yīng)盡可能短，以減小電臺(tái)發(fā)射駐波和接收噪聲。

4 電臺(tái)的使用

電臺(tái)裝機(jī)并完成通電檢查后進(jìn)行機(jī)上地面調(diào)諧試驗(yàn)，以確定天調(diào)對(duì)天線和收發(fā)信機(jī)的調(diào)諧適配性。目前機(jī)載短波電臺(tái)的調(diào)諧試驗(yàn)一般在2.0 MHz29.9 MHz 內(nèi)以0.1 MHz 為步進(jìn)進(jìn)行，結(jié)果應(yīng)均顯示調(diào)諧成功。某民用直升機(jī)選用國(guó)外短波收發(fā)信機(jī)和天調(diào)，短波天線為國(guó)產(chǎn)，出現(xiàn)部分頻段不可調(diào)諧的情況，導(dǎo)致電臺(tái)部分頻段不可用。因此，天線調(diào)諧試驗(yàn)很有必要。

調(diào)諧試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行地面通信試驗(yàn)。近距離和遠(yuǎn)距離通信要求分別在本場(chǎng)和遠(yuǎn)距離（約1000 km 處）分別架設(shè)地面電臺(tái)和天線。本場(chǎng)通信選用地波天線，如鞭狀天線；遠(yuǎn)距離通信選用天波天線，如雙極天線或3 線天線。選好天線后還必須正確架設(shè)。天線最好架設(shè)在開(kāi)闊無(wú)遮擋位置。天線架設(shè)時(shí)不僅要注意天線的高度，還要調(diào)整斜度控制發(fā)射仰角，以控制通信距離[1]。

短波地面通信試驗(yàn)主要是為了選頻以保障試飛。選頻有一定的規(guī)律性：“日高夜低（時(shí)間）；夏高冬低（季節(jié)）；南高北低（地域）；遠(yuǎn)高近低（距離）。”東西向通信時(shí)改異頻收發(fā)[2]。還可以根據(jù)短波頻率預(yù)測(cè)資料中不同緯度各種通信距離的最高可用頻率變化曲線，用于迅速大致確定短波通信頻率。例如，某直升機(jī)短波電臺(tái)的機(jī)載設(shè)備維護(hù)手冊(cè)中提到，最高可用頻率隨時(shí)間變化曲線見(jiàn)圖2，其中，MUF 指給定通信距離下的最高可用頻率，F(xiàn)OT 為最佳工作頻率，取FOT=0.85MUF。而對(duì)于新用戶來(lái)說(shuō)，測(cè)評(píng)軟件是一種能夠很好幫助選頻的輔助手段。但是，頻率預(yù)報(bào)無(wú)法考慮多徑效應(yīng)等帶來(lái)的影響。在實(shí)際使用中，短波通信頻率一般由經(jīng)驗(yàn)豐富的人員進(jìn)行多次地面通信試驗(yàn)進(jìn)行摸索和研究得出。

圖2 最高可用頻率隨時(shí)間變化曲線

當(dāng)獲取到可通頻點(diǎn)后，我們應(yīng)將這些頻率參數(shù)加載到短波電臺(tái)中，然后采用自適應(yīng)通信的方式進(jìn)行通信。因?yàn)椋鄬?duì)于常規(guī)的短波定頻通信，短波自適應(yīng)功能具有提升短波通信的可通率和通信質(zhì)量，提高通信過(guò)程中的抗干擾能力，克服通信困難等優(yōu)勢(shì)。但自適應(yīng)功能并不表示電臺(tái)具備全智能特性，他還依賴于大量通信數(shù)據(jù)的支持和技術(shù)的發(fā)展。因此，用戶應(yīng)盡可能多地使用機(jī)載短波電臺(tái)，并提出實(shí)際使用意見(jiàn)和建議。這將有助于電臺(tái)性能和功能的優(yōu)化。

5 結(jié)語(yǔ)

短波電臺(tái)在直升機(jī)遠(yuǎn)距離通信中發(fā)揮著不可替代的作用。未來(lái)，短波通信將朝向自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，甚至有可能形成短波互聯(lián)網(wǎng)。新技術(shù)將會(huì)提高機(jī)載短波通信的可靠性、數(shù)據(jù)傳輸速度和抗干擾能力，還可在網(wǎng)內(nèi)選用最佳通信線路，提高通信質(zhì)量。