民航甚高頻通信同頻差拍干擾的產(chǎn)生與解決

何 洋

（民用航空溫州空中交通管理站，溫州 325024）

0 引言

民用航空管制員大多使用甚高頻地空通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與機(jī)組之間的語音通信。由于甚高頻無線電直線視距傳播的特性，覆蓋范圍容易受到山體遮擋的影響。所以為了滿足管制區(qū)內(nèi)的覆蓋，往往需要設(shè)置多個(gè)同頻率的站點(diǎn)。當(dāng)管制員聯(lián)系機(jī)組時(shí)多個(gè)同頻率甚高頻發(fā)射機(jī)同時(shí)發(fā)射，此時(shí)在重疊區(qū)域往往會(huì)產(chǎn)生差拍干擾，導(dǎo)致機(jī)組收到話音時(shí)同時(shí)收到差拍頻率的單音，信噪比極具下降，無法正常通信。本文首先分析差拍干擾產(chǎn)生的原理，同時(shí)闡述目前民航系統(tǒng)解決差拍干擾的方法。

1 差拍干擾產(chǎn)生的原理

民航使用的甚高頻接收機(jī)都屬于超外差式接收機(jī)，即射頻信號(hào)都需要先變頻到中頻再進(jìn)行解調(diào)。接收機(jī)的構(gòu)成如圖1所示。

圖1 接收機(jī)的構(gòu)成

當(dāng)接受到射頻信號(hào)時(shí)，先通過高頻寬帶濾波器濾除與有用信號(hào)頻率相差較遠(yuǎn)的干擾信號(hào)。接著通過噪聲系數(shù)良好的高頻小信號(hào)放大器后由變頻器負(fù)責(zé)將射頻信號(hào)下變頻到中頻，接著利用中頻放大器放大信號(hào)，并利用中頻放大器的選頻網(wǎng)絡(luò)選出變頻后頻率為中頻的射頻信號(hào)。

之后進(jìn)行大信號(hào)包絡(luò)檢波，如果是數(shù)字電臺(tái)則在中頻后進(jìn)行采樣，數(shù)字檢波。

由于放大器與變頻器都是非線性器件，它們的伏安特性可以表示為：

當(dāng)輸入兩個(gè)射頻信號(hào)時(shí)將u=U1msinω1t+U2msinω2t 代入伏安特性，省略中間的三角變換過程得到：

可以看到結(jié)果中存在還有兩個(gè)輸入信號(hào)幅度信息的差頻項(xiàng)cU1mU2mcos（ω1-ω2）t，高頻信號(hào)到中頻信號(hào)往往是利用了非線性的這一原理，通過本振與有用信號(hào)的差頻得到包含語音信息的中頻信號(hào)。

這是非線性產(chǎn)生差頻的原理，往往有很多人認(rèn)為當(dāng)同時(shí)接受兩個(gè)同頻率臺(tái)站信號(hào)時(shí)的嘯叫聲，也是由非線性引起的。因?yàn)閮蓚€(gè)同頻率的臺(tái)站設(shè)備存在誤差，導(dǎo)致兩個(gè)工作頻率相差幾百赫茲到幾千赫茲，正好進(jìn)入人耳可聽到的范圍。其實(shí)不然，非線性原理產(chǎn)生的差頻是基礎(chǔ)振動(dòng)，幾百赫茲的基礎(chǔ)振動(dòng)已經(jīng)不再是射頻信號(hào)，無法通過中頻放大器，也無法被檢波出來。所以，同頻覆蓋的嘯叫干擾并不是非線性引起的，而是由兩個(gè)頻率相近的射頻信號(hào)線性疊加時(shí)引起的差拍現(xiàn)象。

差拍是如何產(chǎn)生的，設(shè)兩個(gè)頻率相近的相同語音信息信號(hào)：

當(dāng)他們線性疊加時(shí)：

圖2 載波頻率近似等于有用信號(hào)頻

2 民航對差拍干擾的解決方法

在明確了差拍干擾產(chǎn)生的原理之后，不難發(fā)現(xiàn)，差拍干擾無法通過使用濾波器或增加接收機(jī)的選擇性避免。既然無法在射頻部分解決這個(gè)問題，那可以嘗試在音頻部分解決差拍干擾。在民航規(guī)范中，我們要求的音頻響應(yīng)范圍為300-3400 Hz，所以，當(dāng)音頻信息超過3400 Hz 的時(shí)候，在接收機(jī)中的響應(yīng)會(huì)開始下降，對5000 Hz 的音頻要求響應(yīng)降低30 dB?？梢?，如果我們將差拍的頻率控制在較高的水平的話，就可以在接收機(jī)的音頻處理部分將其抑制掉。于是在民航通信使用中設(shè)置同頻率有覆蓋重疊的臺(tái)站時(shí)，往往將臺(tái)站設(shè)置有一個(gè)頻偏。即故意偏離有用頻率一個(gè)值△f。假設(shè)有用頻率為f，兩個(gè)發(fā)射臺(tái)站頻率分辨為f+△f，f-△f 則在覆蓋重疊部分接收機(jī)接收到的差拍頻率為2△f±f原差拍（原差拍指未引入頻偏時(shí)由兩個(gè)發(fā)射機(jī)誤差引起的差拍頻率）這個(gè)頻偏不能太大，超出接收機(jī)帶寬，或入侵鄰頻道，也不能太小導(dǎo)致差拍頻率不夠大。民航標(biāo)準(zhǔn)中接收機(jī)的帶寬為8.5 kHz，所以民航甚高頻頻偏最大值選擇8 kHz。民航標(biāo)準(zhǔn)中的頻率準(zhǔn)確度為5 ppm（誤差小于百萬分之5），帶入民航使用的甚高頻頻段，原差拍頻率小于1.3 kHz。當(dāng)在覆蓋時(shí)只用兩個(gè)臺(tái)站的情況下，稱之為兩頻偏系統(tǒng)，設(shè)置一臺(tái)發(fā)射機(jī)頻偏為+5 kHz，一臺(tái)為-5 kHz，此時(shí)差拍大于8.7 kHz。當(dāng)需要三個(gè)臺(tái)站覆蓋時(shí)，稱之為三頻偏系統(tǒng)，頻偏分別設(shè)置為-7.3 kHz，0，7.3 kHz，差拍大于6 kHz。當(dāng)需要四個(gè)臺(tái)站覆蓋時(shí)，稱之為四頻偏系統(tǒng)，頻偏分別設(shè)置為+7.5 kHz，+2.5 kHz，-2.5 kHz，-7.5 kHz。此時(shí)因?yàn)轭l偏接近，會(huì)對發(fā)信機(jī)的頻率準(zhǔn)確度提出更高要求，要求達(dá)到3ppm，那么原差拍會(huì)小于0.8 kHz 最后四頻偏系統(tǒng)的差拍大于4.2 kHz。此時(shí)已接近極限，但是當(dāng)發(fā)信機(jī)的指標(biāo)非常好，達(dá)到0.3ppm 的標(biāo)準(zhǔn)后，我們還可以使用五頻偏系統(tǒng)，頻偏分別設(shè)置為 +8 kHz，+4 kHz，0，-4kHz，-8 kHz。5頻偏系統(tǒng)的差拍大于3.92 kHz。

3 結(jié)束語

在民航系統(tǒng)中，由于管制區(qū)大，或是山體遮擋，往往需要在同一信道設(shè)置多個(gè)臺(tái)站。這往往會(huì)對機(jī)組產(chǎn)生差拍干擾。此時(shí)頻偏的設(shè)置將會(huì)非常重要，掌握本文所述的頻偏設(shè)置方法，才能在多臺(tái)站群發(fā)時(shí)實(shí)現(xiàn)正常通信。