甚高頻電臺(tái)天線之間架設(shè)最小距離的估算方法

張博

摘要：本文簡要分析了甚高頻電臺(tái)的發(fā)射、接收特性以及甚高頻電波在空間的傳播特性，介紹了一種甚高頻電臺(tái)天線之間架設(shè)最小距離的估算方法。對(duì)民航甚高頻通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)及甚高頻電臺(tái)的安裝均具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：甚高頻;天線

甚高頻話音通信因?yàn)槠湓捯糍|(zhì)量好，覆蓋穩(wěn)定，受天氣影響小而在民航地空話音通信中得到廣泛應(yīng)用，是民航管制部門實(shí)施對(duì)空指揮，與飛機(jī)通話的主要手段。由于甚高頻電臺(tái)的天線高度與其覆蓋范圍密切相關(guān)，甚高頻電臺(tái)的天線一般架設(shè)在塔臺(tái)頂，而塔臺(tái)頂?shù)姆秶邢蓿虼搜芯可醺哳l電臺(tái)天線之間架設(shè)的最小距離具有十分重要的意義，本文主要討論甚高頻電臺(tái)天線之間架設(shè)的最小距離的估算方法及架設(shè)中應(yīng)注意的問題。

一、甚高頻電臺(tái)的發(fā)射、接收特性

甚高頻電臺(tái)按其結(jié)構(gòu)有發(fā)信機(jī)，收信機(jī)，收發(fā)信機(jī)之分。民航主要采用收發(fā)信機(jī)，本文中甚高頻電臺(tái)均指甚高頻收發(fā)信機(jī)。甚高頻收發(fā)信機(jī)的發(fā)射，接收特性均需符合國際民用航空公約附件10《航空電信》和中國民航行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《甚高頻地空通信地面設(shè)備通用規(guī)范第一部分：甚高頻設(shè)備技術(shù)要求》的標(biāo)準(zhǔn)。但不同廠家的產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)有所不同。以德國R/S廠家給出的指標(biāo)可以看出，甚高頻收發(fā)信機(jī)的頻率穩(wěn)定度較高，鄰頻功率衰減較大，如圖1.1所示，其發(fā)射特性尖銳，發(fā)射帶寬很窄，因而在考慮電臺(tái)間的相互影響時(shí)，可以主要考慮其中心頻點(diǎn)，而暫不考慮鄰頻及無效輻射。

甚高頻收發(fā)信機(jī)的接收特性主要包括下列指標(biāo)：

其中靈敏度定義了接收機(jī)對(duì)中心頻率信號(hào)的敏感程度，選擇性定義了接收機(jī)的選頻特性和接收帶寬，如圖所示。要分析兩個(gè)電臺(tái)之間的干擾，我們需要知道電臺(tái)的失諧（Decoupling）特性。這個(gè)特性一般可向廠家索取。

甚高頻電臺(tái)的失諧特性給出了兩部電臺(tái)之間不相互干擾的功率最小衰減值。由于不同發(fā)射功率的甚高頻電臺(tái)其接收機(jī)的特性是相同的，為便于理解和計(jì)算，在此引入甚高頻電臺(tái)在△f處不受干擾的最大接收功率的概念，用P△fmax表示。根據(jù)下表可計(jì)算出電臺(tái)的P△fmax值表。

由此表可以畫出電臺(tái)的接收范圍示意圖，如下圖所示，圖中的陰影區(qū)域是可接收的范圍。為避免電臺(tái)之間的相互干擾，就要求甚高頻接收機(jī)在△f處接收到的信號(hào)功率低于P△fmax曲線，處于非陰影區(qū)域，這就是甚高頻電臺(tái)在△f處不受干擾的條件。即

這個(gè)概念在估算甚高頻天線之間的最小距離時(shí)是非常有用的。

二、甚高頻的傳播特性

根據(jù)無線電理論，甚高頻電波主要是象光線一樣在看得見的范圍內(nèi)沿直線傳播，這就是所謂的視距傳播。甚高頻在作視距傳播時(shí)，主要受對(duì)流層大氣的影響，同時(shí)也受地球的形狀以及地球表面上地物的影響。

地面上對(duì)流層對(duì)甚高頻電波傳播的損耗極小，常?？山普J(rèn)為是均勻無損耗介質(zhì)，折射率n可認(rèn)為等于1。如果地面上的物體對(duì)傳播又沒有什么影響，那么，電波在地面對(duì)流層中的傳播都可近似認(rèn)為在自由空間傳播。在實(shí)際地面視距傳播中，應(yīng)力求使電波滿足自由空間傳播的條件。

在地面視距傳播中，若假定地面是平坦的，由上圖VHF墊板空間傳輸示意圖可以看出，到達(dá)接收點(diǎn)的電波由三個(gè)部分組成。

直射波：即由發(fā)射點(diǎn)直接傳播到達(dá)接收點(diǎn);

地面反射波：由發(fā)射點(diǎn)經(jīng)地面的反射到達(dá)接收點(diǎn);

地表面波：如圖中的虛線，順著發(fā)射天線到達(dá)地面，然后沿著地表面到達(dá)接收天線。

在甚高頻通信中，由于天線都架設(shè)得比較高，地表面波的影響可以忽略。如果地面沒有任何障礙物阻擋直射波的射線，由可認(rèn)為直射波是在自由空間傳播。

在自由空間中沒有介質(zhì)，沒有能量的損耗，但并不是說發(fā)射天線輻射多少功率，在接收天線就可以收到多少功率，實(shí)際上，接收天線所收到的僅是發(fā)射天線輻射功率很小的一部分，大部分都散失了。這種能量的損失稱為自由空間傳播損耗，用L表示，它可用下式計(jì)算

式中是d傳播距離，λ是工作波長，G發(fā)射和G接收是發(fā)射和接收天線的增益系數(shù)。式中第一項(xiàng)與波長λ、傳播距離d有關(guān)，是具體說明傳播情況的，通常稱為“自由空間傳播基本損耗”，用L0表示：

式中f是工作頻率，單位MHZ，傳播距離d單位為公里。由式（3）可知，頻率越高，傳播距離越遠(yuǎn)，自由空間傳播基本損耗越大。

三、甚高頻電臺(tái)天線之間最小架設(shè)距離的估算

如下圖所示是兩部甚高頻電臺(tái)通信系統(tǒng)的示意圖，圖中的甚高頻電臺(tái)A發(fā)射功率為P1（dBm），工作頻率f1，其濾波器的插入損耗為LIL，饋線損耗為LC1，天線增益為G1，兩天線之產(chǎn)間的距離為d，自由空間基本損耗為L0，甚高頻電臺(tái)B工作頻率f2，濾波器對(duì)頻率f1的衰減為Lf1，饋線損耗為LC2，天線增益G2。

在不考慮對(duì)流層影響和地面反射的情況下，可認(rèn)為甚高頻電波

從天線1到天線2的傳播是自由空間傳播。照此估算則可以得出在甚高頻電臺(tái)B處接收到的甚高頻電臺(tái)A發(fā)射出的頻率為f1的電波功率。

將式（3）代入，則

根據(jù)第一節(jié)中的討論，若要電臺(tái)A對(duì)電臺(tái)B沒有干擾，則根據(jù)式（1），有Pf1接收≤P△fmax 其中△f=f1-f2將式（4）代入上式，則P1-LIL-LC1+G1-32.45-20lgf-20lgd+G2-Lf1-Lc2≤P△fmax即d≥10 由式（5）計(jì)算出的即為估算出的兩部電臺(tái)天線之產(chǎn)間的最小距離。

四、結(jié)束語

前面簡單介紹了甚高頻電臺(tái)的天線最小距離的估算方法。事實(shí)上，影響電臺(tái)使用以及互相之間干擾的因素還有很多。例如：安裝天線的場(chǎng)型;天線之間是否有障礙物，形成反射、折射;饋線的走線、接地情況等。因此上面介紹的是一種估算方法，這種方法在全國民航中小型機(jī)場(chǎng)甚高頻通信系統(tǒng)整治工程中得到了廣泛的應(yīng)用。在西北空管局近期航管樓天線優(yōu)化整治方案中，也參考了該算法，提供了理論數(shù)據(jù)支撐，據(jù)此估算出的最小距離可以作為參考值指導(dǎo)安裝，再結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉衛(wèi)東、劉云、劉樹軍《西昌機(jī)場(chǎng)甚高頻系統(tǒng)架設(shè)案例分析》。

（中國民用航空西北地區(qū)空中交通管理局技術(shù)保障中心 陜西西安 710082）