甚高頻天線共用系統(tǒng)的安裝調(diào)試

摘 要 現(xiàn)階段 中國民用地空通甚高頻無線電系統(tǒng)采取天線共用的形式 它的主要功能是分開地面接收與發(fā)射的信息 從而避免地面接收信息的混雜 也有效地彌補(bǔ)了單一天線所造成的場地緊張和交叉干擾的缺陷 從而大幅提高了地面與空間通信的準(zhǔn)確性 但由于其構(gòu)造簡易 使用程度低 因此導(dǎo)致它在實際使用中的應(yīng)用受到限制 文章對天線公用設(shè)備的構(gòu)造 使用與調(diào)試中的問題展開了討論 并提出了具體的使用建議

關(guān)鍵詞 甚高頻 天線共用系統(tǒng) 安裝調(diào)試

中圖法分類號TN82 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

１ 引言

隨著我國民用航空工業(yè)的迅速發(fā)展，航線數(shù)量迅速增長，機(jī)翼和指揮機(jī)位也隨之增多，以往單一控制中心僅有少數(shù)幾個通信頻率的情況已無法適應(yīng)。針對以上問題，對各種功能模塊進(jìn)行快速組合，并采用統(tǒng)一的軟件實現(xiàn)多媒體調(diào)度。同時，為確保管制與空中指揮通信的順暢，所采用的甚高頻裝置也要有冗余備用，以避免單一電臺的失靈而導(dǎo)致通信中斷。上述所有需求都要求安裝更多的地面無線電通信裝置，而且每個裝置的通信都必須要有一個天線。因此，如何將大量的天線安裝在一起，是一個較為重要的難點。天線共享系統(tǒng)通過使用天線共用器，可以實現(xiàn)多臺收發(fā)器共用一組天饋，既能有效地解決安裝天線所帶來的環(huán)境問題，又能降低干擾，在不同的環(huán)境條件下能夠選擇最優(yōu)的通信模式，以獲得最好的通信效果。

２ 天線共用系統(tǒng)組成

簡易的高頻地空通信系統(tǒng)是由一對天線與一對無線電裝置相連，實現(xiàn)一次地空通信。為有效地克服地面和空中通信中的各種串音干擾，往往還必須對主要設(shè)備進(jìn)行聯(lián)試聯(lián)調(diào)，即對各個系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合試驗。目前，采用的是甚高頻收發(fā)天線分支方式。天線共享系統(tǒng)的工作原理和一般的單機(jī)無線電相同，都是基于基本的ＥＭ 變換原理，而天線共享系統(tǒng)一般由天線口面鍋、饋源喇叭、天線基座、高頻頭，高頻電纜、衛(wèi)星接收機(jī)等部分組成。因此，在一般的單一基站中，天線共享系統(tǒng)在收發(fā)器和天饋之間往往會增設(shè)相應(yīng)的天饋共享裝置。多個甚高頻發(fā)送器（或接收器）采用天饋共享的方式，以實現(xiàn)２ 種不同的天線結(jié)構(gòu)。

天饋公共單元使用了帶外的裝置，并改變了射頻輸出的方向分布，其主要特點是耦合裝置先將部分功率從干線中提取出來，再將其與副干線相連，以供試驗。該功分器為具有固定頻譜范圍的相同頻帶上（為接收器）的濾光器提供功率。這些器件還可以作為一種高效的高速儀器放大器，把差動信號變換為單端信號。目前民用航空工業(yè)主要采用被動式空腔濾波器，其調(diào)諧方式因設(shè)備、機(jī)型而異。但是，調(diào)頻的準(zhǔn)則基本上是一致的。在實踐中，最簡便和切實可行的辦法就是利用發(fā)送濾波器來減小發(fā)射端ＶＳＷＲ，以提高工作效率。這種方法可以很好地解決頻率穩(wěn)定問題，但由于其電路比較復(fù)雜，需要很高的低通濾波器，因此無法很好地解決輸出的線性度問題［１］ 。為使饋線的射頻功率以電磁波的方式對反射面、透鏡等進(jìn)行輻射，就必須把電壓源與電流源的輸出聯(lián)合起來，使其在孔徑上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膱龇植?，以形成所需的賦形波束。饋源喇叭是必不可少的，其中最為理想的是波形喇叭，波紋結(jié)構(gòu)的設(shè)計可以產(chǎn)生混合模ＨＥ１１，在ＨＥ１１ 模式中， ＴＥ 與ＴＭ 分量具有相同的截止頻率與相速，進(jìn)而產(chǎn)生不同的固有頻率。這樣， Ｅ． Ｈ ２ 個平面的指向性在約１：１．７ 的工作頻帶內(nèi)就能夠得到充分的等效，并且其相中心基本獨立于頻率，使其在１：２．４的頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異性能。

３ 天線共用系統(tǒng)的安裝與調(diào)試

３．１ 濾光片的選型和調(diào)試

３．１．１ 帶通濾波器（ｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｌｔｅｒ）

帶通濾波器是一種具有很低電阻的電路，適用于各種線束、家用電器、各種儀器等，通常不受任何干擾。若能迅速將帶通濾波器調(diào)至理想工作頻率，并放置在發(fā)射機(jī)和天線之間，則會減弱對高頻電流的反應(yīng)，進(jìn)而減少與其他工作頻率接收器的連接，特別是當(dāng)無線電子測量技術(shù)被調(diào)至鄰近的頻率時。濾波器的中央頻率要調(diào)節(jié)到訪問站的頻率。通常，這種ＦＭ信號的波段遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于載波頻率，而大多數(shù)接收機(jī)接收和處理的信號都是窄帶。帶通濾波器已被廣泛應(yīng)用于各種系統(tǒng)，如非線性、時延等。但由于信號的傳輸以及電子設(shè)備的使用，會導(dǎo)致系統(tǒng)的時延，從而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定。當(dāng)系統(tǒng)輸入輸出受到擾動時，系統(tǒng)會出現(xiàn)較大的頻率波動，因此可通過設(shè)計控制系統(tǒng)來實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

３．１．２ 帶阻濾波器

帶阻濾波器又被稱作陷波濾波器，這是一種高Ｑ諧振電路，可以在較小的影響下，使其他頻段減小至更低的帶寬。它和帶通濾波器完全不同，該濾波器可以通過濾波器連接，并從濾波器內(nèi)消散。其最大衰減值出現(xiàn)在濾波器諧振頻率上，雖然這個諧振頻率能夠通過串行方法來提高，但該設(shè)備與帶通濾波器的功能相差無幾，都能夠通過在發(fā)射器上使用陷波器，減少發(fā)射器的噪聲輻射，降低發(fā)射機(jī)之間的互調(diào)干擾。帶阻濾波器在接收端使用時，可以減少或抑制接收機(jī)之間的互相調(diào)制，但陷阱只會在特定或者相對狹窄的波段內(nèi)產(chǎn)生最大的衰減。通常，這種ＦＭ 信號的頻段遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于載波頻率，而大多數(shù)接收機(jī)接收和處理的信號都是窄帶。所以，在信號覆蓋的區(qū)域，不能保證信號的大小超過某個閾值。

３．２ 饋源喇叭的選型與調(diào)試

饋源變頻器所發(fā)出的波形是一個球形，其波形方向圖的寬度應(yīng)與主次反射器的孔徑相匹配，才能最大限度地將電磁波形集中在相應(yīng)的反射器上，從而達(dá)到提升輻射器發(fā)射效率，降低外溢損耗的目的。其饋源的擴(kuò)音器有如下幾種特征。

３．２．１ 主模喇叭

主模喇叭在單一的主模上工作，且Ｅ． Ｈ ２ 個方向上的波形不一致，相中心隨著頻率的改變而改變，現(xiàn)在已經(jīng)很少被采用。該產(chǎn)品的邊長較寬，有時甚至需要較大的拉拔角度。但在實際的工程中，由于要對定位信號進(jìn)行濾波，因此必須對其進(jìn)行相位補(bǔ)償。

３．２．２ 雙模喇叭和多模喇叭

為彌補(bǔ)Ｅ． Ｈ 平面不均勻的缺陷，可以通過調(diào)整張角、口徑，以及引進(jìn)高次模式等方式，以實現(xiàn)Ｅ． Ｈ平面上的均勻分布。隨著高階模態(tài)的加入，幅度與相位的合理結(jié)合，使變幅面的Ｅ． Ｈ 平面將更加接近等效，但變幅面的構(gòu)造也將更加復(fù)雜。但這種方法的最大缺陷在于其帶寬受到了一定的限制，只能用于窄頻平面天線。當(dāng)一個高階模態(tài)與另一個高階模態(tài)疊加時，稱其為雙模式號角；當(dāng)多個高階模態(tài)疊加時，稱其為多模式號角。

３．２．３ 波形喇叭

波形喇叭是一種新型的高功率微波輻射器，該輻射器具有良好的工作特性，其工作模式為高功率微波輻射器型，且具有與設(shè)計頻段不相關(guān)的特性，使Ｅ． Ｈ２ 個平面的指向性在約１：１．７ 的工作頻帶內(nèi)得到了充分的等效，并且其相中心基本獨立于頻率，具有較好的偏振和副瓣特性。環(huán)形負(fù)載的波浪形變幅桿進(jìn)一步拓寬了頻率范圍，使其在１：２．４ 的頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的電氣性能。作為一種新型的天線饋電方式，其可以有效地減少輻射損耗，提高輻照效率，并獲得更高的偏振純度。

３．２．４ 組合喇叭

組合喇叭以同一天線視軸為核心，對稱排列著４個大小相同的音箱，共同實現(xiàn)收、發(fā)通信。這４ 個喇叭所接收的頻率幅度之和被稱作和信號（也就是天線主波束），左右２ 個喇叭所接受的幅度值之差被稱作是方位角差信號，而左右２ 個喇叭所接受的幅度值之差被稱作是俯仰差信號。差分信號可以被用來追蹤驅(qū)動天線的方位角傾斜控制信號，當(dāng)２ 個差分信號為０ 時，就是對齊的標(biāo)記（這時和為最大值）。在負(fù)荷劇烈變化時，通過對其進(jìn)行無差調(diào)，就能將其工作頻率保持在額定值內(nèi)。

３．３ 天線間隔

由于地空通信中的甚高頻設(shè)備的天線必須十分接近。在機(jī)場中的無線電干擾十分普遍。因此，合理選擇通信頻段對提高通信性能及保證通信的準(zhǔn)確性有著非常關(guān)鍵的作用。在選擇無線通信方面的超高頻電子標(biāo)簽裝置時，還需要確保發(fā)射天線的間距與接受天線群之間的間隔不會造成內(nèi)部駐波。在實際工作中，發(fā)分離臺站、接收一體化臺站都必須保證發(fā)射天線群和接受天線之間的間隔不受內(nèi)部影響。而這個參數(shù)也和濾波器調(diào)制值、雙極化天線增益、頻率間隔、干擾源數(shù)量等因子有關(guān)。在特定條件下，接受天線和發(fā)送天線間的安裝長度必須最短，可以將天線與天線垂直放置，垂直間距應(yīng)超過６ ｍ，以確保收發(fā)間的間隔［２］ 。

４ 天線共用系統(tǒng)的日常維護(hù)

甚高頻天線共享系統(tǒng)分為日常維護(hù)、月維護(hù)、季度維護(hù)３ 種類型，要制定一套完整的維護(hù)流程，確保每一臺設(shè)備都能正常運行，并對其進(jìn)行調(diào)試。（１）日常維護(hù)：主要是對設(shè)備的駐波比率進(jìn)行測試，并對其進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以保證系統(tǒng)處于最佳的工作狀態(tài)。（２）月度維修：定期檢查各裝置的連接狀況，清潔各部件，并對聯(lián)軸器、同軸繼電器進(jìn)行檢查。設(shè)備檢修方案主要是針對設(shè)備的使用狀況，制訂大、中修方案，確定設(shè)備的維護(hù)內(nèi)容，對易出現(xiàn)故障的設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)。（３）季度維護(hù)：主要是對軟件進(jìn)行檢測，重點檢查各個關(guān)鍵部件和容易出現(xiàn)故障的地方，并進(jìn)行參數(shù)檢測，以調(diào)整不合格參數(shù)。

對天線系統(tǒng)進(jìn)行檢查，擰緊連接，涂上防銹潤滑油。尤其是在檢修過程中，要嚴(yán)格遵守《電力安全規(guī)程》，遵循“兩票三制”“四不傷害”“四不放過”等原則。遇到暫時不能解決的問題，要及時上報領(lǐng)導(dǎo)，并組織技術(shù)人員進(jìn)行檢查，并根據(jù)檢查的結(jié)果，對有問題的設(shè)備進(jìn)行維修。

天饋系統(tǒng)是ＶＨＦ 中的一種能量轉(zhuǎn)換裝置，其功能是接收和發(fā)射無線電波，由于其工作環(huán)境較為嚴(yán)苛，長期使用下來，必然會出現(xiàn)絕緣材料老化、金屬部件腐蝕、緊固件、電纜連接件松動等問題，這些問題很難被及時察覺，因此必須定期檢查。一是要不斷地觀測駐波比率的改變，并對開關(guān)、各個連接部位進(jìn)行檢測，檢查有無過熱。二是要經(jīng)常對天線的各個組件和安裝部件進(jìn)行檢查，觀察絕緣層、防水膠粘層是否牢固。三是對饋電、充氣等設(shè)備進(jìn)行檢測，以保證在沒有電源的情況下，天線的工作角處于安全的范圍內(nèi)。四是對各類電線的絕緣材料進(jìn)行檢查，檢查有無老化松散，并及時進(jìn)行更換。五是確保員工在工作中有高度的責(zé)任心，并積極地投身于工作中，完成各項工作任務(wù)［３］ 。

５ 結(jié)束語

采用甚高頻天線共用系統(tǒng)可以很好地解決設(shè)備天線所占空間較大的問題。同時，由于新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛使用，使得現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)能夠很容易地更新到新的技術(shù)規(guī)范，并且能夠保證原有技術(shù)的兼容性。但在實際應(yīng)用中，應(yīng)注意以下幾點。一是對頻率的合理分配。根據(jù)各國和區(qū)域的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，一般都會根據(jù)不同的頻率來設(shè)計不同的讀寫器天線。若共用系統(tǒng)共用部分發(fā)生故障，則同一天線上的所有裝置都不能正常工作，所以要合理安排共用一個天線，確?？刂剖褂谜叩陌踩?。二是在安裝好后，對天饋系統(tǒng)進(jìn)行測量，并記錄其安裝過程中的檢測結(jié)果，為后續(xù)維修工作提供有價值的資料，以便在發(fā)現(xiàn)問題時能及時解決，保證系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

［１］ 陸寅，劉中華．甚高頻天線共用系統(tǒng)內(nèi)部互調(diào)產(chǎn)物的產(chǎn)生及預(yù)防［Ｊ］．民航管理，２０１８（１２）：６９?７１．

［２］ 王瑞軍．民航甚高頻天線共用系統(tǒng)的主備切換差異分析［Ｊ］．中國科技信息，２０２１（６）：２９?３０．

［３］ 黃凱．中波轉(zhuǎn)播臺衛(wèi)星接收天線的安裝與調(diào)試分析［Ｊ］．衛(wèi)星電視與寬帶多媒體，２０２１（７）：２５?２９．

作者簡介：

孫占奉（１９８４—），本科，工程師，研究方向：電子通信。