調頻廣播三階互調干擾的原理與解決方案

黃永濤

（作者單位：河南省廣播電視發射臺）

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調頻廣播三階互調干擾的原理與解決方案

黃永濤

（作者單位：河南省廣播電視發射臺）

摘 要：調頻廣播是提高廣播節目覆蓋率的重要方式，由于受到各種因素的影響，導致調頻廣播的三階互調對民航通信、移動通信系統甚至相鄰的調頻或電視伴音頻率都產生了干擾。本文主要對三階互調及三階互調干擾進行概述，并對三階互調干擾的危害進行分析，以及對調頻發射端的測試及分析，對民航接收機的分析以及如何有效減小或者徹底減弱三階互調寄生信號存在所產生的干擾等方面對調頻廣播的三階互調的相關問題進行了論述，以期可以給調頻廣播播出創造出高效且較為干凈的電磁環境。

關鍵詞：調頻廣播；三階互調；民航通信

近年來，隨著廣播事業的不斷發展，我國各個地區調頻廣播發射點的數量也在不斷增多，調頻節目的數量和功率在不斷增多和增大，滿足了人民群眾的需求，豐富了人民群眾的精神文化生活。但由于調頻廣播和航空通信的業務頻段較為接近，發射點的數量又在不斷增加，因此發射所產生的互調雜散產物的數量也不斷增加，范圍明顯擴大，使得航空通信受到影響。具體來說，主要是3種調頻廣播對航空通信產生了影響。本文以民航通信為例，對調頻廣播的干擾進行論述。

1 三階互調及三階互調干擾原理概述

互調干擾是無線電干擾的一種，可分為二階、三階以及多階互調。三階互調含義為兩個調頻廣播的頻率信號在系統中，受到發射機或者天線的非線性元素影響，產生一個寄生調幅的信號。由于兩個信號分別為基波信號也就是一階信號，另一個為二次諧波也就是二階信號，因此二者合稱為三階信號。而且由于新信號是前兩個信號相互調制而形成的，因此新信號也被稱為三階互調失真信號，而產生新信號的過程被稱為三階互調失真。寄生調幅產生原理

設調頻信號的數學表達式：

式（1）中，A c為信號的振幅，V；f c為信號的載波頻率，Hz；β為調制指數，常數；f m是調頻頻率，Hz。

調頻發射機播出的射頻節目信號和航空設備接收信號之間傳輸函數的幅度隨頻率特性進行改變，鑒于此對調頻頻率進行改變，其輸出信號的幅度也會發生改變。 假定幅頻特性函數為AF(f),則在載頻f c附近，βsin2πf m t的變化引起輸出信號幅度在AF(f c )附近隨時間變化，此時輸出的信號可以表示為：

式（2）中，m(f)為AF(f)在f c附近的幅頻特性。最簡單的情況為傳輸函數的幅頻特性在f c 附近為線性，此時公式（2）可以表示為：

式(3)與調幅信號形式完全一樣。

可以看出若m(f)為非線性函數，展開將其變換為傅立葉級數，在f c附近，線性部分依然會占主要因素。由圖1以得出，若廣播調頻信號的調制信號在一個周期內發生變化，相應的寄生調幅信號也會有一個周期的改變， 可以得到寄生調幅信號的頻率構成成分是原調頻信號的調制信號頻率。

圖1 寄生調幅示意圖

國家無線電管委會指定的調頻廣播信號的頻率使用范圍是87～108 MHz，民航的通信頻率為118～137 MHz。那么調頻廣播落入民航通信頻帶內的主要頻率為2f1-f2互調頻率，頻率范圍在118～128 MHz。其中f1和f2是2種不同的調頻發射頻率，而且f1>f2。最有可能產生三階互調的部分主要是調頻發射端和民航接收機端。因此要對三階互調對民航通信的干擾進行分析，可從這兩方面進行。

2 三階互調干擾的危害

2.1 使得調頻廣播發射機射頻功放發生故障的概率增加

當發射機調試完成之后，其射頻功放位于電路的最佳諧振點，此時電路的電流值達到最小；而互調干擾會使電路工作失諧，從而使得電流變大、元器件發熱，發射機發生故障的概率增加。

2.2 使實際發射功率降低

對發射機的功率進行測量時一般使用的是直通式功率計，它具有一定的帶寬。也就是說，使用這種方式所測量的功率實際上是射頻功率和互調干擾等功率的總和。例如功率計上顯示的數值為1 200 W，那么射頻功率事實上可能只有1 000 W，多余的200 W則為互調干擾及其他雜波功率。

2.3 對空間電磁波秩序造成影響

射頻干擾從本質上來說也是由發射機輸出的，是一種射頻信號，而且這種信號還會繼續與其他射頻信號進行互調，然后產生更多的互調干擾。因此，在發射機較多之處，存在許多無序的射頻信號，這些信號與發射點所覆蓋范圍內的其他無線通信信號的頻率相近甚至相同，由此對民航通信造成干擾。

3 對調頻發射端的測試及分析

以我國X市為例，本地的調頻發射系統共包括13個調頻頻率，分別是106.8、105.4、104.6、102.9、101.4、99、98、97.2、92.5、92.1、91.1、88.5以及87.8（單位：MHz）。調頻發射系統

以兩套天饋線系統對空播出。根據2f1-f2（f1>f2）的規律對有可能產生干擾民航通信的三階互調信號的頻率組合進行分析，發現只有一組頻率的三階互調產物的頻率為121.5 MHz，那就是106.8 MHz和92.1 MHz。計算公式為2×106.8-92.1=121.5。對上述兩個發射機及其合成后的三階互調產物進行測試，發現其二次諧波發射符合廣播電視領域對廣播電信信號發射的標準要求，并且優于該要求，調頻多工器的帶通濾波器對高次諧波和互調信號的抑制大于-60 dB。經過系統測試，系統的三階互調發射與載波功率60dB相比更低，因此能夠避免高電平的三階互調產物經天線發射。

4 對民航接收機的分析

在民航接收機端，三階互調造成干擾的原因是民航接收設備的非線性，由高頻接收、變頻解調制部分和低頻率放大這幾部分構成，接受設施的非線性會產生許多諧波信號以及調頻互調頻率的產生。我們在之前的章節已經列出來互調信號落入民航專用頻帶的信號主要為2f1-f2（f1>f2），f1以及f2指代的是不同的調頻發射頻率。而且解調后的輸出信號主要是f1音頻調制信號的內容，因此f1信號為主信號。而且民航調幅接收機有時會接收到調頻廣播的信號，產生這種現象的主要原因是因為民航接收設備調幅特性的不同，也因此產生了三階互調的寄生調幅信號。民航設備的接收機對接收信號進行調制時，包括寄生調幅的部分也進行了調幅調制，輸出的信號和航空所用設施接收信號相同或相似，也因此導致了民航設備可以收到來自廣播發射臺站發送的頻率。

造成接收機互調干擾除了頻率要符合要求之外，互調干擾產生的信號功率電平也只有達到一定高的程度，高于民航設備的接收門限閥值。要計算出民航設備準確的接收電平，要首先確定發射頻率、功率、發射天線增益以及機場與發射臺之間的距離。

5 結語

調頻信號的三階互調產生的寄生調幅信號，雖然可能落入相鄰的頻帶，但要達到足以影響相鄰頻帶的通信，電平值也要達到一定的數值。在頻率符合要求的情況下，如何有效解決電平問題，是對調頻三階互調干擾進行解決的重要環節。本文探討了可在保持調頻廣播現有頻率以及發射功率不發生變化的情況下，通過對民航設備接收機前端增設帶通濾波設施，從而限制三階互調產生的寄生調幅信號進入民航接收設備，從而解決民航通信干擾問題。也希望相關從業人員能進一步探索，找出更為完美解決調頻信號三階互調現象的方案。

參考文獻：

[1]安捷.調頻廣播的三階互調對民航通信干擾分析[J].廣播電視信息,2015(3).

[2]白晶.太原地區調頻廣播發射臺站對民航通信導航業務干擾的探討[J].現代工業經濟和信息化,2014,4(14).

[3]何勇寧,郭瑞峰,覃爽.如何更好地排查調頻廣播對民航通信的干擾[J].中國無線電,2015(5).

[4]曾姝華.內蒙古無委辦整治調頻廣播對民航通信干擾成效顯著[J].中國無線電,2015(8).

[5]靳軍.兩起調頻廣播對民航地空通信干擾的思考[J].科技傳播,2015(9).