民航甚高頻通信同頻差拍干擾的產生與解決

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實現與機組之間的語音通信。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內的覆蓋，往往需要設置多個同頻率的站點。當管制員聯系機組時多個同頻率甚高頻發射機同時發射，此時在重疊區域往往會產生差拍干擾，導致機組收到話音時同時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生的原理，同時闡述目前民航系統解決差拍干擾的方法。

1 差拍干擾產生的原理

民航使用的甚高頻接收機都屬于超外差式接收機，即射頻信號都需要先變頻到中頻再進行解調。接收機的構成如圖1所示。

圖1 接收機的構成

當接受到射頻信號時，先通過高頻寬帶濾波器濾除與有用信號頻率相差較遠的干擾信號。接著通過噪聲系數良好的高頻小信號放大器后由變頻器負責將射頻信號下變頻到中頻，接著利用中頻放大器放大信號，并利用中頻放大器的選頻網絡選出變頻后頻率為中頻的射頻信號。

之后進行大信號包絡檢波，如果是數字電臺則在中頻后進行采樣，數字檢波。

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：

當輸入兩個射頻信號時將u=U1msinω1t+U2msinω2t 代入伏安特性，省略中間的三角變換過程得到：

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

這是非線性產生差頻的原理，往往有很多人認為當同時接受兩個同頻率臺站信號時的嘯叫聲，也是由非線性引起的。因為兩個同頻率的臺站設備存在誤差，導致兩個工作頻率相差幾百赫茲到幾千赫茲，正好進入人耳可聽到的范圍。其實不然，非線性原理產生的差頻是基礎振動，幾百赫茲的基礎振動已經不再是射頻信號，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，而是由兩個頻率相近的射頻信號線性疊加時引起的差拍現象。

差拍是如何產生的，設兩個頻率相近的相同語音信息信號：

當他們線性疊加時：

圖2 載波頻率近似等于有用信號頻

2 民航對差拍干擾的解決方法

在明確了差拍干擾產生的原理之后，不難發現，差拍干擾無法通過使用濾波器或增加接收機的選擇性避免。既然無法在射頻部分解決這個問題，那可以嘗試在音頻部分解決差拍干擾。在民航規范中，我們要求的音頻響應范圍為300-3400 Hz，所以，當音頻信息超過3400 Hz 的時候，在接收機中的響應會開始下降，對5000 Hz 的音頻要求響應降低30 dB?？梢姡绻覀儗⒉钆牡念l率控制在較高的水平的話，就可以在接收機的音頻處理部分將其抑制掉。于是在民航通信使用中設置同頻率有覆蓋重疊的臺站時，往往將臺站設置有一個頻偏。即故意偏離有用頻率一個值△f。假設有用頻率為f，兩個發射臺站頻率分辨為f+△f，f-△f 則在覆蓋重疊部分接收機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由兩個發射機誤差引起的差拍頻率）這個頻偏不能太大，超出接收機帶寬，或入侵鄰頻道，也不能太小導致差拍頻率不夠大。民航標準中接收機的帶寬為8.5 kHz，所以民航甚高頻頻偏最大值選擇8 kHz。民航標準中的頻率準確度為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。當在覆蓋時只用兩個臺站的情況下，稱之為兩頻偏系統，設置一臺發射機頻偏為+5 kHz，一臺為-5 kHz，此時差拍大于8.7 kHz。當需要三個臺站覆蓋時，稱之為三頻偏系統，頻偏分別設置為-7.3 kHz，0，7.3 kHz，差拍大于6 kHz。當需要四個臺站覆蓋時，稱之為四頻偏系統，頻偏分別設置為+7.5 kHz，+2.5 kHz，-2.5 kHz，-7.5 kHz。此時因為頻偏接近，會對發信機的頻率準確度提出更高要求，要求達到3ppm，那么原差拍會小于0.8 kHz 最后四頻偏系統的差拍大于4.2 kHz。此時已接近極限，但是當發信機的指標非常好，達到0.3ppm 的標準后，我們還可以使用五頻偏系統，頻偏分別設置為 +8 kHz，+4 kHz，0，-4kHz，-8 kHz。5頻偏系統的差拍大于3.92 kHz。

3 結束語

在民航系統中，由于管制區大，或是山體遮擋，往往需要在同一信道設置多個臺站。這往往會對機組產生差拍干擾。此時頻偏的設置將會非常重要，掌握本文所述的頻偏設置方法，才能在多臺站群發時實現正常通信。