機(jī)載超短波電臺通信距離近原因分析與外場測試

丁永強(qiáng) 李鐵生

摘要：地空通信距離是機(jī)載超短波電臺的重要性能指標(biāo)。針對飛行過程中發(fā)生的通信距離近問題，首先介紹了通信距離近的三種情形，針對不同情形分析了主要原因，為了準(zhǔn)確進(jìn)行故障定位，提出了機(jī)載超短波電臺主要性能指標(biāo)的原位測試思路，并給出了具體的測試過程和方法。

關(guān)鍵詞：機(jī)載超短波電臺；通信距離；原位測試；駐波比

Keywords：airborne V/UHF radio；communication distance；in-situ test；VSWR

0 引言

機(jī)載超短波電臺又稱為甚高頻電臺，一般工作于VHF頻段和UHF頻段，主要用于飛機(jī)與地面塔臺之間或飛機(jī)與飛機(jī)之間的超短波話音或數(shù)據(jù)通信[1]，是飛機(jī)飛行的基本任務(wù)設(shè)備。由于使用頻繁、工作持續(xù)時間長，加之機(jī)上電磁及通風(fēng)環(huán)境惡劣，機(jī)載超短波電臺容易出現(xiàn)參數(shù)漂移或性能下降，表現(xiàn)為地面自檢正常、校波正常但飛行過程中反映通信距離近[2-4]。目前，外場主要采用地面功能檢查和二線性能測試方法來處理，但都不能從根本上解決這一問題。究其原因，一是功能檢查一般在外場進(jìn)行，飛機(jī)與地面塔臺之間距離較近，僅能檢查通信功能是否正常，無法對通信性能進(jìn)行測試；二是二線性能測試僅能完成機(jī)載超短波電臺收發(fā)信機(jī)的性能指標(biāo)測試，無法測試整個超短波通信系統(tǒng)（射頻饋線、天線、射頻轉(zhuǎn)換單元等）的性能指標(biāo)。另外，由于機(jī)上工作環(huán)境與二線測試環(huán)境不一樣，機(jī)載超短波電臺收發(fā)信機(jī)裝機(jī)狀態(tài)下的工作性能指標(biāo)與二線測試的測試性能指標(biāo)也有一定差異。

針對現(xiàn)有測試方法手段存在的不足，本文在深入分析通信距離近原因的基礎(chǔ)上，研究提出了機(jī)載超短波電臺外場主要性能測試方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)載超短波電臺原位、系統(tǒng)的性能指標(biāo)測試。

1 通信距離近原因分析

1.1 地空通信距離指標(biāo)

地面塔臺天線高度為15m、飛機(jī)在不同高度飛行時，地空通信指標(biāo)距離如表1所示。

地面塔臺天線高度一定、飛機(jī)處于不同的飛行高度條件下，當(dāng)?shù)乜諏嶋H通信距離低于指標(biāo)距離時，即認(rèn)為通信距離近。

1.2 通信距離近的三種情形

對機(jī)載超短波電臺來說，通信距離近可分為發(fā)射距離近、接收距離近和發(fā)射/接收距離近三種情形。發(fā)射距離近指飛機(jī)與地面塔臺處于一定的距離且滿足視距傳播要求，機(jī)載超短波電臺能正常接收地面塔臺的信號，但地面塔臺接收不到機(jī)載超短波電臺發(fā)射的信號；接收距離近指飛機(jī)與地面塔臺處于一定的距離且滿足視距傳播要求，地面塔臺能正常接收機(jī)載超短波電臺發(fā)射的信號，但機(jī)載超短波電臺接收不到地面塔臺發(fā)射的信號；發(fā)射/接收距離近指飛機(jī)與地面塔臺處于一定的距離且滿足視距傳播要求，機(jī)載超短波電臺接收不到地面塔臺發(fā)射的信號，同時地面塔臺也接收不到機(jī)載超短波電臺發(fā)射的信號。

1.3 通信距離近的主要原因

地空通信的一般模型如圖1所示。

工作流程為：地面塔臺發(fā)射時，發(fā)射機(jī)輸出一定功率的射頻調(diào)制信號，經(jīng)收發(fā)轉(zhuǎn)換后，通過同軸電纜傳輸至天線，天線將該射頻信號轉(zhuǎn)換為電磁信號向空間輻射；電磁信號經(jīng)空間無線信道傳播后，被機(jī)載超短波電臺天線接收，經(jīng)同軸電纜傳輸和收發(fā)轉(zhuǎn)換后，傳輸至機(jī)載超短波電臺接收機(jī)，接收機(jī)對射頻信號進(jìn)行變頻、濾波、放大、解調(diào)等處理后，得到傳輸信息。機(jī)載超短波電臺的發(fā)射與地面塔臺發(fā)射情形相同。

1）機(jī)載超短波電臺接收距離近原因分析

根據(jù)以上分析，為準(zhǔn)確定位故障，需在保持機(jī)載超短波電臺機(jī)上安裝固定、供電關(guān)系、控制邏輯、音頻連接關(guān)系等條件不變的情況下，對相關(guān)性能指標(biāo)進(jìn)行原位測試[6]，包括接收靈敏度測試、發(fā)射功率測試、饋線損耗測試和駐波比測試等。

2 機(jī)載超短波電臺原位測試

2.1 接收靈敏度原位測試

1）測試儀器

所用測試儀器為便攜式無線電綜合測試儀，其工作頻段覆蓋超短波電臺工作頻段，具有射頻信號產(chǎn)生與調(diào)制、音頻信號接收處理等功能。

2）連接關(guān)系

斷開機(jī)上機(jī)載超短波電臺射頻口與饋線的連接，將其與無線電綜合測試儀射頻口相連；斷開座椅連接器與地勤帽的連接，將其中的音頻輸出信號與無線電綜合測試儀的“音頻入”相連，保持機(jī)上其他連接關(guān)系不變，如圖2所示。

3）測試方法

使機(jī)載超短波電臺處于接收狀態(tài)，設(shè)置其工作模式、工作頻率、調(diào)制方式、靜噪等參數(shù)。使便攜式無線電綜合測試儀處于接收測試狀態(tài)，按測試標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置相關(guān)參數(shù)，便攜式無線電綜合測試儀產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)射頻調(diào)制信號，送入機(jī)載超短波電臺接收機(jī)。機(jī)載超短波電臺接收機(jī)接收處理后輸出音頻信號，經(jīng)座椅連接器送至便攜式無線電綜合測試儀音頻輸入口，完成音頻電壓、失真度、信噪比等測試。不斷減小便攜式無線電綜合測試儀射頻輸出信號電平，觀察音頻輸出信噪比；當(dāng)信噪比為10dB時，射頻輸出信號電平即為接收機(jī)靈敏度。

將靈敏度測量值與接收機(jī)靈敏度指標(biāo)值進(jìn)行對比，如測量值小于指標(biāo)值，則滿足指標(biāo)要求；如靈敏度測量值大于指標(biāo)值，則說明接收機(jī)靈敏度變差，需進(jìn)行參數(shù)調(diào)整或修理。

2.2 發(fā)射功率原位測試

1）測試儀器

所用測試儀器為便攜式無線電綜合測試儀和固定衰減器，其中便攜式無線電綜合測試儀的工作頻段覆蓋超短波電臺工作頻段，具有射頻信號功率測量功能；固定衰減器為衰減器。

2）連接關(guān)系

斷開機(jī)上機(jī)載超短波電臺射頻口與饋線的連接，將其與10dB固定衰減器的輸入口相連，10dB固定衰減器的輸出口與無線電綜合測試儀射頻口相連；取下與座椅連接器相連的地勤帽，保持機(jī)上其他連接關(guān)系不變，如圖3所示。

3）測試方法

設(shè)置機(jī)載超短波電臺工作模式、工作頻率、調(diào)制方式等參數(shù)。使便攜式無線電綜合測試儀處于發(fā)射測試狀態(tài)，按測試標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置相關(guān)參數(shù)。按下機(jī)載超短波電臺發(fā)射按鈕（不加調(diào)制），機(jī)載超短波電臺以載波發(fā)射，經(jīng)10dB固定衰減器送入無線電綜合測試儀，無線電綜合測試儀測量射頻信號功率，當(dāng)選擇功率測量單位為dBm時，直接加上10dB，該功率即為機(jī)載超短波電臺的載波發(fā)射功率。

將載波發(fā)射功率測量值與發(fā)射機(jī)載波功率指標(biāo)值對比，如測量值大于指標(biāo)值，則滿足指標(biāo)要求；如載波發(fā)射功率測量值小于指標(biāo)值，則說明發(fā)射機(jī)載波發(fā)射功率下降，需進(jìn)行參數(shù)調(diào)整或修理。

2.3 饋線損耗原位測試

1）測試儀器

所用測試儀器為便攜式天饋線測試儀及配套校準(zhǔn)件、開路或短路器，其中便攜式天饋線測試儀工作頻段覆蓋超短波電臺工作頻段。

2）連接關(guān)系

斷開機(jī)上機(jī)載超短波電臺射頻口與饋線的連接，將饋線接口與便攜式天饋線測試儀射頻口相連；斷開饋線與天線的連接，將饋線射頻口與開路或短路器相連，如圖4所示。

3）測試方法

連接前，將便攜式天饋線測試儀設(shè)置為電纜損耗測試模式，設(shè)置起始頻率和終止頻率，依次完成開路校準(zhǔn)、短路校準(zhǔn)和負(fù)載校準(zhǔn)。校準(zhǔn)完成后，按饋線損耗測試連接關(guān)系進(jìn)行連接，連接完成后便可測得饋線在整個測試頻段內(nèi)的損耗值，單位為dB。電纜損耗與饋線長度和饋線維護(hù)質(zhì)量相關(guān)，饋線長度越長，損耗越大；維護(hù)質(zhì)量越好，饋線損耗越小。機(jī)載超短波電臺使用的饋線損耗一般為0.3dB/m左右，可根據(jù)饋線實際長度進(jìn)行理論計算。將饋線損耗實測值與理論計算值進(jìn)行對比，如實測值較大，可能存在連接松動、滲水、滲油、屏蔽層斷裂、老化等問題，尤其應(yīng)注意檢查射頻電纜頭；如實測值與理論計算值相當(dāng)，則饋線連接狀態(tài)良好。

2.4 駐波比原位測試

1）測試儀器

所用測試儀器為通過式功率計（含功率探頭），其工作頻段覆蓋超短波電臺工作頻段，功率測量范圍滿足機(jī)載超短波電臺指標(biāo)要求。

2）連接關(guān)系

斷開機(jī)上機(jī)載超短波電臺射頻口與饋線的連接，將機(jī)載超短波電臺射頻口與功率探頭輸入口相連，功率探頭輸出口與饋線相連，連接功率探頭和測試主機(jī)，保持機(jī)上其他連接關(guān)系不變，如圖5所示。

3）測試方法

設(shè)置機(jī)載超短波電臺工作模式、工作頻率、調(diào)制方式等參數(shù)；通過式功率計工作于駐波比測試模式，并按測試標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置相關(guān)參數(shù)，按下機(jī)載超短波電臺發(fā)射按鈕，通過式功率計便測出當(dāng)前工作頻點(diǎn)的天饋線駐波比。如需測量其他頻點(diǎn)的天饋線駐波比，則需同步改變機(jī)載超短波工作頻率和通過式功率計的工作頻段。不同駐波比下的電壓反射系數(shù)、傳輸功率、反射功率如表2所示。

機(jī)載超短波電臺天饋線駐波比一般要求≤2.5，當(dāng)駐波比>2.5時，可能存在饋線接頭滲水、饋線接觸不良、屏蔽層受損、天線性能下降、天線與機(jī)體接觸不良等問題，需對饋線和天線進(jìn)行深入檢查。

3 結(jié)論

針對機(jī)載超短波電臺通信距離近問題，本文在分析通信距離近原因的基礎(chǔ)上，提出了原位性能測試方法，通過對接收靈敏度、發(fā)射功率、饋線損耗、駐波比等的測試，能夠準(zhǔn)確查找故障原因并進(jìn)行故障定位。利用該方法在外場對某型飛機(jī)機(jī)載超短波電臺主要性能指標(biāo)進(jìn)行了普查測試，測試結(jié)果表明該方法實用有效，能夠有效解決通信距離近的問題。

參考文獻(xiàn)

[1]叢偉，樊曉光，南建國.綜合航空電子系統(tǒng)總體技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2015.

[3]王海波，劉志強(qiáng)，呂劍寶.某型超短波電臺通信距離近原因分析及對策[J].裝備技術(shù)，2019（3）：218.

[3]朱林寰，杜曉明.某飛機(jī)電臺空中通信距離近故障分析[J].航空維修與工程，2017，308（2）：70-72.

[4]楊勝學(xué).機(jī)載超短波電臺通信距離近問題的分析與排除[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2017（5）：18-19.

[5]李建東，郭梯云，鄔國楊.移動通信[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.

[6]李睿峰，李文海，劉勇，吳志江.一種脈沖式無線電高度表原位測試設(shè)備設(shè)計[J].電子設(shè)計工程，2017，25（11）：85-89.