新型民航多信道甚高频地空通信共用系统的接收链路

张小舟

（成都天奥信息科技有限公司 四川省成都市 611731）

多信道甚高频地空通信共用系统（以下简称共用系统）是运用于甚高频航空通信领域，工作在118MHz 至136.975MHz 的调幅（AM）话音通信系统，机场塔台管制员使用该系统能与机载超短波电台进行话音通信。系统采用天线共用的方式构建，能使多路收发信机共用一套天线，这种系统架构有效减少了天线数量，降低了天线安装场地的需求，一定程度上减少了干扰[1]。该系统是目前国内外民航空管领域最主要的对空甚高频话音通信系统。

1 传统共用系统构成

目前民航空管在用的多信道共用系统以4 信道系统架构为主。如图1所示，共用系统左侧为接收链路，右侧为发射链路，全系统由4 个信道构成，每个信道主备双机配置，电台为收发一体机，4个信道共用一收一发两根天线[2]。

传统共用系统接收链路由天线、馈线、避雷器、分路器、腔体滤波器、功分器等单元组成；发射链路由天线、馈线、避雷器、合路器、腔体滤波器、隔离器、继电器等单元组成。

2 改进后共用系统构成

多信道甚高频地空通信共用系统无论几信道组合，每个信道的架构和组成要素都是相同的，改进后的系统总体架构与传统共用系统一致，发射链路保持不变，接收链路分路器后端将传统腔体滤波器更换为晶体滤波器，将功分器更换为继电器[3]。改进后共用系统接收链路由天线、馈线、避雷器、分路器、晶体滤波器、继电器等单元组成。我们以改进前后单信道接收链路架构进行对比，具体改进部分如图2所示。

3 对接收链路系统系统性能指标改善情况

3.1 民航标准对接收链路性能指标要求

根据《MH/T 4001.1-2016 甚高频地空通信地面系统第1 部分：话音通信系统技术规范》（以下简称民航标准）第6.4 章节，甚高频共用系统接收滤波器组及射频配线（仅单腔滤波器时）指标要求如下：

频率范围：至少覆盖117.975 MHz～137.000 MHz。

插入损耗：小于或等于6.0 dB，且主、备机通道差异应不大于0.2 dB。

阻带衰减：大于或等于19 dB（相对中心频率±500 kHz）。

反向损耗：大于或等于20 dB。

注：本项指标是从分路器到收信机整个射频通路的指标。

3.2 对接收链路插损指标的提升

共用系统接收链路的总插损值等于链路中各个组成单元的插损值之和，各单元插损值均按照民航标准要求取值，晶体滤波器插损值依据实测值，具体指标如表1所示。

表1：对接收链路插损指标

从比较表中可以看出，虽然在接收链路中引入了高插损的晶体滤波器，但是由于弃用功分器，所以整个接收链路的总插损是降低的。通过比较，改进后的系统接收链路的理论插损值较民航标准要求降低了1dB。

3.3 阻带衰减的提升

民航标准第6.4 章节，甚高频共用系统接收滤波器组及射频配线（仅单腔滤波器时）指标要求如下：

频率范围：至少覆盖117.975 MHz～137.000 MHz。

插入损耗：小于或等于6.0 dB，且主、备机通道差异应不大于0.2 dB。

阻带衰减：大于或等于19 dB（相对中心频率±500 kHz）。

反向损耗：大于或等于20 dB。

目前在使用腔体滤波器的条件下，民航标准第3 项“阻带衰减：大于或等于19 dB（相对中心频率±500 kHz）”。但是使用了晶体滤波器后，阻带衰减大幅提高，能够达到大于或等于80 dB（相对中心频率±500 kHz）。

3.4 收发天线保护间隔距离要求降低

根据现有工程经验，民航收发天线安装建议水平距离隔离为80 米，随着VHF 信道数量日益增长，受天线场可用面积的限制，天线间水平距离往往小于推荐值80 米，这就造成了收发天线间干扰影响和消除干扰的难度增加。

通过晶体滤波器的运用，借助晶体滤波器阻带衰减高的特点，按照民航标准阻带衰减可达到≥80 dB/±500 kHz，即使相较于现有的民航塔台使用的50kHz 波道间隔而言，也能达到≥40 dB/±50 kHz阻带衰减。

根据电波自由空间传输理论，运用Lfsp1=32.44+20log10(dkm)+2 0log10(fMHz)，按照频率为120MHz 计算，80 米的自由空间损耗为52dB。使用晶体滤波器后，即使按照最为严苛的塔台使用频率间隔±50 kHz 计算，收发天线间空间衰减只需要52dB-40dB=12dB，折算为天线距离只需相隔1 米。这就大大降低了收发天线场的选址要求。

综上所述，使用了晶体滤波器后，对现有MH/T 4001.1-2016有关接收链路的“插入损耗”、“阻带衰减”、“收发天线间距”这三个指标有明显提升效果，指标对比如表2所示。

表2：使用晶体滤波器后指标对比

4 晶体滤波器介绍

石英晶体滤波器是在石英基片表面配置若干对金属电极构成的带通或带阻滤波器。它利用压电效应的能陷入理论，选择电极振子的几何尺寸、返回频率和电极振子间距，控制超声波的声耦合，从而达到滤波的目的。石英晶体滤波器是采用石英晶体谐振器为基本元件的电气滤波器，由于它有很高的品质因数（数万以上），因此在军、民用电子设备中应用极其广泛。

4.1 石英晶体滤波器具优点

阻带衰减高：石英晶体滤波器具有陡峭的阻带衰减特性，一般阻带衰减都在60dB 以上，有的甚至达到90dB 以上。

体积小：石英晶体滤波器所需的元件较少，而且许多元件都可实现表贴化，因此，这种晶体滤波器的体积相对较小。

插损小：一般均小于5dB。

矩形系数好：石英晶体滤波器的矩形系数一般在2 到5 左右，频率较低的可达到1.8 左右，具有良好频率择性。

频率温度稳定性好：由于石英晶体在宽温度范围内具有的特性，使得晶体滤波器的幅频特性在宽温度范围内具有非常高的稳定性。

图1：传统4 信道共用系统构成框图

4.2 晶体滤波器技术指标

频率范围：117.975 MHz～137.000 MHz，中心频率固定；

3dB 带宽：30KHz；

插入损耗：≤4.3 dB；

阻带衰减：

≥40 dB（相对中心频率±50 kHz）。

≥80 dB（相对中心频率±500 kHz）。

反向损耗：大于或等于20 dB；

功率容量：≥5W(37 dBm)。

5 结束语

通过对甚高频地空通信共用系统接收链路组成单元的重新设计，并凭借晶体滤波器带宽载、Q 值高、矩形系数高、带外抑制好等特点，可以有效的降低机场塔台不同甚高频共用系统间的交调、互调发生概率，能够提高甚高频接收机对机场内各种发射机产生的谐波、杂波、宽带噪声的抑制能力，将信道间的保护带宽要求降低到50KHz，最终提高了整个甚高频系统在复杂干扰情况下的可靠性。