多台站同址干扰分析及仿真

徐文杰,周新力,李福琦,金慧琴,宋斌斌

(海军航空工程学院,山东烟台264001)

0 引言

在实际应用中,常会遇到许多设备工作在同一个狭小空间的情况[1],例如机场塔台和指挥台经常布置多部短波和超短波电台,而由于设备的密度比较大,工作频点比较多以及天线的隔离度有限,它们之间难免会造成各种干扰,使得设备间不兼容而不能正常工作,这就迫使我们展开对多台站同址干扰的研究。

1 同址干扰原理分析

同址干扰是指许多发射机和接收机在同一平台上工作时它们之间所产生的干扰。同址干扰主要包括:同/相邻带干扰、互调干扰、谐波干扰、中频干扰和镜像干扰[2]。

1.1 同/相邻频道干扰

同频道干扰是指载波频率与有用信号的载波频率相同,并以相同的方式进入接收机中频通带的非有用信号所造成的干扰。这种干扰在接收机中干扰信号与有用信号等同地被放大、检波和输出,降低了接收机的信噪比。当干扰信号电平超过接收机的动态范围时,可造成接收机阻塞,无法进行通信。

邻道干扰是来自相邻波道信号,它是由于接收机选择性差,或者是邻道发射机频带过宽造成的,减小这种干扰只有通过提高发射机和接收机的设计要求和技术指标才能实现。

1.2 互调干扰

互调干扰是指当2个或2个以上的频率信号同时进入发射机和接收机时,由于电路的非线性而产生第3个频率称为互调频率f0,若频率f0恰好落入某个电台的工作频率上,该台将受到干扰。互调干扰可分3类。

1.2.1 发射机互调

在有效的作用距离之内,1部或多部发射机发出的信号,通过天线和其它途径耦合到另一部发射机中,并在后者的末级功率放大器的非线性作用下相互调制,产生不需要的频率组合,随同有用信号发射出去,在接收机内反映出干扰。

1.2.2 接收机互调

当2个或多个信号同时进入接收机前端电路时,在非线性电路(例如高频放大、混频等)作用下发生互调,当互调产物落入接收机中频通带内,便产生接收机互调干扰。

1.2.3 锈栓效应

由于天线、馈线和高频滤波器接触不良或不同金属相接触等非线性因素造成的相互调制。此种干扰只要在施工中注重质量、在运行中加强维护管理是可以避免的。

互调干扰又分为奇次互调和偶次互调。由于偶次互调f0离使用频段较远,故可不予考虑,而主要考虑奇次互调中的三阶互调。尤其是三阶二型互调,公式为:f0=2f1-f2,此互调幅值大,干扰影响严重。

1.3 谐波干扰

在发射极中,由于混频器和倍频放大器都具有很强的非线性特性,产生了大量的谐波 nf0,n=1,2,3…。当发射机的滤波特性不良时,这些谐波便随载波一同辐射出去,造成谐波干扰。这种干扰可能在发射机所需信号带外的1个或多个频点上产生。谐波越是接近有用信号频率,干扰就越大。

1.4 中频干扰

中频干扰是超外差接收机所特有的现象,指当干扰频率接近接收机中频时,可以直接进入中频滤波器,而高放回路对其抑制不够的时候,就会在在接收机输出端形成的干扰。

1.5 镜像干扰

镜像干扰也是超外差接收机特有的现象,设信号频率为 fs,振荡频率为 fc,中频 fid=fc-fs,在比fs高2个中频处有一个频率fm,称为像频。

镜像频率如果位于输入回路的通频带内,通过外差的变频作用就会把像频位置以及附近的电台信号搬移到中频带内,对接收信号形成干扰。如果像频位置以及附近处无信号,就只增加了点噪声,降低了信噪比;如果像频处正好有一个电台信号,该信号就会和接收信号差拍形成啸叫,较强的像频会喧宾夺主,抑制掉输入信号;如果电台信号不正好在像频处,而是在像频附近,则会形成混台,产生偏调失真。

镜像只能通过提高一中频频率(或采用上变频方式)或提高高放电路Q值去抵制,而不能通过中放以后的电路减少或消除。

2 仿真实例

2.1 仿真条件

下面对多台站同址干扰进行仿真,选用4个台站,各台站的参数设置如表1所示。其中,仿真最小谐波阶次为2阶,最大谐波阶次为5阶,最大互调阶数为5阶。4个台站分布在边长为10 m的正方形的4个顶点上,位置关系如图1所示。

图1 台站位置关系

表1 台站参数表

2.2 仿真结果分析

对4个台站的仿真结果如表2所示。

表2 同址干扰仿真结果

从表2中可以看出:

电台1分别受到了电台2和电台3的干扰,这是由于电台2和电台3的发射信号的干扰电平超过了电台1接收机的动态范围,使电台1接收机发生阻塞。

电台2受到了电台3的同/相邻带干扰,是由于电台2的接收机的频率特性不是理想的矩形造成的。电台2还受到电台1的谐波干扰,分别为2阶(100 MHz)、3阶(150 MHz)、4阶(200 MHz)和 5阶(250MHz)谐波干扰。电台2还受到了电台4的镜像干扰,这是由于电台2接收机中频为10.7 MHz,而电台4发射频率为171.4 MHz,恰好位于电台2的镜像频率上。

电台3受到了电台2的同/相邻带干扰,是由于电台3的接收机的频率特性不是理想的矩形造成的。电台3还受到电台1的谐波干扰,分别为2阶(100 MHz)、3阶(150 MHz)、4阶(200 MHz)和 5阶(250 MHz)谐波干扰。

电台4还到电台1的谐波干扰,分别为2阶(100 MHz)、3阶(150 MHz)、4阶(200 MHz)和 5阶(250 MHz)谐波干扰。

3 解决方法

电磁波的耦合途径有辐射耦合、传导耦合和感应耦合3类。根据3类耦合方式有以下方法可以减小或消除同址干扰[3]:

①提高发射机和接收机的设计要求和技术指标。对使用频率和使用频段进行合理的设计,避免由于设计不当造成的互调、谐波等干扰;

②在发射机末端和接收机前端使用高性能滤波器,最大限度地限制干扰信号从天线发射出去,净化发射机输出电波,提高接收机选择性,以增大设备的线性度,压低互调分量电平,减小传导干扰;

③对设备进行安全接地和信号接地,并采取屏蔽措施;

④尽量使各电台天线间的距离拉大,以增大电台间的耦合损耗。为减小天线之间的干扰,尽量增大天线的隔离度。采用一定的技术手段对天线的副瓣进行抑制,并对天线的方向性进行控制,尽量避免接收机发生阻塞。优化设置天线的参数,以达到控制电磁的空间分布,以避免由于天线的选择和设置不当造成的干扰问题,使资源能够充分利用;

⑤提高通信网抗互调能力,主要有选择无互调频率序列、分区协调使用频率、利用分集接收技术和采用收、发异频体制等等。

4 结束语

在分析同址干扰类型和干扰原理的基础上,对典型的同址干扰实例进行了详细分析。通过仿真及结果分析,给出了相应的防止同址干扰的对策。对避免电磁兼容问题和同址台站的合理建设起到了一定的指导和借鉴作用。

[1]黄裕文.塔台VHF电台干扰问题浅析[J].中国民航学院学报,2002,20(7):1-9.

[2]王红星,曹建平.通信侦察与干扰技术[M].北京:国防工业出版社,2005.

[3]及燕丽,王友村,沈其聪,等.现代通信系统[M].北京:电子工业出版社,2001.

[4]吕文红、郭银景、唐富华,等.电磁兼容原理及应用教程[M].北京:清华大学出版社,2009.