民航甚高频通信同频差拍干扰的产生与解决

何 洋

（民用航空温州空中交通管理站，温州 325024）

0 引言

民用航空管制员大多使用甚高频地空通信系统实现与机组之间的语音通信。由于甚高频无线电直线视距传播的特性，覆盖范围容易受到山体遮挡的影响。所以为了满足管制区内的覆盖，往往需要设置多个同频率的站点。当管制员联系机组时多个同频率甚高频发射机同时发射，此时在重叠区域往往会产生差拍干扰，导致机组收到话音时同时收到差拍频率的单音，信噪比极具下降，无法正常通信。本文首先分析差拍干扰产生的原理，同时阐述目前民航系统解决差拍干扰的方法。

1 差拍干扰产生的原理

民航使用的甚高频接收机都属于超外差式接收机，即射频信号都需要先变频到中频再进行解调。接收机的构成如图1所示。

图1 接收机的构成

当接受到射频信号时，先通过高频宽带滤波器滤除与有用信号频率相差较远的干扰信号。接着通过噪声系数良好的高频小信号放大器后由变频器负责将射频信号下变频到中频，接着利用中频放大器放大信号，并利用中频放大器的选频网络选出变频后频率为中频的射频信号。

之后进行大信号包络检波，如果是数字电台则在中频后进行采样，数字检波。

由于放大器与变频器都是非线性器件，它们的伏安特性可以表示为：

当输入两个射频信号时将u=U1msinω1t+U2msinω2t 代入伏安特性，省略中间的三角变换过程得到：

可以看到结果中存在还有两个输入信号幅度信息的差频项cU1mU2mcos（ω1-ω2）t，高频信号到中频信号往往是利用了非线性的这一原理，通过本振与有用信号的差频得到包含语音信息的中频信号。

这是非线性产生差频的原理，往往有很多人认为当同时接受两个同频率台站信号时的啸叫声，也是由非线性引起的。因为两个同频率的台站设备存在误差，导致两个工作频率相差几百赫兹到几千赫兹，正好进入人耳可听到的范围。其实不然，非线性原理产生的差频是基础振动，几百赫兹的基础振动已经不再是射频信号，无法通过中频放大器，也无法被检波出来。所以，同频覆盖的啸叫干扰并不是非线性引起的，而是由两个频率相近的射频信号线性叠加时引起的差拍现象。

差拍是如何产生的，设两个频率相近的相同语音信息信号：

当他们线性叠加时：

图2 载波频率近似等于有用信号频

2 民航对差拍干扰的解决方法

在明确了差拍干扰产生的原理之后，不难发现，差拍干扰无法通过使用滤波器或增加接收机的选择性避免。既然无法在射频部分解决这个问题，那可以尝试在音频部分解决差拍干扰。在民航规范中，我们要求的音频响应范围为300-3400 Hz，所以，当音频信息超过3400 Hz 的时候，在接收机中的响应会开始下降，对5000 Hz 的音频要求响应降低30 dB。可见，如果我们将差拍的频率控制在较高的水平的话，就可以在接收机的音频处理部分将其抑制掉。于是在民航通信使用中设置同频率有覆盖重叠的台站时，往往将台站设置有一个频偏。即故意偏离有用频率一个值△f。假设有用频率为f，两个发射台站频率分辨为f+△f，f-△f 则在覆盖重叠部分接收机接收到的差拍频率为2△f±f原差拍（原差拍指未引入频偏时由两个发射机误差引起的差拍频率）这个频偏不能太大，超出接收机带宽，或入侵邻频道，也不能太小导致差拍频率不够大。民航标准中接收机的带宽为8.5 kHz，所以民航甚高频频偏最大值选择8 kHz。民航标准中的频率准确度为5 ppm（误差小于百万分之5），带入民航使用的甚高频频段，原差拍频率小于1.3 kHz。当在覆盖时只用两个台站的情况下，称之为两频偏系统，设置一台发射机频偏为+5 kHz，一台为-5 kHz，此时差拍大于8.7 kHz。当需要三个台站覆盖时，称之为三频偏系统，频偏分别设置为-7.3 kHz，0，7.3 kHz，差拍大于6 kHz。当需要四个台站覆盖时，称之为四频偏系统，频偏分别设置为+7.5 kHz，+2.5 kHz，-2.5 kHz，-7.5 kHz。此时因为频偏接近，会对发信机的频率准确度提出更高要求，要求达到3ppm，那么原差拍会小于0.8 kHz 最后四频偏系统的差拍大于4.2 kHz。此时已接近极限，但是当发信机的指标非常好，达到0.3ppm 的标准后，我们还可以使用五频偏系统，频偏分别设置为 +8 kHz，+4 kHz，0，-4kHz，-8 kHz。5频偏系统的差拍大于3.92 kHz。

3 结束语

在民航系统中，由于管制区大，或是山体遮挡，往往需要在同一信道设置多个台站。这往往会对机组产生差拍干扰。此时频偏的设置将会非常重要，掌握本文所述的频偏设置方法，才能在多台站群发时实现正常通信。