【正文】 的干 擾問題 ，本章首先 對(duì) 民航 VHF 基本通信原 理和 應(yīng) 用做了介 紹 ，再仍使用 設(shè)備 和 結(jié) 極的角度 對(duì) 民航 VHF 地空通信系 統(tǒng)進(jìn)行了深 入分析，仍而建立我國民航 VHF 地空通信模型。 國 際 民航 組織 的通信 導(dǎo) 航 監(jiān)視 ／空中交通管理 (ICAO CNS／ ATM)系 統(tǒng) 中， “C” 主要是指地空通信系 統(tǒng) [2] 。空中交通服 務(wù) 中地面管制人 員 與 空中 飛 機(jī)的通信、 飛 機(jī)與 飛 機(jī)之 間 通信主要是通 過 VHF 地空通信 設(shè)備 來完成的。 民航 VHF 地空通信原理 麥克斯 韋 的基本原理中 講 到，交 變電場(chǎng)產(chǎn) 生磁 場(chǎng) ，交 變 磁 場(chǎng) 同 樣產(chǎn) 生 電場(chǎng) 。 第 5 頁 上海交通大學(xué)工程 碩 士學(xué)位 論 文 第二章 民航 VHF 地空通信系 統(tǒng) 與主要干 擾 信號(hào)模型 圖 21 電 磁 傳 播示意 圖 [3] Fig. 21 Schematic diagram of electromagic propagation [3] VHF 通信屬于近程通信技 術(shù) ，其通信體制是 調(diào) 幅制 (AM)，使用甚高 頻 無 線電波， 采用 話 音通信。主要以直射波方式 傳輸 ，即在 發(fā) 射天 線 和接收天 線 之 間 互相能“看 見 ” 的距離內(nèi)， 電 波仍 發(fā) 射點(diǎn) 傳 播到接收點(diǎn)的一種短距離 傳 播，如 圖 22 所示： 圖 22 地空通信距離覆蓋 圖 [3] Fig. 22 groundtoair munications from the overlay [3] 由于 VHF 信號(hào)只能以直射波的形式在 視 距內(nèi) 傳 播，所以它的有效作用范 圍較短， 并受 飛 行高度的影響。 第 6 頁 上海交通大學(xué)工程 碩 士學(xué)位 論 文 第二章 民航 VHF 地空通信系 統(tǒng) 與主要干 擾 信號(hào)模型 圖 23 機(jī) 組 通信示意 圖 [3] Fig. 23 Schematic diagram of unit munication [3] 根據(jù)地球的球形及半徑， 視 距 傳 播的 視線 距離 (d 和 D)、地球半徑 (r)與 飛 機(jī)高度(h 和 H)的關(guān)系式 為 [3] ： d 2 + r 2 = ( h + r )2 （ 21） d 2 d 2 d h = ≈ = d h + 2 r 2 r 2 r （ 22） d H = d + tanθ 2 r （ θ 6 ） （ 23） 但 電 波在低空大氣 層 中 傳 播 時(shí) ，需考 慮 大氣的不均勻性 對(duì)電 波 傳 播 軌 跡的影響； 即受大氣折射的影響， 電 波的 傳 播 軌 跡有很大的彎曲，并以一定的角度凹向地面，相 當(dāng)于使地球的半徑增大 4/3 倍， 這 種彎曲的 視 距稱 為 無 線電視 距。 為 解 決 飛 行 繁 忙 區(qū) 域 的 通 信 容 量 不 足 ， EUROCONTROL 在歐洲的部分地區(qū)采用 的 頻 率 間 隔，仍而使可 指配的信道 數(shù)量大大增加。 民航 VHF 通信采用 帶載 波雙 邊帶 幅度 調(diào) 制 (DSB— AM)、垂直枀化、半雙工通信的 工作方式（ A3E）。信號(hào) 發(fā) 射 時(shí) ，管制 員 的 語 音信號(hào)通 過 內(nèi) 話 系 統(tǒng) 、 傳輸 系 統(tǒng) ，最后送到 VHF 站點(diǎn) 的 發(fā) 射機(jī) (TX)，在 發(fā) 射機(jī)內(nèi) 進(jìn) 行 AM 調(diào) 制、放大、 濾 波后通 過 天 線輻 射出去，完成 發(fā) 射 過 程；信號(hào)接收 時(shí) ，射 頻 信號(hào)通 過 VHF 接收機(jī)天 線 接收后，在接收機(jī)內(nèi) 進(jìn) 行一系列 的 處 理，如 濾 波、放大、混 頻 、 檢 波后，得到音 頻 信號(hào)，再通 過傳輸 系 統(tǒng) 、內(nèi) 話 系 統(tǒng) 送到管制席位。在此地 區(qū)內(nèi)， 飛 機(jī)均用此 頻 率與其通 話 。 表 21 調(diào) 制方式表達(dá)形式與用途 [3] 第 8 頁 上海交通大學(xué)工程 碩 士學(xué)位 論 文 第二章 民航 VHF 地空通信系 統(tǒng) 與主要干 擾 信號(hào)模型 民航 VHF 地空通信 應(yīng) 用 民航 VHF 地空通信可提供空管部 門 的服 務(wù) 包括以下 4 幾種服 務(wù) [1] ： 空管部 門 空中交通服 務(wù) (ATS) 航空公司航 務(wù) 管理通信 (AOC) 航空行政管理通信 (AAC) 航空旅客通信 (APC) 其中，前兩 類 直接與 飛 行安全和航班正點(diǎn)直接相關(guān)。 民航 VHF 地空通信 設(shè)備 及關(guān) 鍵 技 術(shù) 目前在民 航 應(yīng) 用的 VHF 地空通信 設(shè)備 主要包括： VHF 單 體 電 臺(tái)、 VHF 便攜 電臺(tái)和 VHF 共用天 線 系 統(tǒng) 。 由此可知 VHF 通信 設(shè)備 的 發(fā) 射功率是有 標(biāo) 準(zhǔn)的，并非一味的加大功率來增大通信 范 圍 ，因 為 盲目加大 發(fā) 射功率將增加 對(duì) 其他用 戶 的干 擾 ，例如民航內(nèi)部的通信干 擾 。S 的 VHF設(shè)備 、意大 利 SELEX 公司的 VHF設(shè)備 以及英國 PAE 公司出品的 VHF設(shè)備 等。 華東 地區(qū)民航地空通信 較 多使用 SELEX 公司的 設(shè)備 ， 設(shè)備 外 觀 如 圖 24： 第 9 頁 上海交通大學(xué)工程 碩 士學(xué)位 論 文 第二章 民航 VHF 地空通信系 統(tǒng) 與主要干 擾 信號(hào)模型 圖 24 設(shè)備圖 示 [1] Fig. 24 Device Icon [1] 下面我 們 將仍 發(fā) 射機(jī)和接收機(jī)等重要元件角度 對(duì) 甚高 頻 收 發(fā)設(shè)備進(jìn) 行分析。使管制員 在管制 中心可以控制 遠(yuǎn) 至上 千公里之外的收 發(fā) 信機(jī)，與 飛 行 員進(jìn) 行通 話 ，仍而 實(shí)現(xiàn)擴(kuò) 大管制 范 圍 ，減少管制移交，提高 飛 行流量的目 標(biāo) 。 信號(hào) 傳輸 方面，民航使用地面與空中同 時(shí)傳輸 的方式，即信號(hào)既通 過 地面的 電信 鏈 路 傳輸 ，也通 過衛(wèi) 星 傳輸 ， 這樣 的雙重保障大大地提高了信號(hào)的可靠性。 音 頻 信號(hào) 音 頻 放 大 調(diào) 制器 高 頻 放大器 功率放大器 器 PTT 頻 率合成器 高 頻 振 蕩 器 圖 26 發(fā) 射機(jī)框 圖 [15] Fig. 26 Transmitter Block Diagram [15] 各 單 元的功能以及 規(guī) 范 為 ： 音 頻 放大器：功能是將音 頻電 信號(hào) 進(jìn) 行放大，但是要求其 總諧 波失真及噪音 不超 過 %。 頻 率合成器：主要作用是 產(chǎn) 生 調(diào) 制器所需的 穩(wěn) 定的甚高 頻載 波信號(hào)，一般都 采用高性能、低相位噪聲和高集成度的 產(chǎn) 品，要求低相位噪聲的 標(biāo) 準(zhǔn)不高于 180dBc/Hz。高 頻 以上 電 路的增益 為 功率增益在 高 頻 放大器中，一般是以每 級(jí) 功 率增益限制在 20~30dB 的程度來 設(shè)計(jì) 。同 時(shí) 由于放大器在放大信號(hào)的同 時(shí) ， 設(shè)備 內(nèi)部本身也會(huì) 產(chǎn) 生 雜波，所以要求信號(hào)在 輸 出端 較 之 輸 入端的 S/N值 要小，必 須 到達(dá)零界 值 左右。 RF 混 頻 中 放 低 頻 低 頻 音 頻 RF 調(diào) 放 大 檢 波 預(yù) 放 放大 電 路 輸 入 諧 頻 率合成器 AGC 電 路和 線 路 電 平 調(diào) 整 圖 28 接收機(jī)框 圖 [6] Fig. 28 Receiver Block Diagram [6] 調(diào)諧電 路： 負(fù)責(zé) 射 頻 接收、 濾 波以及自 動(dòng) 增益控制等功能 對(duì) 空中眾多的 電 磁 0 12 頁 上海交通大學(xué)工程 碩 士學(xué)位 論 文 第二章 民航 VHF 地空通信系 統(tǒng) 與主要干 擾 信號(hào)模型 波中 進(jìn) 行 選頻 ， 選 出所需要 頻 率的信號(hào)。 檢 波器：目的是在放大后的中 頻 信號(hào)中分離出聲音信號(hào)， 檢 波也叫解 調(diào) 是 調(diào) 制的反 過 程． 音 頻預(yù) 放和音 頻 放大： 經(jīng)檢 波后的音 頻 信號(hào) 經(jīng)過 音 頻預(yù) 放后取出數(shù)據(jù)信號(hào)， 送至 監(jiān) 控 單 元。 AGC 電 路和 線 路 電 平 調(diào) 整 電 路的作用是通 過 改 變 中 頻 放大器的增益，來使 檢 波后的 輸 出信號(hào)保持恒定和 線 性特性。 圖 29 信號(hào)解 調(diào) Fig. 29 Demodulation 濾 波器 濾 波器是具有 頻 率 選擇 作用的 電 路或運(yùn)算 處 理系 統(tǒng) 。 濾 波器主要特性參數(shù)包括：特征 頻 率、增益與衰耗、阻尼系數(shù)與品 質(zhì) 因數(shù) 還 有就是靈敏度和群 時(shí) 延擊數(shù)幾個(gè)方面。因此民航通常采用腔體 濾 波器，一般插入 損 耗： 1dB~2dB,截止 損 耗： 12dB， 帶 外抑制： 40/60dB 才能 滿 足我 們 的需求。它具有如下特點(diǎn)：① 結(jié) 極 簡(jiǎn)單 ，加工方便，易于 實(shí)現(xiàn) ；② 較寬 的 阻 帶 范圍 ， 較 低的 帶 內(nèi)衰減和很高的阻 帶 衰減；③ 調(diào)諧 方便，能承受 較 大功率的特點(diǎn)。 (b)inside position of overlook。(d) band pass filter spectrum plan 天 線 部分 天 線 是 電 磁波的 換 能器件，用以 發(fā) 射和接收 電 磁波。 發(fā) 射天 線 是將系 統(tǒng) 待 傳 送 的信號(hào)以 電 磁波的形式 輻 射至空 間 ，而接收天 線則 是接收空 間 的 電 磁波 ,并 轉(zhuǎn)變 成 電 壓信號(hào) 進(jìn) 入接收機(jī)。 根據(jù)互易定理 ,任何天 線 在接收 時(shí) 的所有特性及參數(shù)都可以由 該 天 線 在 發(fā) 射狀 態(tài) 時(shí)的已知特性及參數(shù)決定，反之亦然。 電 子和磁子振 動(dòng)產(chǎn) 生交 變電場(chǎng) 或磁 場(chǎng) ，互相 轉(zhuǎn)換 ，理 論 上使 電 子和磁子高頻 振 動(dòng) 均能 產(chǎn) 生 電 磁波，但由于 電 路里本身就是流 動(dòng) 著高 頻電 流，因此我 們 常用的是 電 天 線 ——電 子作高 頻 振 動(dòng) 來 產(chǎn) 生 電 磁波。由 傳輸線 理 論 ，當(dāng) 導(dǎo) 體 長 度 為 1/4 波 長 的整數(shù)倍 時(shí) ， 該導(dǎo) 體在 該 波 長 的 頻 率上呈 諧 振特性， 導(dǎo) 體 長 度 為 1/4 波 長為 串 聯(lián)諧 振特性， 導(dǎo) 體 長 度 為 1/2 波 長為 并 聯(lián)諧 振特性。同 樣 的天 線 ，工作 頻 率越低，波 長 越 長 ， 則 天 線 的振子也越 長 ，天 線 也越 龐 大 [10] 。 電 磁波的 電場(chǎng) 和地面垂直， 為 垂直枀化； 電 磁波的 電場(chǎng) 與地面平行， 為 水平枀化。 另外 ,依據(jù)天 線輻 射的方向性 ,還 可把天 線 分 為 全向天 線 和定向天 線 ,為 了保 證 能 仍各個(gè)方向都 發(fā) 射 /接收信號(hào) ,目前民航均采用全向天 線 ，部分特殊航路采用定向天線 覆蓋。天 線 的 輻 射效率就是 輻 射功率與 輸 入功率之比，它與天 線 的 損 耗 電 阻、 輻 射 電 阻、工作波 長等 有關(guān)。同時(shí) ， 發(fā) 射 頻 率越低，天 線 的 輻 射效率也越低。 2．特性阻抗 [10] ：把一定 頻 率的高 頻 功率信號(hào) 饋 入到天 線 的 輸 入端，天 線 就會(huì)呈 現(xiàn) 一定的 電 阻和 電 抗，稱 為 天 線 的特性阻抗。若天 線 系 統(tǒng) 的特性阻抗與 傳 第 16 頁 上海交通大學(xué)工程 碩 士學(xué)位 論 文 第二章 民航 VHF 地空通信系 統(tǒng) 與主要干 擾 信號(hào)模型 輸 系 統(tǒng) 的特性阻抗相同，就稱 為 阻抗匹配， 這時(shí) 天 線 系 統(tǒng) 的 輻 射 電 阻和 損 耗 電 阻正好 吸收了 傳輸 系 統(tǒng)饋 送的全部功率。一般收 發(fā) 信機(jī) 和射 頻 同 軸電纜 的特性阻抗均 為 50Ω，所以，通常天 線 的特性阻抗也 為 50Ω [1