浅析三阶互调干扰及其计算

有线电视技术 2 0 1 3 年第 1 1期 总第 2 8 7 期 浅析三阶互调干扰及其计算 郑妍常时怡湖北省龟山广播电视发射台 摘要 本文针对互调干扰的形成机理 类型判定及排除方法进行分析 并以三阶互调干扰为例 对如何利用计算机 实现互调干扰频率查找进行讨论 并提出了具有实际借鉴意义的计算方法 关键词 三阶互调互调干扰 1 引言 无线电干扰 是指在无线电通信过程中发生的 通过直接耦合或间接耦合方式进入信道或者系统 致 使有用信号接收质量下降 损害 阻碍甚至中断的状 态及事实 目前民航所采用的无线电通信系统 大都 是工作在甚高频 V H F 和短波 H F 段的普通调幅和 单边带信号 地空通信多为话音通信 使用模拟信号 且飞机飞行高度高 接收机灵敏度好 通话距离远 这 些因素都导致民航地空通信易受无线电干扰的危害 无线电干扰会干扰地面导航台的工作信号 干扰机载 无线电仪表和飞机信号传输系统 干扰地空通信破坏 空中交通管制指挥 使飞行面临巨大风险 如何准确 分析无线电干扰 采取及时必要的应对措施 对于保 障民航安全具有重要意义 无线电干扰一般分为同频 率干扰 邻频道干扰 杂散发射干扰 互调干扰 其中 互调干扰对航空通信影响较为明显 根据互调干扰产 生的频率 幅度等必要条件 可以判断是否是互调干 扰 以及是几阶互调干扰 要妥善排查互调干扰 就必 须准确判定互调干扰的形成机理及类型 给出正确的 排除方法 2 互调干扰 2 1 形成机理 电路的非线性导致互调干扰的产生 可分为以下 三种原因 1 发射机互调 由于功率放大器工作的非线性 把从天馈以及天线共用设备侵入或从前级串扰来的 其它信号与有用的发射信号相互调制 产生新的频率 组合 随同有用信号一起发射出去 对接收机形成干 扰 通常情况下 两部以上发射机的天线相距过近 水 平 垂直隔离度均不符合要求 而功率又足够大时 很 容易产生互调干扰 2 接收机互调 在接收机的前端电路 高放 混 频器 中 同时侵入两个处于互调关系的非工作频率 信号 因非线性作用发生相互调制 产生工作频率上 的干扰信号 这种互调有明显的区域性和很大的随机 性 接收机或频谱仪混频级对输入信号电平有一定的 幅度要求 当信号很强时 接收设备本身会产生互调 失真 接收机内部产生的互调失真和谐波失真随输入 信号的幅度而改变 对于每 1 d B的输入信号幅度变 化 内部产生的二次谐波失真分量和三次谐波失真分 量将分别改变 2 d B和 3 d B 3 外部效应引起互调 由于发射机高频滤波器 及天线馈线等插接件的接触不良 或发射拉杆天线及 天线螺栓等金属构件的锈蚀而造成的接触不良 再 者是异种金属的接触部分所引起的非线性的原因 在强射频电场中起检波作用并产生互调 形成干扰 辐射源而造成的 这类互调的特征是随天气和气候 变化明显 2 2 类型判定 分析互调干扰形成的原因 有利于识别并排除互 调干扰 从互调干扰形成原因可知 发射机互调的明 显特征是互调产生的组合频率信号由发射机输出 这 类电磁波在空中客观存在 只要外界条件具备 在发 射机输出频谱中就能找到这类组合频率成分 对于一 般小功率发射机包括寻呼发射机进行闭路测试即可 网络管理与维护 责任编辑 王莹邮箱 734776993 63 DOI 10 16045 ki catvtec 2013 11 021 有线电视技术 2 0 1 3 年第 1 1期 总第2 8 7 期 发现问题 对于调频广播 电视发射机 由于其输出功 率很大 只能在测试点耦合测量 测试数据可作为参 考 如果是发射机互调 固定接收站一般应能接收到 干扰信号 用频谱仪测干扰时 增加频谱仪的内部衰 减 屏幕显示应基本不变 这时 利用频谱仪的双迹线 和射频衰减器功能发现 屏幕上显示的干扰频谱是仪 器内部产生的失真分量 进一步实验 在频谱仪输入 端串入已知频率响应滤波器 将已知 或假设 频率信 号分别滤除后 频谱仪上显示的互调干扰即刻消失 说明干扰现象与接收机互调特征相一致 发射机互调与接收机互调的主要区别有以下 两点 1 区域性 发射机互调是由发射机输出的电磁 波信号 在高架天线及地形作用下传播较远 因此发 射机互调的作用区域通常要明显大于接收机互调的 作用区域 接收机互调是两个强信号在接收机前端电 路因抑制不够造成的 接收机本身的性能指标对一般 强信号的带外抑制是可以满足的 只有在很强的场强 下 才能使接收机前端电路抑制不够 而这样强的场 强作用区域是很有限的 2 随机性 发射机互调一旦产生 干扰持续 相 对稳定 当其中一台发射机关闭后 干扰消失 接收 机互调受地域 仪器的性能指标 操作人员熟练程度 等因素制约 随机性较强 以频谱仪为例 典型的 1 d B压缩点为 1 0 0 d B 只有当混频器输入电平控 制在 3 0 d B以下时 三阶互调失真指标才小于 7 0 d B 此外 用频谱分析的方法也能识别接收机互 调与发射机互调 判断发射机互调还是外部效应引 起的互调 最简单有效的办法是对发射机闭路测试 以此判定干扰信号是否来自发射机内部 判断接收 机互调还是外部效应引起的互调 可采用滤波器的 方法加以区别 2 3 排除方法 排除发射机互调的主要措施 1 在同一地点应尽量选择无三阶互调的发射频 率 2 加大发射机天线间距 以满足天线隔离度的指 标 3 采用单向隔离器件 所用器件主要是铁氧体单 向环行器及混合桥装置 能有效消除发射台站的有害 干扰 排除接收机互调的主要措施 1 增加接收机输入级的线性度 尽量提高接收 机的互调抗扰指标 2 在接收机前端插入滤波器 以 提高接收机前端电路选择性 抑制强干扰信号 使其 不能进入高放和混频级 3 在接收机输入端插入衰 减器 以降低信号电平 4 选用无三阶互调的相容频 道组工作 3 三阶互调干扰 三阶互调干扰离基波信号最近 通常影响也最 大 因此针对互调干扰一般只讨论三阶互调干扰 分 为二型三阶互调干扰和三型三阶互调干扰两类 1 二型三阶互调干扰 所谓二型三阶互调 是指当两个信号在一个线性 系统中 由于非线性因素存在 使一个信号的二次谐 波与另一个信号的基波产生差拍 混频 后所产生的 寄生信号 设 F 1 F 2 为发射频率 F为接收频率 F 1 的 二 次 谐 波 为 2 F 1 它 与 F 2产 生 了 寄 生 信 号 F 2 F 1 F 2 由于 2 F 1 是二次谐波 二阶信号 F 2 是基 波信号 一阶信号 二者合成为三阶信号 F 又由于 是在调制过程中产生的 因此被称为三阶互调信号 同时也会对原来的基带信号 F 1 F 2 造成干扰 这就是 二型三阶互调干扰 2 三型三阶互调干扰 所谓三型三阶互调 是指当三个信号在一个线性 系统中 由于非线性因素存在 使其中两个信号的基 波与另一个信号的基波产生差拍 混频 后所产生的 寄生信号 设 F 1 F 2 F 3 为发射频率 F为接收频率 F 1 F 2 与 F 3 合成为三阶互调信号 F F 1 F 2 F 3 会对 接收频率 F以及原来的基带信号 F 1 F 2 F 3造成干 扰 这就是三型三阶互调干扰 在频率配置时 广电及民航部门应尽量选择无三 阶互调的发射频率 有效消除发射台站的有害干扰 4 算法实现 以当前武汉地区为例 调频广播共有 1 7 个发射 频率 如需计算三型三阶互调干扰 则可得到 4 9 1 3 个 三阶互调信号值 随着 F i i 1 2 3 频率值的个数不 断增加 互调信号计算量也随之增大 利用计算编程 方式实现互调干扰频率查找 可避免人工计算量过大 的不足 得到更为全面 准确的结论 4 1 开发环境 本文采用 M i c r o s o f tWi n d o w sWi n 73 2操作系 统 开发语言采用 M i c r o s o f t V i s u a l S t u d i o2 0 0 8C 语言实现 M F C界面库 程序开发采用面向对象的开 网络管理与维护 责任编辑 王莹邮箱 734776993 64 有线电视技术 2 0 1 3 年第 1 1期 总第 2 8 7 期 发模式实现 4 2 主要数据结构 S t r u c t G R O U P f l o a t F r e q u e n c y 4 i n tL a b e l 4 c h a r A t t r i b u t e 4 该 结 构 用 于 存 放 一 个 三 阶 互 调 组 其 中 F r e q u e n c y i 用于输入频率值 L a b e l i 是频率编号 它由频率输入的先后顺序决定 A t t r i b u t e i 被赋以 T T r a n s m i t 发射频率 R R e c e i v e 接收频率 以此标 记频率属性 该结构以数组形式出现 用于存放所有 互调组 4 3 设计思路 首先 确定每个互调组频率是否会产生三阶互 调 其次 应区分互调类型是二型还是三型 1 对每组中 4 个频率的属性 发射 接收 予以 判断 应排除 两发两收 一发三收 四收 的情 况 当且仅当发射频率为 3 个 接收频率为 1 个时 才 能真正产生三阶互调干扰 2 判断该组中有无重复频点 在满足 三发一 收 的前提下 F F 1 F 2 F 3 若有 F 1 F 2且 F 1 F 3 则该组为二型三阶互调干扰 F F 1 F 3 否则为三型 三阶互调干扰 F F 1 F 2 F 3 3 已明确为三型三阶互调后 对于 F F 1 F 2 F 3 F F 1 F 2 F 3 和 F F 2 F 1 F 3 F F 2 F 1 F 3 的情况 所得计算结果 F必然相等 此时只输出一组 F F 1 F 2 F 3 4 对经过以上三步判断得到的三阶互调干扰 组 应保证不与前面任何一组相重复 5 地空通信的民航移动业务所用频段为 1 1 8 1 3 7 M H z 因此设置 1 1 8 1 3 7 M H z 频率范围 只输出 落入此频率范围内的三阶互调干扰结果 F 6 重复以上步骤 直至找到所有结果 4 4 程序功能 程序功能主要包括 1 不同频段信号的读取及 可视化 使用频率范围设定 2 输出频率范围设定 3 二型三阶互调干扰和三型三阶互调干扰计算及结 果可视化 4 计算结果输出保存 4 5 程序实现 程序界面包括三个部分 1 功能按钮界面 2 频率列表及使用范围设置界面 3 干扰计算成果可 视界面 如图 1 所示 5 试验分析 使用频率干扰计算程序 对武汉当前 1 7 个调频 广 播 发 射 频 点 进 行 计 算 1 7个 频 率 点 分 别 为 8 8 4 M H z 8 9 6 M H z 9 0 7 M H z 9 1 2 M H z 9 2 7 M H z 9 3 6 M H z 9 5 6 M H z 9 6 6 M H z 9 7 8 M H z 9 9 8 M H z 1 0 0 6 M H z 1 0 1 8 M H z 1 0 2 6 M H z 1 0 3 8 M H z 1 0 4 6 M H z 1 0 5 8 M H z 1 0 7 8 M H z 程序还可以依据实际情况 设定使用频率及输出 频率的范围 使用的频率点可自定义 采用文本形式 记录 程序直接加载后即可计算 6 结论 通过对现阶段武汉地区 1 7 个调频广播发射频点 进行计算 在 1 1 8 1 3 7 M H z 范围内 最终找出 1 1 8 组 互调干扰 其中二型三阶互调干扰 2 0 组 三型三阶互 调干扰 9 8 组 因此 广电以及民航部门在频率设置时 一定要进行严格电磁环境测试 认真计算 科学设置 频率 正确配置 安装和使用广播电视发射设备以及 民航通信设备 有利于排除或减少危害广电安全播出 和民航地空通信的互调干扰 目前 该软件已被湖北 广播电视台技术管理部采用 对确保广电安全播出 民航通信质量具有实际借鉴意