浅谈VSWR对民航甚高频通信系统的影响

陈罡

摘要：主要介绍VSWR对甚高频天馈系统的影响及成因，提出空管设备保障部门利用VSWR指标提高甚高频保障效果的重要意义。

关键词：VSWR；甚高频；ATC

中图分类号：TN80 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）25-5840-02

Effect Of VSWR On VHF Communication System

CHEN Gang

（GuiZhou Branch of Civil Aviation Air Traffic Management Bureau， Guiyang 550012，China）

Abstract： Mainly introduces VSWR effect of VHF antenna feeder system and causes ， put forward the significance of ATC equipment security departments use VSWR index to improve VHF maintenance.

Key words：vswr； vhf； atc

在民用航空甚高频地空通信系统中，电压驻波比（Voltage Standing Wave Ratio，简称：VSWR）是衡量甚高频地空通信发射系统优良最重要的参数之一 。通过测量VSWR，可以判断甚高频天馈系统各组成元件之间的匹配程度，快速定位异常区域，缩短故障处置的时间，提高地空通信设备的运行时效，所以有必要开展VSWR对甚高频天馈线系统影响的研究。

1 背景

近几年贵阳管制区域航班流量逐年保持15%左右的速度增长，空域拥挤问题日益凸显，随着2014年5月29日民航贵州空管分局正式启动04号管制扇区，意味着贵阳管制区域对空甚高频保障频点增至17个共计57个信道。如何保障好贵阳管制区域内的甚高频设备，确保地空通信的可靠成为技术保障部门分析研究的重点，而VSWR是衡量甚高频设天馈系统关键的指标，开展VSWR分析研究对提高甚高频设备管理维护效率有着非常重要的意义。

2 什么是VSWR

VSWR是指甚高频通信过程中，线路处于行波状态时其相邻电压最大值与电压最小值比值的绝对值，即：VSWR=|UMAX/UMIN|>=1。通过VSWR可以推算出通信过程中回波损耗RL（Return Loss）= -20 lg [（ VSWR-1 ） / （ VSWR + 1 ）]，RL反映了甚高频在发射过程中反射功率。理论上当VSWR=1，意味着通信线路上没有发生反射。但在实际维护工作中，由于甚高频通信系统天馈系统与发射机的抗阻不匹配、共用系统天线与馈线的抗阻不匹配或各部件的反射系数不同等因素都可能导致VSWR大于1，按照《国际民航公约》附件10要求甚高频通信系统单机天馈系统VSWR小于1.5，甚高频共用系统天馈系统VSWR小于2.5即达到行业要求。

3 VSWR对甚高频天馈系统的影响

VSWR是衡量甚高频地空通信天馈系统优良最重要的参数之一，如果VSWR值过高，说明甚高频发射机发射功率有相当一部分被反射回来，这种情况不仅会影响甚高频通信系统的实际发射功率，降低设备与航班的通信距离和效果，还可能因一部分反射波在通信介质中转换成热能，导致甚高频天馈系统传输线路、天线和各元器件的特性受损，缩短甚高频通信系统设备的使用寿命。在实际工作中，我们可以通过相关公式计算得出VSWR、反射损耗、功率反射等相关参数的大小，其VSWR与相关参数关系见表1所示。

从关系表中可以看出VSWR是反射系数的函数，反射系数跟系统的阻抗匹配度有关，例如设定发射机的阻抗为50欧，那么个元器件、馈线、天线的阻抗也尽量选用50欧，不匹配会造成高频电流在传输过程中造成功率反射，驻波比越大，反射功率越大。如果驻波太高最直接的就是发射出去的信号反射功率过大，可能会造成发射机或元器件的损坏，同时还伴随其它问题，比如发射功率损耗太大导致发射功率不足，无法进行地空通信。

4 改变天馈系统VSWR大小的因素

实际甚高频地空通信系统中改变VSWR 的因素很多，常见的有天馈系统阻抗不匹配、馈线与各元件接口接触不良、二分之一跳线最大折弯半径过大、天馈系统安装调试时技术参数不达标、馈线进水、强电干扰等等。理论上在甚高频通信天馈系统中每增加一个节点都会产生相应的损耗，但信号在天馈系统传输过程中各元件存在不同的相位差异和反射系数，多个元件的参数叠加计算是一个非线性的计算过程。可能会出现某个元件反射系数变大，但其相位的变化补偿这种变化，出现VSWR反而变好的情况，所以不能因为某个元件、或某段馈线的参数来断定VSWR一定会增高，还要考虑元件及馈线发生改变后整个天馈系统的匹配问题，所以在甚高频传输系统中各元件参数的变大或变小都是动态的，维护人员要从整个通信天馈系统阻抗匹配的角度来考虑。

5 实际工作中的特殊案例

5.1 遵义遥控台PAE 4信道共用系统故障的处置

2013年11月在例行测试遵义PAE 4信道共用系统时反映区调01扇区和02扇区频率间断出现能收不能发的情况，随后抢修人员在对遵义PAE单机进行检查时又发现作为独立的电台的频点、驻波比、发射功率等指标均在正常范围内，但是经过耦合器后有两个频率的发射功率由衰减近90%，无法满足地空通信的需要，在更换正常耦合器后现象一样。后经过联系厂家工程师并翻阅相关文献得知共用系统要求腔体滤波器和耦合器连线长度要一致或者为发射频率二分之一波长的整数倍以达到电抗匹配，最终定位了故障点为PAE 腔体滤波器至耦合器4 条同轴电缆中有两根电缆长度不一致，造成信道间相互串扰，发射功率降低，经更换两根较长的同轴电缆后，遵义PAE 4 信道共用系统恢复正常。

5.2 磊庄雷达站PAE 10信道共用系统总VSWR小于天线VSWR

2014年4月磊庄雷达站PAE 10信道共用了系统第2发射机柜发现驻波比为2.7超过了维护规程规定了共用系统小于2.5的标准，。在排除了发射机问题，后逐级检查天馈系统各节点，最后发现天线的VSWR为3.1高于整个系统的VSWR。更换VSWR为1.2的发射天线后，整个天馈系统VSWR为1.4。因此如果把天馈线系统各元件看为独立的系统，其电性能参数可用S11，S12，S13，S22参数来衡量.只要知道电缆的S参数和天线的反射系数，可以计算两者相连和总的反射系数。公式为：S11（总）=s11+（s12*s21*s11（天线））/（1-s22*s11（天线））。当总驻波系数小于两个驻波系数相乘，大于两个驻波系数相除时就会出现天馈系统的VSWR比元件VSWR小的情况。

6 如何减小VSWR对甚高频通信系统的影响

作为甚高频通信系统，VSWR变化直接会引起发射功率的改变，功率过小会影响地空通信的距离和效果，而功率过大有可能会对其他频率产生干扰，作为空管设备保障部门来讲最好将VSWR控制在通过飞行校验的状态下为宜。为尽量避免不必要VSWR的改变对通信产生影响，实际工作中尽可能做到以下几点：

1） 在甚高频通信系统天馈系统的安装、调试和维护过程中，要严格把关设备安装的工艺水平，确保各个元件接头连接可靠，发射机与各元件、馈线的阻抗匹配；

2） 要加强定期维护管理，定期对天馈系统各连接点进行检查，对室外单元的接头进行防水处理，测量记录天馈系统VSWR；

3） 总结统计分析，对定期维护的记录进行对比分析，对近期出现的异常数据及时处置，防止突发性的问题。

7 结束语

VSWR是衡量甚高频发射系统优良最重要的参数之一，技术人员通过了解VSWR对甚高频天馈系统造成影响的因素，可以快速判断定位甚高频天馈系统故障点，缩短故障反映时间，确保了甚高频地空通信频率的有效性，提高甚高频设备管理维护效率。

参考文献：

[1] 童创明.电磁场微波技术与天线[M].西安：西北工业大学出版社，2009.

[2] 潘仲英.电磁场、天线与电波传播[M].北京：机械工业出版社，2003.

[3] 胡树豪.实用射频技术[M].北京：电子工业出版社，2004.