调频广播三阶互调干扰的原理与解决方案

黄永涛

（作者单位：河南省广播电视发射台）



调频广播三阶互调干扰的原理与解决方案

黄永涛

（作者单位：河南省广播电视发射台）

摘 要：调频广播是提高广播节目覆盖率的重要方式，由于受到各种因素的影响，导致调频广播的三阶互调对民航通信、移动通信系统甚至相邻的调频或电视伴音频率都产生了干扰。本文主要对三阶互调及三阶互调干扰进行概述，并对三阶互调干扰的危害进行分析，以及对调频发射端的测试及分析，对民航接收机的分析以及如何有效减小或者彻底减弱三阶互调寄生信号存在所产生的干扰等方面对调频广播的三阶互调的相关问题进行了论述，以期可以给调频广播播出创造出高效且较为干净的电磁环境。

关键词：调频广播；三阶互调；民航通信

近年来，随着广播事业的不断发展，我国各个地区调频广播发射点的数量也在不断增多，调频节目的数量和功率在不断增多和增大，满足了人民群众的需求，丰富了人民群众的精神文化生活。但由于调频广播和航空通信的业务频段较为接近，发射点的数量又在不断增加，因此发射所产生的互调杂散产物的数量也不断增加，范围明显扩大，使得航空通信受到影响。具体来说，主要是3种调频广播对航空通信产生了影响。本文以民航通信为例，对调频广播的干扰进行论述。

1 三阶互调及三阶互调干扰原理概述

互调干扰是无线电干扰的一种，可分为二阶、三阶以及多阶互调。三阶互调含义为两个调频广播的频率信号在系统中，受到发射机或者天线的非线性元素影响，产生一个寄生调幅的信号。由于两个信号分别为基波信号也就是一阶信号，另一个为二次谐波也就是二阶信号，因此二者合称为三阶信号。而且由于新信号是前两个信号相互调制而形成的，因此新信号也被称为三阶互调失真信号，而产生新信号的过程被称为三阶互调失真。寄生调幅产生原理

设调频信号的数学表达式：

式（1）中，A c为信号的振幅，V；f c为信号的载波频率，Hz；β为调制指数，常数；f m是调频频率，Hz。

调频发射机播出的射频节目信号和航空设备接收信号之间传输函数的幅度随频率特性进行改变，鉴于此对调频频率进行改变，其输出信号的幅度也会发生改变。 假定幅频特性函数为AF(f),则在载频f c附近，βsin2πf m t的变化引起输出信号幅度在AF(f c )附近随时间变化，此时输出的信号可以表示为：

式（2）中，m(f)为AF(f)在f c附近的幅频特性。最简单的情况为传输函数的幅频特性在f c 附近为线性，此时公式（2）可以表示为：

式(3)与调幅信号形式完全一样。

可以看出若m(f)为非线性函数，展开将其变换为傅立叶级数，在f c附近，线性部分依然会占主要因素。由图1以得出，若广播调频信号的调制信号在一个周期内发生变化，相应的寄生调幅信号也会有一个周期的改变， 可以得到寄生调幅信号的频率构成成分是原调频信号的调制信号频率。

图1 寄生调幅示意图

国家无线电管委会指定的调频广播信号的频率使用范围是87～108 MHz，民航的通信频率为118～137 MHz。那么调频广播落入民航通信频带内的主要频率为2f1-f2互调频率，频率范围在118～128 MHz。其中f1和f2是2种不同的调频发射频率，而且f1>f2。最有可能产生三阶互调的部分主要是调频发射端和民航接收机端。因此要对三阶互调对民航通信的干扰进行分析，可从这两方面进行。

2 三阶互调干扰的危害

2.1 使得调频广播发射机射频功放发生故障的概率增加

当发射机调试完成之后，其射频功放位于电路的最佳谐振点，此时电路的电流值达到最小；而互调干扰会使电路工作失谐，从而使得电流变大、元器件发热，发射机发生故障的概率增加。

2.2 使实际发射功率降低

对发射机的功率进行测量时一般使用的是直通式功率计，它具有一定的带宽。也就是说，使用这种方式所测量的功率实际上是射频功率和互调干扰等功率的总和。例如功率计上显示的数值为1 200 W，那么射频功率事实上可能只有1 000 W，多余的200 W则为互调干扰及其他杂波功率。

2.3 对空间电磁波秩序造成影响

射频干扰从本质上来说也是由发射机输出的，是一种射频信号，而且这种信号还会继续与其他射频信号进行互调，然后产生更多的互调干扰。因此，在发射机较多之处，存在许多无序的射频信号，这些信号与发射点所覆盖范围内的其他无线通信信号的频率相近甚至相同，由此对民航通信造成干扰。

3 对调频发射端的测试及分析

以我国X市为例，本地的调频发射系统共包括13个调频频率，分别是106.8、105.4、104.6、102.9、101.4、99、98、97.2、92.5、92.1、91.1、88.5以及87.8（单位：MHz）。调频发射系统

以两套天馈线系统对空播出。根据2f1-f2（f1>f2）的规律对有可能产生干扰民航通信的三阶互调信号的频率组合进行分析，发现只有一组频率的三阶互调产物的频率为121.5 MHz，那就是106.8 MHz和92.1 MHz。计算公式为2×106.8-92.1=121.5。对上述两个发射机及其合成后的三阶互调产物进行测试，发现其二次谐波发射符合广播电视领域对广播电信信号发射的标准要求，并且优于该要求，调频多工器的带通滤波器对高次谐波和互调信号的抑制大于-60 dB。经过系统测试，系统的三阶互调发射与载波功率60dB相比更低，因此能够避免高电平的三阶互调产物经天线发射。

4 对民航接收机的分析

在民航接收机端，三阶互调造成干扰的原因是民航接收设备的非线性，由高频接收、变频解调制部分和低频率放大这几部分构成，接受设施的非线性会产生许多谐波信号以及调频互调频率的产生。我们在之前的章节已经列出来互调信号落入民航专用频带的信号主要为2f1-f2（f1>f2），f1以及f2指代的是不同的调频发射频率。而且解调后的输出信号主要是f1音频调制信号的内容，因此f1信号为主信号。而且民航调幅接收机有时会接收到调频广播的信号，产生这种现象的主要原因是因为民航接收设备调幅特性的不同，也因此产生了三阶互调的寄生调幅信号。民航设备的接收机对接收信号进行调制时，包括寄生调幅的部分也进行了调幅调制，输出的信号和航空所用设施接收信号相同或相似，也因此导致了民航设备可以收到来自广播发射台站发送的频率。

造成接收机互调干扰除了频率要符合要求之外，互调干扰产生的信号功率电平也只有达到一定高的程度，高于民航设备的接收门限阀值。要计算出民航设备准确的接收电平，要首先确定发射频率、功率、发射天线增益以及机场与发射台之间的距离。

5 结语

调频信号的三阶互调产生的寄生调幅信号，虽然可能落入相邻的频带，但要达到足以影响相邻频带的通信，电平值也要达到一定的数值。在频率符合要求的情况下，如何有效解决电平问题，是对调频三阶互调干扰进行解决的重要环节。本文探讨了可在保持调频广播现有频率以及发射功率不发生变化的情况下，通过对民航设备接收机前端增设带通滤波设施，从而限制三阶互调产生的寄生调幅信号进入民航接收设备，从而解决民航通信干扰问题。也希望相关从业人员能进一步探索，找出更为完美解决调频信号三阶互调现象的方案。

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