高频通信在民航地空通信服务中的应用

刘海旺

摘要：在民用航空领域，在偏远地区或者洋区上空，部分区域甚高频不能实现完全覆盖，高频通信作为民航地空通信服务的补充手段，能有效解决偏远地区通信及甚高频通信覆盖盲区问题，对飞行安全起着非常重要的保障作用。文章主要论述了高频通信的特点、民航高频通信系统收发信机的选择、高频通信系统的基本组成、天线场地的选择及天线的选型。

关键词：高频通信；盲区；高频收发信机；高频天线

1 高频通信系统发展概况

高频通信系统具有设备简单、使用方便、机动灵活、成本低廉、抗毁性强等优点，在军事或民事应用中具有不可替代的作用。在早期航空无线电通信系统中，主要通过高频来实现地空及空空话音通信，但随着通信技术的不断发展，甚高频通信凭借其良好的抗干扰性能、传输性能和优质的话音质量，逐渐替代高频通信成为民航主要的地空通信手段。现有民航高频通信主要为偏远地区、跨洋、近海作业和通用机场飞机提供应急、补盲地空通信服务。

2 高频通信的特点

高频通信是指利用波长为100?10 m（频率为3?30 MHz）的电磁波进行的无线电通信。高频通信时，传播方式分为天波和地波。地波的传播距离与发信机的发射功率、发射频率及地表特性相关，功率越大，发射频率越低、地表越湿润，传播距离越远，地波的典型传播距离一般为20?30 km。如图1所示，通过天波传输时，电磁波经电离层反射再折回地面，传输距离和发信机频率的高低、功率的大小、电离层的活跃程度、天线的极化方式及天线的仰角相关，可以覆盖几百至几千米的范围。高频信号经天波传输时，反射波经电离层第一次反射落地的最短距离（跳距）大概为100 km，地波传输极限距离与天波跳距之间（20?100 km）的这个区域内，地波达不到、天波又超过了，通常把这一區域成为盲区（见图1）。在实际应用中，可以通过提高天线发射仰角的方

法来解决高频通信的盲区问题。

因为高频信号主要依靠电离层反射传播，所以高频信号的传输特性也决定了高频通信容易受昼夜变化、太阳黑子活动、太阳耀斑爆发及通信距离等诸多因素的影响，造成高频话音通信存在背景噪声大、可通性差等缺点[1]。

3 民航高频通信系统收发信机选择

我国民航高频通信主要是为各区域空中交通管制中心、通航机场、近海作业飞机或航空公司提供空中交通管制、航务管理及对空广播话音业务。一般区域管制高频信号覆盖以高空为主，覆盖范围在1 000 km以上。通航机场、近海作业管制高频信号覆盖以中、低空为主，覆盖范围在500 km以内。

3.1 高频发信机的选择

按民航高频通信地面系统通用规范要求，现阶段民航较普遍使用的高频发信机发射功率主要有125 W，400 W和1 000 W这3个等级，少数高原或跨越覆盖的台点选用5 000 W等级的发信机。根据高频通信特点，增加高频通信距离和可靠性的一个有效方法就是增加发信机的发射功率，发信机发射功率的增加不但可以使高频地波通信距离得到增加，缩短近盲区范围，同时可以提升天波到达收信机的信号强度。因此区域管制等大覆盖范围台点一般要求选用发射全功率大于400 W的发信机。通航机场等低覆盖范围要求台点，本着建设成本及系统简单化原则，一般建议选用发射功率小于400 W的发信机。

3.2 高频收信机的选择

因飞机尺寸及布局限值，机载高频天线一般采用尺寸较小的线极化天线。线极化天线辐射效率低，加上机载电台功率较低，导致在某些极限条件时地面高频台站的接收信号质量较差，为了能够可靠接收飞机的微弱信号，要求高频收信机具有一定的弱信号解调能力和降噪能力，灵敏度指标要求不小于-107 dBm[2]。

4 民航高频通信系统的基本组成

如图2—3所示，民航高频通信系统主要由高频收、发信机、传输设备、内话系统、用户终端、监控终端等分系统组成。

5 天线场地的选择

天线场地的选择是影响高频通信效果的一个关键因素。高频天线一般占地面积都比较大，高频天线场地选择应遵循如下原则。

（1）天线发射方向的前方有障碍物时，从天线在地面上的投影中心到障碍物上界的仰角，应不大于该天线在其全部工作波段中任何波长上的垂直面方向图主瓣辐射仰角的1/4。

（2）在高频发信台场地及其外围50 m范围内，地形应平坦，总坡度宜不超过5%。对中、远地区广播的高频发信台，天线发射前方1 km以内，总坡度一般不超过3%。在地形复杂的地区建台，应论证地形对电波发射的影响，在山区架设天波天线是，天线辐射方向前后延伸50?100 m范围内的地面应平坦。

（3）为了防止收发干扰，收信台应远离发信台，保护间距建议大于4 km。

（4）收信台天线场地应选择电磁环境良好的地区，尽量远离繁忙公路、铁路及工业中心，与公路铁路的保护间距大于 1 km。

6 天线的选择

选择合适的天线对于高频通信来说是至关重要的。对于接收来说，高增益全向天线是理想的选择，对于发射来说，为了克服通信盲区，增加通信距离，使用髙仰角、高辐射效率天线是一种可行的手段[3]。目前民航高频通信台站根据不同的使用需求，常用的天线有三线天线、笼形天线、扇锥天线、多模多馈天线、对数周期天线等。本文主要介绍的是民航高频通信台站使用较多的三线天线和多模多馈天线。

6.1 三线天线

三线宽带天线是民航高频台站最常用的天线之一，它的功率容量一般为1 kW，最大值可达2 kW。三线宽带天线可以水平架设，称为三线水平宽带天线，也可以倾斜成倒V型架设，称为三线倒V宽带天线（见图4）。

三线宽带天线具有以下特点。（1）天线袈设结构合理，抗风能力强，能减小随风摆动对通信的影响。（2）无需配备天线调谐器，架设和馈电方便，频带范围宽，全频段的驻波比不大于2：1。（3）辐射效率高，工作频段内性能均匀稳定。（4）倒V架设时，天线中部悬挂在15米架杆顶端，天线与地面的夹角为55°，水平距离为16 m，可满足于0?500 km的无盲区通信。（5）平拉架设时，天线的高度一般为12 m，水平距离为32 m，主要用于远距离通信，其通信距离可达1 500 km以上，其最佳的通信方向与天线架设方向垂直。

结合三线天线倒V型架设特点，其特别适用于民航高频通信覆盖范围需求500 km以内通航机场等中小机场的无盲区通信，可为这些台站作为收发共用天线使用。

6.2 多模多馈天线

如图5所示，多模多馈天线是典型的宽带天线，在高频对空通信、岸船通信等领域应用广泛[4]。多模多馈天线具有以下特点：（1）具有多馈功能，天线有3个输入端口，各端口相互隔离。（2）天线在自由空间可同时辐射3种模式的仰角波束，其中2个高仰角波束，1个低仰角波束，3种工作模式独立存在并且互补。使用高仰角波束时适用于中近距离通信，使用低仰角波束时适用于中远距离通信。（3）多模多馈天线工作频段宽，可基本实现全频段的短波通信。（4）多模多馈天线在水平面内无方向性，可以实现全方位覆盖通信。（5）天线采用以水平分量为主的椭圆极化方式，具有较强的抗极化衰落能力。（6）体积小，占地面积少。

多模多馈天线适用于民航作为收发分开的高频通信系统的发射天线使用，可以同时接3部发信机进行近、中、远距离通信。

7 结语

高频通信作为一种简单高效的通信手段，将继续为民航地空通信服务提供稳定可靠的通信保障。本文主要论述了高频通信的特点，并结合我国民航高频通信应用的需求和特点，探讨了民航高频通信系统收发信机、天线的选型及其适用性，对民航高频台站的规划和建设具有一定的指导作用。

[参考文献]

[1]刘海涛.航空移动通信系统[M].北京：清华大学出版社，2015.

[2]胡中豫.现代短波通信[M].北京：国防工业出版社，2003.

[3]MH/T4002.1—2015短波语音通信地面系统通用规范[S/OL].中华人民共和国民用航空行业标准第1部分：技术要求（2015-05-18）[2018-05-25].https：//max.bookll8.com/html/2018/0125/150518509.shtm.

[4]斯泰西.航空无线电通信系统与网络[M].吴仁彪，刘海涛，马愈昭，译.北京：电子工业出版社，2011.