滤波器在甚高频天线共用通信系统中的应用

引言

2020年是中国共产党全面建成小康社会决胜之年，也是中国民用航空发展第十三个五年规划收官之年，随着深化经济体制改革的推进，民航业已成为国民经济发展中具有重要战略意义的行业。面对高速发展的行业趋势，空中交通管制也发生了巨大的变化，管制方式优化、空中飞行流量“量级”变大、管制扇区的增多等。甚高频地空通信是民航空管对空通信的主要手段之一，其通信质量的稳定性和可靠性对飞行、管制的安全尤为重要。随着甚高频通信波道不断增加，天线场地的有限、电磁环境的复杂等因素，其所需要的硬件支撑水平也在不断提高。这些因素致使甚高频通信系统由传统单电台单天线转变至多电台共用天线的模式，能够较好地保障管制的陆空通信质量和资源配置。

滤波器在甚高频共用通信系统中的应用

甚高频共用通信系统主要由天馈系统、滤波器、收发信机及监控系统组成。对于发射过程，管制员使用某通信频率进行空中交通管制时，其语音信号和键控信号通过语音交换系統送出，经过传输链路送入甚高频共用通信系统;在相应工作频率的信道内，由其逻辑上的主用发射机对语音信号进行调制并输出已调制射频信号;该射频信号经继电器进入滤波器，滤除杂波后在合路器处与其它信道的射频信号混合输出，并通过馈线送到天线辐射出去。对于接收过程，天线接收到空中的VHF频段的无线电波，经过分路器后，工作频率的信号能够通过调谐后的滤波器（非工作频率信号被滤除），经3dB 功分器一分为二分别送入主、备两台VHF 收信机中进行解调，还原出语音信号后，由逻辑上的主用收信机从其线路端口输出语音信号;经传输链路送到控制端后通过内话系统输出供管制员收听。甚高频共用通信系统的组成框图如下图1-1所示。

滤波器在发射通路中，可以有效的抑制带外杂散信号，抑制非工作频率信号辐射、串扰，增大信道间射频信号隔离度，减小发射机对其他设备的影响;在接收通路中，滤波器可以将接收机不需要的带外信号滤除，提升接收机的抗干扰能力，信道的选择性。

滤波器的介绍及工作原理

民航甚高频地空通信电台的工作频率为118MHz～136.975MHz，信道带宽仅为25kHz，在如此窄的信道带宽内要求设备具有较好的抗干扰能力，必然要求窄通带、高抑制的带通滤波器。对于窄带的带通滤波器，耦合谐振腔是常用的结构，其设计过程从低通原型滤波器出发，经过频率变换，用阻抗变换或者导纳变换实现各个谐振腔的级联，将低通原型网络用K变换器进行变换，并用集总电感网络来实现K变换器，从而获得带通滤波器的性能。应用阻抗变换器后的等效电路如图2-1所示，应用导纳变换器后的等效电路如图2-2所示。

按照滤波器的实现方式来看，常用的滤波器有LC集总参数滤波器、腔体滤波器、微带滤波器、介质滤波器等。从实现的难度和技术要求上来看，腔体滤波器是一种可行的方案，腔体滤波器与其他类型的滤波器相比，可以提供高的多的Q值，具有很宽的调谐范围和较窄的通带宽度、在通带中具有很小的插入损耗，以及在阻带中具有很高的抑制度和大功率处理能力。

腔体滤波器为频率可调整的带通滤波器，具有频率选择作用，其滤波特性的优劣直接关系到VHF收发信机作用的最佳发挥。不同频率对应不同的波长，所以就可以通过改变滤波器终端短路传输线的长度，来达到频率选择的作用。在腔体谐振点，插入损耗大，耦合输出小。如下图2-3所示，我们选用的是单腔体滤波器，它利用矩形腔体和内部的金属膜片、金属谐振杆组成谐振腔，通过改变膜片的位置改变结构谐振频率实现可调的滤波特性。其性能指标如表2-1所示。

滤波器在甚高频共用通信系统中的作用

为了确保众多不同频率的电台可以使用一根天线，既不能相互干扰，同时还要阻抗匹配，还必须使用耦合器件。天线多路耦合器必须满足两个方面的要求：1.从任一电台输出的射频功率只能进入天线负载而不能串入其他电台;2.任一电台与天线之间的匹配状况不受其他电台工作状态的影响。它实现主要的是通过适当的耦合网络形式，再根据匹配的要求调整滤波器的输出，从而确定耦合网络的参数，最终是通道间的影响减低到最小程度。腔体滤波器的连接方式有T型串联耦合网络和环形耦合网络。

环形多路耦合器由环形均匀传输线组成，耦合网络与各滤波器接口在环上的电长度为λ0/2（λ0中心频率波长），在距二接口λ0/4处放置一个与滤波器输出特性相同的电抗调配器，如图3-1所示。由滤波器进入耦合网络的信号等分成两部分，经传输后在天线口合成输出。

在西北空管局目前使用的天线共用系统中，常用的耦合方式为环形耦合网络。发射、接收耦合系统其结构如图3-2所示。

实际应用中还有一种，如下图所示。其开路端接50Ω负载。它的优点是结构简单，价格便宜，便于安装，缺点是耦合的电台数量越多，耦合到天线端口的功率差异越大，其结构如图3-3所示。

四、滤波器的调试

使用网络分析仪0 dBm小信号方式调测滤波器。所有馈线、射频接头均使用网分校准获取0 dBm参考基准，插入损耗、阻带衰减、反向损耗均以参考进行计算。

滤波器插入损耗、选择性调试。

（1）选择中心频率，Span为1Mhz，选择直通校准。分别用两根射频线连接到输入、输出口，用双通器将它们相连，然后校准。（2）校准成功后，Marker所选择的频率，两根射频线分别接入滤波器的输入输出口，转动滤波器调谐杆，使波峰位置移至中心频率，分别调节调谐杆两侧的耦合天线环，使其达到发射滤波器的范围值内。（3）选择性大于15dB，插入损耗小于1.5dB（如果连接上合路器调试时，插损一般在1.5-1.8dB之间）。（4）最后拧紧耦合天线环上的螺丝，并锁死滤波器调谐杆上的旋纽扣。

滤波器驻波比调试。

（1）选择中心频率，Span为1Mhz，选择直通校准。分别用两根射频线连接到输入、输出口，用双通器将它们相连，然后校准。（2）校准成功后，连接射频线至滤波器输入口，滤波器输出口连接校准件的负载端。选择VSWR功能，进行测量。（3）Marker标记到中心频率并旋转旋钮使波峰对准中信频率，必要时调节耦合天线环使驻波比达到范围值。（4）TX VSWR≤1.5，RX VSWR≤1.5。

五、结束语

在日益复杂的机房环境中，滤波器在甚高频共用通信系统中的应用越发重要，有效防止了共用天线系统电台间、波道频率之间的干扰，使得管制员的地空通信更为安全可靠。

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