甚高频天线共用系统的安装调试

摘 要 现阶段 中国民用地空通甚高频无线电系统采取天线共用的形式 它的主要功能是分开地面接收与发射的信息 从而避免地面接收信息的混杂 也有效地弥补了单一天线所造成的场地紧张和交叉干扰的缺陷 从而大幅提高了地面与空间通信的准确性 但由于其构造简易 使用程度低 因此导致它在实际使用中的应用受到限制 文章对天线公用设备的构造 使用与调试中的问题展开了讨论 并提出了具体的使用建议

关键词 甚高频 天线共用系统 安装调试

中图法分类号TN82 文献标识码A

１ 引言

随着我国民用航空工业的迅速发展，航线数量迅速增长，机翼和指挥机位也随之增多，以往单一控制中心仅有少数几个通信频率的情况已无法适应。针对以上问题，对各种功能模块进行快速组合，并采用统一的软件实现多媒体调度。同时，为确保管制与空中指挥通信的顺畅，所采用的甚高频装置也要有冗余备用，以避免单一电台的失灵而导致通信中断。上述所有需求都要求安装更多的地面无线电通信装置，而且每个装置的通信都必须要有一个天线。因此，如何将大量的天线安装在一起，是一个较为重要的难点。天线共享系统通过使用天线共用器，可以实现多台收发器共用一组天馈，既能有效地解决安装天线所带来的环境问题，又能降低干扰，在不同的环境条件下能够选择最优的通信模式，以获得最好的通信效果。

２ 天线共用系统组成

简易的高频地空通信系统是由一对天线与一对无线电装置相连，实现一次地空通信。为有效地克服地面和空中通信中的各种串音干扰，往往还必须对主要设备进行联试联调，即对各个系统进行联合试验。目前，采用的是甚高频收发天线分支方式。天线共享系统的工作原理和一般的单机无线电相同，都是基于基本的ＥＭ 变换原理，而天线共享系统一般由天线口面锅、馈源喇叭、天线基座、高频头，高频电缆、卫星接收机等部分组成。因此，在一般的单一基站中，天线共享系统在收发器和天馈之间往往会增设相应的天馈共享装置。多个甚高频发送器（或接收器）采用天馈共享的方式，以实现２ 种不同的天线结构。

天馈公共单元使用了带外的装置，并改变了射频输出的方向分布，其主要特点是耦合装置先将部分功率从干线中提取出来，再将其与副干线相连，以供试验。该功分器为具有固定频谱范围的相同频带上（为接收器）的滤光器提供功率。这些器件还可以作为一种高效的高速仪器放大器，把差动信号变换为单端信号。目前民用航空工业主要采用被动式空腔滤波器，其调谐方式因设备、机型而异。但是，调频的准则基本上是一致的。在实践中，最简便和切实可行的办法就是利用发送滤波器来减小发射端ＶＳＷＲ，以提高工作效率。这种方法可以很好地解决频率稳定问题，但由于其电路比较复杂，需要很高的低通滤波器，因此无法很好地解决输出的线性度问题［１］ 。为使馈线的射频功率以电磁波的方式对反射面、透镜等进行辐射，就必须把电压源与电流源的输出联合起来，使其在孔径上产生适当的場分布，以形成所需的赋形波束。馈源喇叭是必不可少的，其中最为理想的是波形喇叭，波纹结构的设计可以产生混合模ＨＥ１１，在ＨＥ１１ 模式中， ＴＥ 与ＴＭ 分量具有相同的截止频率与相速，进而产生不同的固有频率。这样， Ｅ． Ｈ ２ 个平面的指向性在约１：１．７ 的工作频带内就能够得到充分的等效，并且其相中心基本独立于频率，使其在１：２．４的频率范围内表现出优异性能。

３ 天线共用系统的安装与调试

３．１ 滤光片的选型和调试

３．１．１ 带通滤波器（ｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｌｔｅｒ）

带通滤波器是一种具有很低电阻的电路，适用于各种线束、家用电器、各种仪器等，通常不受任何干扰。若能迅速将带通滤波器调至理想工作频率，并放置在发射机和天线之间，则会减弱对高频电流的反应，进而减少与其他工作频率接收器的连接，特别是当无线电子测量技术被调至邻近的频率时。滤波器的中央频率要调节到访问站的频率。通常，这种ＦＭ信号的波段远远小于载波频率，而大多数接收机接收和处理的信号都是窄带。带通滤波器已被广泛应用于各种系统，如非线性、时延等。但由于信号的传输以及电子设备的使用，会导致系统的时延，从而影响系统的稳定。当系统输入输出受到扰动时，系统会出现较大的频率波动，因此可通过设计控制系统来实现系统的稳定。

３．１．２ 带阻滤波器

带阻滤波器又被称作陷波滤波器，这是一种高Ｑ谐振电路，可以在较小的影响下，使其他频段减小至更低的带宽。它和带通滤波器完全不同，该滤波器可以通过滤波器连接，并从滤波器内消散。其最大衰减值出现在滤波器谐振频率上，虽然这个谐振频率能够通过串行方法来提高，但该设备与带通滤波器的功能相差无几，都能够通过在发射器上使用陷波器，减少发射器的噪声辐射，降低发射机之间的互调干扰。带阻滤波器在接收端使用时，可以减少或抑制接收机之间的互相调制，但陷阱只会在特定或者相对狭窄的波段内产生最大的衰减。通常，这种ＦＭ 信号的频段远远小于载波频率，而大多数接收机接收和处理的信号都是窄带。所以，在信号覆盖的区域，不能保证信号的大小超过某个阈值。

３．２ 馈源喇叭的选型与调试

馈源变频器所发出的波形是一个球形，其波形方向图的宽度应与主次反射器的孔径相匹配，才能最大限度地将电磁波形集中在相应的反射器上，从而达到提升辐射器发射效率，降低外溢损耗的目的。其馈源的扩音器有如下几种特征。

３．２．１ 主模喇叭

主模喇叭在单一的主模上工作，且Ｅ． Ｈ ２ 个方向上的波形不一致，相中心随着频率的改变而改变，现在已经很少被采用。该产品的边长较宽，有时甚至需要较大的拉拔角度。但在实际的工程中，由于要对定位信号进行滤波，因此必须对其进行相位补偿。

３．２．２ 双模喇叭和多模喇叭

为弥补Ｅ． Ｈ 平面不均匀的缺陷，可以通过调整张角、口径，以及引进高次模式等方式，以实现Ｅ． Ｈ平面上的均匀分布。随着高阶模态的加入，幅度与相位的合理结合，使变幅面的Ｅ． Ｈ 平面将更加接近等效，但变幅面的构造也将更加复杂。但这种方法的最大缺陷在于其带宽受到了一定的限制，只能用于窄频平面天线。当一个高阶模态与另一个高阶模态叠加时，称其为双模式号角；当多个高阶模态叠加时，称其为多模式号角。

３．２．３ 波形喇叭

波形喇叭是一种新型的高功率微波辐射器，该辐射器具有良好的工作特性，其工作模式为高功率微波辐射器型，且具有与设计频段不相关的特性，使Ｅ． Ｈ２ 个平面的指向性在约１：１．７ 的工作频带内得到了充分的等效，并且其相中心基本独立于频率，具有较好的偏振和副瓣特性。环形负载的波浪形变幅杆进一步拓宽了频率范围，使其在１：２．４ 的频率范围内表现出优异的电气性能。作为一种新型的天线馈电方式，其可以有效地减少辐射损耗，提高辐照效率，并獲得更高的偏振纯度。

３．２．４ 组合喇叭

组合喇叭以同一天线视轴为核心，对称排列着４个大小相同的音箱，共同实现收、发通信。这４ 个喇叭所接收的频率幅度之和被称作和信号（也就是天线主波束），左右２ 个喇叭所接受的幅度值之差被称作是方位角差信号，而左右２ 个喇叭所接受的幅度值之差被称作是俯仰差信号。差分信号可以被用来追踪驱动天线的方位角倾斜控制信号，当２ 个差分信号为０ 时，就是对齐的标记（这时和为最大值）。在负荷剧烈变化时，通过对其进行无差调，就能将其工作频率保持在额定值内。

３．３ 天线间隔

由于地空通信中的甚高频设备的天线必须十分接近。在机场中的无线电干扰十分普遍。因此，合理选择通信频段对提高通信性能及保证通信的准确性有着非常关键的作用。在选择无线通信方面的超高频电子标签装置时，还需要确保发射天线的间距与接受天线群之间的间隔不会造成内部驻波。在实际工作中，发分离台站、接收一体化台站都必须保证发射天线群和接受天线之间的间隔不受内部影响。而这个参数也和滤波器调制值、双极化天线增益、频率间隔、干扰源数量等因子有关。在特定条件下，接受天线和发送天线间的安装长度必须最短，可以将天线与天线垂直放置，垂直间距应超过６ ｍ，以确保收发间的间隔［２］ 。

４ 天线共用系统的日常维护

甚高频天线共享系统分为日常维护、月维护、季度维护３ 种类型，要制定一套完整的维护流程，确保每一台设备都能正常运行，并对其进行调试。（１）日常维护：主要是对设备的驻波比率进行测试，并对其进行适当调整，以保证系统处于最佳的工作状态。（２）月度维修：定期检查各装置的连接状况，清洁各部件，并对联轴器、同轴继电器进行检查。设备检修方案主要是针对设备的使用状况，制订大、中修方案，确定设备的维护内容，对易出现故障的设备进行预防性维护。（３）季度维护：主要是对软件进行检测，重点检查各个关键部件和容易出现故障的地方，并进行参数检测，以调整不合格参数。

对天线系统进行检查，拧紧连接，涂上防锈润滑油。尤其是在检修过程中，要严格遵守《电力安全规程》，遵循“两票三制”“四不伤害”“四不放过”等原则。遇到暂时不能解决的问题，要及时上报领导，并组织技术人员进行检查，并根据检查的结果，对有问题的设备进行维修。

天馈系统是ＶＨＦ 中的一种能量转换装置，其功能是接收和发射无线电波，由于其工作环境较为严苛，长期使用下来，必然会出现绝缘材料老化、金属部件腐蚀、紧固件、电缆连接件松动等问题，这些问题很难被及时察觉，因此必须定期检查。一是要不断地观测驻波比率的改变，并对开关、各个连接部位进行检测，检查有无过热。二是要经常对天线的各个组件和安装部件进行检查，观察绝缘层、防水胶粘层是否牢固。三是对馈电、充气等设备进行检测，以保证在没有电源的情况下，天线的工作角处于安全的范围内。四是对各类电线的绝缘材料进行检查，检查有无老化松散，并及时进行更换。五是确保员工在工作中有高度的责任心，并积极地投身于工作中，完成各项工作任务［３］ 。

５ 结束语

采用甚高频天线共用系统可以很好地解决设备天线所占空间较大的问题。同时，由于新的网络技术的广泛使用，使得现有的网络能够很容易地更新到新的技术规范，并且能够保证原有技术的兼容性。但在实际应用中，应注意以下几点。一是对频率的合理分配。根据各国和区域的应用标准，一般都会根据不同的频率来设计不同的读写器天线。若共用系统共用部分发生故障，则同一天线上的所有装置都不能正常工作，所以要合理安排共用一个天线，确保控制使用者的安全。二是在安装好后，对天馈系统进行测量，并记录其安装过程中的检测结果，为后续维修工作提供有价值的资料，以便在发现问题时能及时解决，保证系统的安全、稳定。

参考文献：

［１］ 陆寅，刘中华．甚高频天线共用系统内部互调产物的产生及预防［Ｊ］．民航管理，２０１８（１２）：６９?７１．

［２］ 王瑞军．民航甚高频天线共用系统的主备切换差异分析［Ｊ］．中国科技信息，２０２１（６）：２９?３０．

［３］ 黄凯．中波转播台卫星接收天线的安装与调试分析［Ｊ］．卫星电视与宽带多媒体，２０２１（７）：２５?２９．

作者简介：

孙占奉（１９８４—），本科，工程师，研究方向：电子通信。