黃永濤

（作者單位：河南省廣播電視發(fā)射臺）

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調(diào)頻廣播三階互調(diào)干擾的原理與解決方案

黃永濤

（作者單位：河南省廣播電視發(fā)射臺）

摘 要：調(diào)頻廣播是提高廣播節(jié)目覆蓋率的重要方式，由于受到各種因素的影響，導(dǎo)致調(diào)頻廣播的三階互調(diào)對民航通信、移動通信系統(tǒng)甚至相鄰的調(diào)頻或電視伴音頻率都產(chǎn)生了干擾。本文主要對三階互調(diào)及三階互調(diào)干擾進(jìn)行概述，并對三階互調(diào)干擾的危害進(jìn)行分析，以及對調(diào)頻發(fā)射端的測試及分析，對民航接收機(jī)的分析以及如何有效減小或者徹底減弱三階互調(diào)寄生信號存在所產(chǎn)生的干擾等方面對調(diào)頻廣播的三階互調(diào)的相關(guān)問題進(jìn)行了論述，以期可以給調(diào)頻廣播播出創(chuàng)造出高效且較為干凈的電磁環(huán)境。

關(guān)鍵詞：調(diào)頻廣播；三階互調(diào)；民航通信

近年來，隨著廣播事業(yè)的不斷發(fā)展，我國各個地區(qū)調(diào)頻廣播發(fā)射點(diǎn)的數(shù)量也在不斷增多，調(diào)頻節(jié)目的數(shù)量和功率在不斷增多和增大，滿足了人民群眾的需求，豐富了人民群眾的精神文化生活。但由于調(diào)頻廣播和航空通信的業(yè)務(wù)頻段較為接近，發(fā)射點(diǎn)的數(shù)量又在不斷增加，因此發(fā)射所產(chǎn)生的互調(diào)雜散產(chǎn)物的數(shù)量也不斷增加，范圍明顯擴(kuò)大，使得航空通信受到影響。具體來說，主要是3種調(diào)頻廣播對航空通信產(chǎn)生了影響。本文以民航通信為例，對調(diào)頻廣播的干擾進(jìn)行論述。

1 三階互調(diào)及三階互調(diào)干擾原理概述

互調(diào)干擾是無線電干擾的一種，可分為二階、三階以及多階互調(diào)。三階互調(diào)含義為兩個調(diào)頻廣播的頻率信號在系統(tǒng)中，受到發(fā)射機(jī)或者天線的非線性元素影響，產(chǎn)生一個寄生調(diào)幅的信號。由于兩個信號分別為基波信號也就是一階信號，另一個為二次諧波也就是二階信號，因此二者合稱為三階信號。而且由于新信號是前兩個信號相互調(diào)制而形成的，因此新信號也被稱為三階互調(diào)失真信號，而產(chǎn)生新信號的過程被稱為三階互調(diào)失真。寄生調(diào)幅產(chǎn)生原理

設(shè)調(diào)頻信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

式（1）中，A c為信號的振幅，V；f c為信號的載波頻率，Hz；β為調(diào)制指數(shù)，常數(shù)；f m是調(diào)頻頻率，Hz。

調(diào)頻發(fā)射機(jī)播出的射頻節(jié)目信號和航空設(shè)備接收信號之間傳輸函數(shù)的幅度隨頻率特性進(jìn)行改變，鑒于此對調(diào)頻頻率進(jìn)行改變，其輸出信號的幅度也會發(fā)生改變。 假定幅頻特性函數(shù)為AF(f),則在載頻f c附近，βsin2πf m t的變化引起輸出信號幅度在AF(f c )附近隨時間變化，此時輸出的信號可以表示為：

式（2）中，m(f)為AF(f)在f c附近的幅頻特性。最簡單的情況為傳輸函數(shù)的幅頻特性在f c 附近為線性，此時公式（2）可以表示為：

式(3)與調(diào)幅信號形式完全一樣。

可以看出若m(f)為非線性函數(shù)，展開將其變換為傅立葉級數(shù)，在f c附近，線性部分依然會占主要因素。由圖1以得出，若廣播調(diào)頻信號的調(diào)制信號在一個周期內(nèi)發(fā)生變化，相應(yīng)的寄生調(diào)幅信號也會有一個周期的改變， 可以得到寄生調(diào)幅信號的頻率構(gòu)成成分是原調(diào)頻信號的調(diào)制信號頻率。

圖1 寄生調(diào)幅示意圖

國家無線電管委會指定的調(diào)頻廣播信號的頻率使用范圍是87～108 MHz，民航的通信頻率為118～137 MHz。那么調(diào)頻廣播落入民航通信頻帶內(nèi)的主要頻率為2f1-f2互調(diào)頻率，頻率范圍在118～128 MHz。其中f1和f2是2種不同的調(diào)頻發(fā)射頻率，而且f1>f2。最有可能產(chǎn)生三階互調(diào)的部分主要是調(diào)頻發(fā)射端和民航接收機(jī)端。因此要對三階互調(diào)對民航通信的干擾進(jìn)行分析，可從這兩方面進(jìn)行。

2 三階互調(diào)干擾的危害

2.1 使得調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)射頻功放發(fā)生故障的概率增加

當(dāng)發(fā)射機(jī)調(diào)試完成之后，其射頻功放位于電路的最佳諧振點(diǎn)，此時電路的電流值達(dá)到最?。欢フ{(diào)干擾會使電路工作失諧，從而使得電流變大、元器件發(fā)熱，發(fā)射機(jī)發(fā)生故障的概率增加。

2.2 使實(shí)際發(fā)射功率降低

對發(fā)射機(jī)的功率進(jìn)行測量時一般使用的是直通式功率計，它具有一定的帶寬。也就是說，使用這種方式所測量的功率實(shí)際上是射頻功率和互調(diào)干擾等功率的總和。例如功率計上顯示的數(shù)值為1 200 W，那么射頻功率事實(shí)上可能只有1 000 W，多余的200 W則為互調(diào)干擾及其他雜波功率。

2.3 對空間電磁波秩序造成影響

射頻干擾從本質(zhì)上來說也是由發(fā)射機(jī)輸出的，是一種射頻信號，而且這種信號還會繼續(xù)與其他射頻信號進(jìn)行互調(diào)，然后產(chǎn)生更多的互調(diào)干擾。因此，在發(fā)射機(jī)較多之處，存在許多無序的射頻信號，這些信號與發(fā)射點(diǎn)所覆蓋范圍內(nèi)的其他無線通信信號的頻率相近甚至相同，由此對民航通信造成干擾。

3 對調(diào)頻發(fā)射端的測試及分析

以我國X市為例，本地的調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)共包括13個調(diào)頻頻率，分別是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（單位：MHz）。調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)

以兩套天饋線系統(tǒng)對空播出。根據(jù)2f1-f2（f1>f2）的規(guī)律對有可能產(chǎn)生干擾民航通信的三階互調(diào)信號的頻率組合進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)只有一組頻率的三階互調(diào)產(chǎn)物的頻率為121.5 MHz，那就是106.8 MHz和92.1 MHz。計算公式為2×106.8-92.1=121.5。對上述兩個發(fā)射機(jī)及其合成后的三階互調(diào)產(chǎn)物進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)其二次諧波發(fā)射符合廣播電視領(lǐng)域?qū)V播電信信號發(fā)射的標(biāo)準(zhǔn)要求，并且優(yōu)于該要求，調(diào)頻多工器的帶通濾波器對高次諧波和互調(diào)信號的抑制大于-60 dB。經(jīng)過系統(tǒng)測試，系統(tǒng)的三階互調(diào)發(fā)射與載波功率60dB相比更低，因此能夠避免高電平的三階互調(diào)產(chǎn)物經(jīng)天線發(fā)射。

4 對民航接收機(jī)的分析

在民航接收機(jī)端，三階互調(diào)造成干擾的原因是民航接收設(shè)備的非線性，由高頻接收、變頻解調(diào)制部分和低頻率放大這幾部分構(gòu)成，接受設(shè)施的非線性會產(chǎn)生許多諧波信號以及調(diào)頻互調(diào)頻率的產(chǎn)生。我們在之前的章節(jié)已經(jīng)列出來互調(diào)信號落入民航專用頻帶的信號主要為2f1-f2（f1>f2），f1以及f2指代的是不同的調(diào)頻發(fā)射頻率。而且解調(diào)后的輸出信號主要是f1音頻調(diào)制信號的內(nèi)容，因此f1信號為主信號。而且民航調(diào)幅接收機(jī)有時會接收到調(diào)頻廣播的信號，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是因?yàn)槊窈浇邮赵O(shè)備調(diào)幅特性的不同，也因此產(chǎn)生了三階互調(diào)的寄生調(diào)幅信號。民航設(shè)備的接收機(jī)對接收信號進(jìn)行調(diào)制時，包括寄生調(diào)幅的部分也進(jìn)行了調(diào)幅調(diào)制，輸出的信號和航空所用設(shè)施接收信號相同或相似，也因此導(dǎo)致了民航設(shè)備可以收到來自廣播發(fā)射臺站發(fā)送的頻率。

造成接收機(jī)互調(diào)干擾除了頻率要符合要求之外，互調(diào)干擾產(chǎn)生的信號功率電平也只有達(dá)到一定高的程度，高于民航設(shè)備的接收門限閥值。要計算出民航設(shè)備準(zhǔn)確的接收電平，要首先確定發(fā)射頻率、功率、發(fā)射天線增益以及機(jī)場與發(fā)射臺之間的距離。

5 結(jié)語

調(diào)頻信號的三階互調(diào)產(chǎn)生的寄生調(diào)幅信號，雖然可能落入相鄰的頻帶，但要達(dá)到足以影響相鄰頻帶的通信，電平值也要達(dá)到一定的數(shù)值。在頻率符合要求的情況下，如何有效解決電平問題，是對調(diào)頻三階互調(diào)干擾進(jìn)行解決的重要環(huán)節(jié)。本文探討了可在保持調(diào)頻廣播現(xiàn)有頻率以及發(fā)射功率不發(fā)生變化的情況下，通過對民航設(shè)備接收機(jī)前端增設(shè)帶通濾波設(shè)施，從而限制三階互調(diào)產(chǎn)生的寄生調(diào)幅信號進(jìn)入民航接收設(shè)備，從而解決民航通信干擾問題。也希望相關(guān)從業(yè)人員能進(jìn)一步探索，找出更為完美解決調(diào)頻信號三階互調(diào)現(xiàn)象的方案。

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