陳永鋒 趙孟軒 中國衛(wèi)星海上測(cè)控部

引言： 超短波電臺(tái)即甚高頻電臺(tái)，是飛機(jī)上重要的的無線電設(shè)備之一，為飛機(jī)搶險(xiǎn)救災(zāi)等各項(xiàng)任務(wù)中起著重要的保障作用。當(dāng)飛機(jī)飛行高度1000米時(shí)，某船舶在某海域航行時(shí)發(fā)現(xiàn)與該機(jī)載超短波電臺(tái)無線電波發(fā)射距離可達(dá)到120公里左右，但接收距離只有100公里左右，且出現(xiàn)近距離通訊信號(hào)不暢，信號(hào)干擾明顯的現(xiàn)象，且在通過控制盒控制主機(jī)發(fā)射時(shí)，控制盒的揚(yáng)聲器會(huì)發(fā)出很大的“嘯叫”聲，直接影響飛行員的正常操作以及飛機(jī)與外部的無線電通信聯(lián)系。本文通過分析電臺(tái)的傳播距離、音頻工作、遙控方式和連接線纜情況進(jìn)行研究，找到了解決方法。

1 超短波的特性及傳播特點(diǎn)

超短波傳播方式的特點(diǎn)：由于頻率很高，其表面波衰減很快，傳播距離很近，通訊距離限制在視線距離內(nèi)，也就是通常所說的通視距離（如圖1所示），其傳播公式為：

圖1 通訊距離示意圖

h1為飛機(jī)飛行高度（m）

h2為塔臺(tái)天線高度（m）

L為通訊距離（km）

R為地球半徑（6370km）

經(jīng)計(jì)算后飛機(jī)電臺(tái)與地面塔臺(tái)通話時(shí)，通訊距離如下表所示。（注：船舶塔臺(tái)天線高度一般為15m。）

表1 通訊距離表

上表可以看出理論上在沒有外部遮擋的情況下，飛機(jī)飛行高度大約1000m時(shí)，理論的傳播距離應(yīng)該大于120km，而實(shí)際上某船在某海域航行時(shí)所配載超短波電臺(tái)發(fā)射距離滿足120km的要求，但是接收距離只有100km左右，不能滿足通視距離要求。

2 飛機(jī)飛行中使用超短波電臺(tái)存在的問題分析

自由空間電磁波傳播理論中，對(duì)電磁波的傳播距離有影響的因素是：傳輸?shù)教炀€的功率、天線的方向系數(shù)以及接收?qǐng)鰪?qiáng)，經(jīng)過飛機(jī)做地面試驗(yàn)以及空中飛行試驗(yàn)和分析，超短波電臺(tái)正常情況下根據(jù)設(shè)計(jì)的通信距離應(yīng)不低于120km，但是某船舶在某海域航行時(shí)實(shí)際測(cè)通卻往往達(dá)不到。

2.1 地面效應(yīng)分析

當(dāng)電波沿地面進(jìn)行傳播時(shí)，地面在電波電磁場(chǎng)的作用下會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，由于地面是個(gè)不良導(dǎo)體，所以感應(yīng)電流會(huì)使電波損耗部分能量，并且頻率越高，衰減越快，這是在地面和進(jìn)場(chǎng)情況下超短波通訊效果不好的一大原因。

由于超短波是直線傳播方式，因此這種傳播方式受到兩點(diǎn)之間的阻礙物影響較大。如果在飛機(jī)與塔臺(tái)之間有大型的建筑或者山脈等高大的物體會(huì)對(duì)傳播距離有很大的影響。

2.2 天線安裝部位分析

飛機(jī)超短波電臺(tái)天線的安裝位置對(duì)電臺(tái)通信的方向性有很大的影響，航行中的某型號(hào)飛機(jī)上超短波電臺(tái)天線，安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩與主旋翼之間主減速器后，經(jīng)領(lǐng)航員確認(rèn)，在飛機(jī)機(jī)首以及機(jī)尾方向接收的信號(hào)弱于其他方向接收的信號(hào)。由于飛機(jī)旋翼安裝有防雷擊導(dǎo)流條，在旋翼旋轉(zhuǎn)時(shí)相當(dāng)于一個(gè)很大金屬屏蔽體，對(duì)入射的電磁波影響很大，尤其對(duì)從垂直旋翼表面入射的電磁波影響更大。

3 音頻工作及光電纜做遙控線路時(shí)的情況

3.1 音頻部分工作原理

當(dāng)電臺(tái)處于接收狀態(tài)時(shí)，來自中頻解調(diào)器解調(diào)出音頻信號(hào)，送到音頻濾波單元，經(jīng)過3N3、3N4組成的有源濾波器濾波，通過3XP1：B10送到機(jī)頭部分的音頻功放單元，經(jīng)過18N3放大后送喇叭。當(dāng)電臺(tái)處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)，由18N1低噪聲放大通過18XS2:4，再通過3XP1：B4送到音頻濾波單元，經(jīng)過3N1A壓縮后經(jīng)3N2收發(fā)開關(guān)選擇后送3N3、3N4進(jìn)行有源濾波，濾波后的音頻信號(hào)通過3XP1：A10到收發(fā)信道單元。

3.2 光、電纜做遙控線路時(shí)的情況

3.2.1 電纜作遙控線路時(shí)的情況

某型電臺(tái)工作于遙控狀態(tài)時(shí)，控制盒可以通過音頻接口送***Hz的信號(hào)來控制主機(jī)發(fā)射。鍵控時(shí)，控制盒產(chǎn)生的***Hz信號(hào)送到主機(jī)，主機(jī)發(fā)射，停止送***Hz信號(hào)，主機(jī)接收?？刂坪墟I控時(shí)，其揚(yáng)聲器發(fā)出的“嘯叫”聲，就是這個(gè)***Hz信號(hào)回授到其音頻放大器的結(jié)果。

圖2 音頻接口電路

上圖為控制盒音頻接口電路等效示意圖，其中A、B端通過遙控線路連接到主機(jī)。用電纜作遙控線路時(shí)，電纜特性阻抗為電阻性600歐姆，使回路1和回路2的特性阻抗完全相同。遙控發(fā)射時(shí)，發(fā)音頻i（含***Hz）由T1輸入，耦合至回路1和回路2，產(chǎn)生i1 = i2 = i3= i4，在T2上耦合出i5和i6、i5和i6大小相等，相位相反，相互抵消，T2不會(huì)有輸出（但不影響A、B端輸出）。

3.2.2 光纜作遙控線路時(shí)的情況

假設(shè)用光纜作遙控線路時(shí)，上圖A、B端接于光端機(jī)接口。光端機(jī)音頻接口呈容性阻抗，測(cè)量后得出容值為2.2v。當(dāng)這個(gè)電容接入A、B兩端，使回路1相比于回路2呈偏容性。特性阻抗有所不同。遙控發(fā)射時(shí)，發(fā)音頻i（含***Hz）由T1輸入，耦合至回路1和回路2，產(chǎn)生的i1（=i3）和i2（=i4）不能滿足大小相等、相位相反的條件，在T2上耦合出的i5和i6同樣不能滿足大小相等、相位相反的條件，不能相互抵消，于是T2有輸出，產(chǎn)生了“嘯叫”（主要是***Hz）。

4 解決問題的方法

通過對(duì)本文所提的問題開展分析研究后，排除天線性能下降及通訊距離不夠而影響話音質(zhì)量，可以定位是電臺(tái)遙控盒的“嘯叫”問題并相應(yīng)采取以下方法進(jìn)行合理解決。

4.1 電臺(tái)工作在四線制狀態(tài)

以上分析的是電臺(tái)在二線制狀態(tài)下工作時(shí)的情形，是各船普遍采用的接法，收發(fā)音頻共用一個(gè)信號(hào)通路，導(dǎo)致發(fā)音頻在收音頻通道放大輸出。四線制接法則將發(fā)音頻和收音頻用兩個(gè)通路傳輸，不會(huì)相互干擾，但要多用一倍的線路資源。

4.2 線制狀態(tài)下采用電容補(bǔ)償法

如果在回路2相應(yīng)位置接一個(gè)2.2v的電容，同樣可以使回路1和回路2的電氣特性完全相同，發(fā)音頻i就不會(huì)在T2上形成輸出。實(shí)際電路及改動(dòng)點(diǎn)見下圖。將E點(diǎn)斷開，R7短路，C、D兩端接一個(gè)2.2v電容。改動(dòng)后的電路不再適用于電纜遙控線路中。

圖3 電容補(bǔ)償法連接圖

4.3 在音頻輸出回路加裝***Hz陷波器

前面所說的“嘯叫”實(shí)際是幅度較大的***Hz鍵控信號(hào)，并非指話音，只要把它在輸出到揚(yáng)聲器之前抑制掉即可。可將下圖（音頻接口板的收音頻放大通路）中的R24替換為一個(gè)數(shù)字陷波器，陷波頻率為***Hz。

圖4 電路改裝后

解決超短波電臺(tái)話音干擾問題，一方面可以更改為四線制，另一方面在音頻輸出回路上面加裝一個(gè)***Hz陷波器。綜上所述，數(shù)字陷波器電路雖不復(fù)雜，但仍需專門制作在一塊4cm見方的電路板上，固定于接口板上。經(jīng)這樣改裝后的控制盒，在任何模式、任何遙控線路下都可以正常工作。

5 結(jié)束語

超短波電臺(tái)是飛機(jī)上的重要無線電設(shè)備之一，是飛機(jī)上最主要的通訊工具。在飛機(jī)起降、空地通話等方面都要通過超短波電臺(tái)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，所以超短波電臺(tái)話音“嘯叫”問題直接關(guān)系到飛機(jī)飛行安全以及通訊成功與否，對(duì)飛機(jī)影響很大。經(jīng)多次改進(jìn)驗(yàn)證使其超短波電臺(tái)話音質(zhì)量和可靠性有了很大提高，有效避免安全隱患。