超導(dǎo)濾波器在民航甚高頻地空通信系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

盧宇

摘要：民航甚高頻地空話音通信依靠甚高頻頻段的無線電波的直線傳播特性提供地面電臺與航空器電臺之間的視距通信，它可以為空中交通管制部門、航空公司航務(wù)管理部門與飛行員之間提供直接的話音通信服務(wù)。其工作頻率在118～136.975Mhz，為了濾除雜波，讓有用信號通過，在傳統(tǒng)的甚高頻收發(fā)系統(tǒng)中采用了可調(diào)式腔體濾波器，本文通過超導(dǎo)濾波器與傳統(tǒng)腔體濾波器的對比，研究了用超導(dǎo)濾波器替代甚高頻通信系統(tǒng)中腔體濾波器的可行性。

關(guān)鍵詞：民航甚高頻地空話音通信；腔體濾波器；超導(dǎo)濾波器

中圖分類號：V243 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）10-0260-02

隨著我國民航交通運輸?shù)难杆侔l(fā)展，航空運輸量的急劇增長，對空中交通管理提出了越來越高的迫切要求。作為空中交通管理系統(tǒng)重要組成部分的甚高頻地空通信系統(tǒng)，直接影響到空中交通管理的發(fā)展。為了保證民航飛行安全，甚高頻遙控臺的覆蓋范圍，不僅要求在整個管制區(qū)域沒有通信盲區(qū)，還要保證在管制區(qū)域內(nèi)達到三重以上的覆蓋，各臺站之間互為冗余備份，以確保個別臺站的通信頻率發(fā)生故障的情況下能夠有其它臺站提供通信保障。因此為了滿足不同管制扇區(qū)不同頻率的使用要求和頻率覆蓋，我們修建了很多由甚高頻地空通信電臺組成的多信道甚高頻遙控臺，如何有效避免雜波干擾、同頻干擾、鄰道干擾、互調(diào)干擾？對甚高頻接收機系統(tǒng)和發(fā)射機系統(tǒng)中的濾波器提出了很高的要求。

1甚高頻地空通信系統(tǒng)的組成

民航四信道甚高頻發(fā)射機天線共用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 1所示。在發(fā)射機天線共用系統(tǒng)中，話音調(diào)制后通過發(fā)射機發(fā)射出來，射頻切換單元的作用是主備機切換，選擇1臺發(fā)射機發(fā)射；單向耦合器的作用是保護電臺，防止反射功率燒壞電臺，濾波器用于濾除雜波，讓有用信號通過；合路器將四信道發(fā)射信號耦合成一路送入天線；射頻信號最后通過天線發(fā)射出去。

民航四信道甚高頻接收機天線共用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。在接收機天線共用系統(tǒng)中，天線接收到射頻信號，功分器將天線接收信號耦合送入四個濾波器，經(jīng)濾波后送到3dB耦合器；3dB耦合器（功分器）用于均分接收信號，送入主備2臺接收機；接收機再把信號解調(diào)成音頻。

2 腔體濾波器

從甚高頻通信系統(tǒng)的組成中我們看到，不論是發(fā)射機天線共用系統(tǒng)還是接收機天線共用系統(tǒng)，都要使用濾波器，現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)傳統(tǒng)使用的是可調(diào)式腔體帶通濾波器，為了有效濾除雜波，防止干擾，民航標準對濾波器的指標做了嚴格要求，其中，反向損耗大于20dB，插入損壞小于1.5dB，選擇性（工作頻率±500Khz處衰減）大于15dB。腔體濾波器主要由主要由諧振腔、諧振導(dǎo)體、調(diào)諧釘組成。腔體濾波器有結(jié)構(gòu)牢固、頻率覆蓋范圍、一致性好、體積小、Q值適中、可靠性高、全溫范圍內(nèi)性能穩(wěn)定可靠等特點。要滿足工作頻率上的性能參數(shù)，需要使用網(wǎng)絡(luò)分析儀對腔體濾波器進行調(diào)試，調(diào)試步驟比較復(fù)雜，由于大多數(shù)甚高頻遙控臺都建在海拔較高、交通不便的地區(qū)，當需要修改甚高頻信道的工作頻率時，要到本地重新調(diào)試腔體濾波器的工作頻率和參數(shù)，給維護人員帶來了諸多不便。另外，一些較強的干擾信號也會通過腔體濾波器進入收發(fā)信機中，對有用信號造成干擾。

3 超導(dǎo)濾波器

導(dǎo)體在超低溫【接近絕對0°K（-273℃），實際上為77°K（-196℃）】時，電阻將趨于零，稱為超導(dǎo)體。用超導(dǎo)體制作的高階濾波器可以實現(xiàn)高陡峭度的濾波特性（陡峭度>30dB/MHz）。超導(dǎo)濾波器應(yīng)用到甚高頻遙控臺接收機的輸入端，能有效地抑制各種類型的干擾，包括鄰近通帶邊緣僅1.5MHz的干擾，以降低帶內(nèi)互調(diào)干擾和底噪聲，從而提高信號傳輸質(zhì)量和容量。

超導(dǎo)濾波器是解決甚高頻遙控臺干擾的最有效方法。當導(dǎo)體溫度在-200℃時，導(dǎo)體表面電阻近似為零，利用這個特性制成的超導(dǎo)濾波器，Q值能提高很多，最大值可達10萬，而目前采用的腔體濾波器的Q值僅為超導(dǎo)濾波器的二十分之一。因此超導(dǎo)濾波器具有相當陡峭的過渡帶（峰值可達-100dB/400KHz），相當高的阻帶抑制（>60dB）和相當小的通帶插損（<0.1dB）。另外在超導(dǎo)濾波器之后配備有低噪放（LNA，增益大概為12dB），低噪放可以在超低溫條件下工作，它具有非常低的噪聲系數(shù)（<0.5dB），用低噪放作為甚高頻遙控臺接收機的射頻輸入端設(shè)備，可以完全抑制遙控臺接收機的各種干擾，提高了甚高頻接收機的靈敏度，解決了話音通信上行信號弱的瓶頸問題。而且將超導(dǎo)濾波器安裝在遙控臺主接收機和分集接收機上，不會影響分集接收抗多徑衰落的功能。

通常在有用信號通帶相鄰處產(chǎn)生較強的干擾時，現(xiàn)有遙控臺常規(guī)腔體濾波器無法抑制該干擾。該干擾信號進入遙控臺接收機后，由于遙控臺接收機輸入部分的低噪放（LNA）和混頻器產(chǎn)生的非線性互調(diào)失真，將會使互調(diào)產(chǎn)物落在接收機有用信號帶內(nèi)，對接收機形成無法濾除的干擾。輕者使帶內(nèi)底噪聲增加，信號傳輸質(zhì)量下降；重者將會使通信中斷。而采用超導(dǎo)濾波器可以將該鄰頻強干擾拒之于接收機之門外，進不到接收機的LNA和混頻器，所以可以大大降低接收機的互調(diào)干擾（如圖3所示）。

另外，由于用了低溫-200℃狀態(tài)下的低噪放（LNA），接收機的靈敏度提高了3dB，從而可以有效擴大甚高頻遙控臺的覆蓋范圍，甚高頻遙控臺覆蓋面積可以擴大45%左右，覆蓋半徑可擴大22%左右。這樣在臺站規(guī)劃時，可以減少臺站數(shù)量，降低臺站建設(shè)成本。

4 結(jié)束語

本文通過腔體濾波器和超導(dǎo)濾波器的比較，可以看出將超導(dǎo)濾波器運用于民航甚高頻地空通信系統(tǒng)是可行的，但由于超導(dǎo)濾波器生產(chǎn)成本高，價格貴，在推廣運行方面還需要深入研究，另外在以保證民航飛行安全為首要目標的空中交通管理工作中，超導(dǎo)濾波器的穩(wěn)定性還需要經(jīng)過時間的考驗，但是由于超導(dǎo)濾波器強大的抗干擾能力，配合低噪放使用可以提高接收機靈敏度，增加甚高頻遙控臺覆蓋范圍，降低建臺成本，先作小范圍的運行實驗還是可以的。

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