基于Python的互调干扰计算及台站规划

摘 要 近年来，随着民航的高速发展，飞行航班量的大幅增长，无论是在区调还是进近都需要划分更多的扇区来进行管制工作。扇区的增多伴随而来的便是所使用的甚高频（VHF）频率越来越多，民航甚高频频段的频点资源已经越来越紧张。为满足日益增长的频率需求，目前新建的甚高频台站中不乏24信道以上的建设，如何合理设置公用同一根天线的频率，避免互调干扰已经成为甚高频台站建设任务中的一项重点。文章通过介绍互调干扰及其种类和影响，进而以24信道台站建设为例，通过Python计算互调干扰产物，分析如何在建设初期通过合理的台站规划避免互调干扰。

关键词 甚高频；无线电干扰；互调干扰；台站规划；Python

中图分类号 TN92 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）216-0119-02

无线电干扰通常指的是在无线电信号发射、辐射或相互感应过程中，所产生的附加无用信号产物，由于无线电通信系统无法区别有用信号与干扰信号，干扰信号将与有用信号一同进入无线电通信系统的发射端或者接收端从而产生影响。无线电干扰可以使得接收机接收到的有用信号质量下降，导致无线电通信质量恶化，严重的甚至会造成通信断续或中断，在民航空管行业通信中断将导致不可预估的后果。

通常，将无线电干扰分为以下七大类：邻道干扰、同信道干扰、互调干扰、杂散辐射干扰、带外干扰、阻塞干扰和其他非无线电设备干扰。而在这其中，互调干扰是无线电甚高频通信中最严重且最常发生的干扰之一。

1 互调干扰

互调干扰来源于传输信道中的非线性电路作用，当两个或两个以上频率不同的信号同时进入到系统发射机天线或者接收机的输入端时，由于系统中非线性器件（如）的作用，在产生的众多谐波和组合频率分量中接近有用信号频率的干扰分量，由于系统对靠近有用信号的频率分量不会有太大的衰减，所以这部分信号将与有用信号一同进入接收机中，经过系统中频处理，从而产生干扰，这种干扰方式称为互调干扰。其实，由于产生的互调干扰的阶数越高，干扰的信号强度逐步减弱，因此分析系统是否存在互调干扰时，一般不考虑更高阶的互调干扰，主要考虑三阶互调的情况。

三阶互调是指两个或多个信号同时进入一个无线通信系统中，但由于系统中的非线性电路作用，使其中一个信号的二次谐波与另一个信号混频后刚好落在了有用信号的频点上，从而对有用信号产生干扰。例如，f1的二次谐波是2f1，f1与f2由于非线性作用产生了寄生信号2f1-f2。2f1为二次谐波（二阶信号），f2为基波信号（一阶信号），所以2f1-f2被称为三阶信号，若有用信号f0=2f1-f2或与这个三阶信号接近，则2f1-f2称为三阶互调信号。当同一线性系统中有三个信号f1、f2、f3存在时，除了产生上述三阶互调外，还将产生三阶互调f0=f1+f2-f3、f0=f2+f3-f1、f0=f1+f3-f2。

2 互调干扰的种类及影响

互调干扰的存在會使管制员可以直接在接收频率中听到干扰信号的信息内容；或者信号在通过检波器的检波后，产生刺耳的音频啸叫声。目前民航甚高频的专用频段为118MHz～136.975MHz，而调频广播电台频段刚好在88MHz～108MHz，与民航频段接近，所以多个广播电台的频率信号所产生的互调产物落入民航频段内而产生互调干扰的现象时有发生，这种情况已经严重影响到了民航的飞行安全。互调干扰已经成为民航甚高频使用中的一种常见且危害性极大的干扰。互调干扰分为以下三类：发射机互调干扰、接收机互调干扰以及外部因素互调干扰。

2.1 发射机互调干扰

由于其他信道的发射信号或射频共用器件将信号耦合入有用信号的发射机末级与本机，在有用信号发射机的末级功放电路（发射机的末级功放通常工作在非线性状态）的作用下，在调制作用下产生新频率分量，该信号与有用信号一同经天线被发射，从而造成干扰。这种在由于发射机非线性产生的干扰被称为发射机互调干扰。

避免发射机互调干扰通常采用以下方法：

1）增大同一站点发射机间的耦合损耗，例如：增大发射天线间水平、垂直隔离度，尽量分开架设天线；增加各频率间隔离度，在发射机后端接入带通滤波器，加大对边带信号的衰减；馈线合理布设，尽量避免馈线相互靠近影响。

2）提高发射机末级功率放大器件性能。

3）由于多频率站点不可避免会出现共同天线的情况，所以要在各个发射机与天线之间加入单向隔离器，对逆向信号进行隔离衰减。

2.2 接收机互调干扰

在接收机的前端电路中，若两个或两个以上干扰信号同时进入接收机的输入端时，由于高频放大器和变频器等器件本身的非线性作用，使干扰信号间产生混频，当混频后的频率与有用信号频率相近时，混频干扰信号会与有用信号一同落入接收机的接收频带内，从而进入接收机中频放大系统中形成接收机互调干扰。

为避免接收机互调干扰一般要求采用具有平方律的高频放大器和混频器，使接收机具备良好的选择性，从源头降低强干扰进入高频放大器的可能性。同时，也可以在接收机的接收链路中增加衰减器，从而减少互调干扰。

2.3 外部因素互调干扰

在发射链路中，由于天线、馈线接头和其他连接处的接触不良，或者是异种金属的接触部分所引起非线性的原因，将在强射频电场中起检波作用，从而产生互调干扰，这种由外部因素引起互调干扰通常称为外部因素互调干扰。这种互调干扰的情况比较复杂，会随气温、日照和温湿度等情况无规律变化，较难分析，所以在日常工作中对于接口、天线等部件的检查也是不可忽视的。

3 基于Python的互调干扰计算

目前，民航甚高频系统大多使用共用天线系统，发射与接收天线分开的模式，每根天线上有4个频率，各个发射天线间需满足一定的水平和垂直隔离度。所以，在天线间满足隔离度条件的情况下，三阶互调主要来自于共用同一根天线的4个频率的相互影响。如发射部分，采用四信道共用一根发射天线的方式，同时如合路器等器件也进行共用，所以发射时，共用天线的四个信道会因为合路器隔离度不够的问题导致信号耦合返回发射机末级，产生发射机互调干扰。而对于其他没有共用一根天线的频率间则应该考虑接收机互调干扰的情况。

由于民航频率不断增多，台站建设成本也相对较高，所以现在新建的台站多考虑配置尽量多的信道，以保证日益增加的频率需求。目前福建地区，已配置的最多频率的台站为24信道，在该台站的建设过程中，如何防止24信道间的互调干扰，如何进行频率配置成为工作的重中之重。

首先，先进行需要配置的24个频率的三阶互调计算。通常，在计算较少频率的互调干扰时，采用的是列表的方式。但随着频率的增加，表数据量越来越大，表生成后还需人工对互调产物进行比对计算，工作量及计算出错率也随之提高。Python语言具有强大的数据库，可以轻松调用如C或C++等语言的模块，是近期最流行的语言之一。使用Python，通过输入需要计算的三阶互调关系，三阶互调有2f1-f2或f1+f2-f3两种情况，同时可通过变量方式根据各系统隔离度不同设置对系统有影响的互调干扰产物进行输出显示（本文考虑为24个频点±50kHz范围内）。

其次，若随着频率的增多，不得不考虑同一台站继续增加频率时，在共用天线系统台站规划时，则需要综合考虑所设置频率的作用。如同一扇区主备频率是否有存在三阶互调情况，但由于这两个频率不会同时使用，可以酌情进行配置。

4 结论

随着民航业的不断发展，频率之间的间隔也逐渐由25kHz向8.33kHz迈进。频点的增加和频率间隔的缩小不可避免地会使互调干扰的情况出现的可能性增加。所以了解台站频率分布，科学合理地进行台站规划和频率配置，通过计算尽量避免设台时互调干扰的形成，可以方便日后的干扰排查工作，也能保证管制员所使用的民航频率的多信道甚高频通信系统的安全稳定运行。

参考文献

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[2]苟彦新.无线电抗干扰通信原理及应用[M].西安：电子科技大学出版社，2005.

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[4]田伟，吴亚锋.甚高频通信互调干扰分析及编程简介[J].空中交通管理，2006（6）：16-18.

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