艦船通信系統(tǒng)的無源互調(diào)研究

　　水面艦船的通信、導(dǎo)航、雷達(dá)、對(duì)抗、識(shí)別等系統(tǒng)的射頻部分自成系統(tǒng)，而艦船通信系統(tǒng)內(nèi)部”衛(wèi)星通信、超短波通信、短波通信、對(duì)空導(dǎo)航通信等分系統(tǒng)的射頻系統(tǒng)也相對(duì)獨(dú)立，各自產(chǎn)生的無源互調(diào)不僅對(duì)分系統(tǒng)內(nèi)部，更主要是對(duì)其他分系統(tǒng)，甚至其他系統(tǒng)的無線接收設(shè)各產(chǎn)生干擾，是艦船通信系統(tǒng)EMC設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮的對(duì)象。這里的分析不針對(duì)運(yùn)用聯(lián)合孔徑與面陣天線等技術(shù)集成后的射頻綜合系統(tǒng)或集成電子桅桿。

　　2．1 無源互調(diào)現(xiàn)狀

　　艦載通信系統(tǒng)中的射頻天饋系統(tǒng)、射頻多路耦合器、電纜／波導(dǎo)組件等是產(chǎn)生PIM的主要部位。此外，外部環(huán)境中的支撐結(jié)構(gòu)、天線塔器件以及附近的任何金屬物體也會(huì)對(duì)PIM有影響。

　　2.1.1 天饋系統(tǒng)

　　天饋系統(tǒng)包括天線、射頻電纜、安裝座及支架等。目前其反射互調(diào)PIM3值一般在－120 dBc左右，設(shè)計(jì)制作良好者可達(dá)－130 dBc以下，其輻射互調(diào)尚難以精確測(cè)試。

　　寬帶收信天線：被動(dòng)接收本地其他天線輻射的大信號(hào)，而在自身內(nèi)部產(chǎn)生PIMI，進(jìn)而影響后端接收機(jī)的正常工作。

　　寬帶發(fā)信天線：多個(gè)載波信號(hào)通過其非線性產(chǎn)生互調(diào)分量，天線將其輻射出去后對(duì)本地其他接收機(jī)產(chǎn)生PIMI干擾。

　　寬帶收發(fā)天線：寬帶收發(fā)天線的PIM影響最為嚴(yán)重，是設(shè)計(jì)者考慮的主要對(duì)象。

　　2．1．2 多路耦合器

　　多路耦合器亦稱合路器：艦船通信系統(tǒng)使用的有收信多路耦合器、發(fā)信多路耦合器及收發(fā)多路耦合器。對(duì)于V／UHF收發(fā)多路耦合器，其PIM3值在－ 95～－113 dBc之間，采用高端元器件者可達(dá)－123 dBc。

　　發(fā)信多路耦合器：多個(gè)載波信號(hào)通過其非線性產(chǎn)生傳輸互調(diào)，再經(jīng)射頻電纜與天線輻射出去后對(duì)本地接收機(jī)產(chǎn)生PIMI干擾。

　　收發(fā)多路耦合器：既有傳輸互調(diào)，也存在反射互調(diào)，其傳輸互調(diào)分量通過天線輻射出去影響本地接收；其發(fā)射互調(diào)分量對(duì)同一多路耦合器下其他電臺(tái)的接收形成PIMI。收發(fā)多路耦合器是PIM研究考慮的重點(diǎn)。

　　收信多路耦合器：因它的有用輸人信號(hào)較小，一般對(duì)其PIM指標(biāo)未作嚴(yán)格考核，但當(dāng)本地干擾信號(hào)較大時(shí)，亦不能忽視。

　　2．1．3 電纜與波導(dǎo)組件

　　射頻電纜／波導(dǎo)組件由電纜／波導(dǎo)、插頭及附件（緊固件、水密件）等組成，由于其材料結(jié)構(gòu)、加工工藝等存在不足，不同程度存在非線性。此外，電纜／波導(dǎo)組件與設(shè)各上插座的連接部位也可能產(chǎn)生PIM分量，這取決于插座與插頭材料的異同及連接的緊密程度。對(duì)于未提出PIM要求的艦船通信射頻電纜組件，測(cè)試其PIM3值一般在－OR dBc左右，差者甚至劣于－80 dBc。目前國內(nèi)專業(yè)廠商已能制作優(yōu)于－145 dBc的電纜組件。

　　2．2 無源互調(diào)分析

　　現(xiàn)以某艦船對(duì)空超短波通信子系統(tǒng)為例，分析PIM及其對(duì)系統(tǒng)性能的影響。該超短波通信子系統(tǒng)設(shè)各組成框圖如圖3所示。在系統(tǒng)方案論證中，主要針對(duì)寬帶噪聲、諧波、阻塞以及多徑干擾所引起EMC開展了分析，這里就PIM對(duì)性能影響進(jìn)行分析。

圖3 某型艦對(duì)空超短波通信子系統(tǒng)組成框圖

　　圖4為PIMI基本測(cè)試框圖。圖中，3部電臺(tái)A、電臺(tái)B和電臺(tái)C同時(shí)發(fā)射會(huì)產(chǎn)生6個(gè)三階互調(diào)頻率fjT12,fjT21,fjT13,fjT31,fjT23和f1T32，其分布如圖5所示，即：

圖4 PIMI測(cè)試框圖

圖5 信號(hào)與PIM3干擾之頻譜分布圖

　　電臺(tái)A和電臺(tái)B同時(shí)發(fā)射所產(chǎn)生的兩個(gè)三階互調(diào)頻率fjT12和fjT21；fjT12＝2f1-f2；fjT21＝2f2一f1；

　　電臺(tái)A和電臺(tái)C同時(shí)發(fā)射所產(chǎn)生的兩個(gè)三階互調(diào)頻率fjT13和fjT31; fjT13＝2f1-f3；fjT31＝2f3一f1；

　　電臺(tái)B和電臺(tái)C同時(shí)發(fā)射所產(chǎn)生的兩個(gè)三階互調(diào)頻率fjT23和f1T32; fjT23＝2f2-f3；f1T32＝2f3一f2。

　　當(dāng)三部電臺(tái)發(fā)射功率均為60 W，在UHF頻段測(cè)試所得的PIM3量值見表1。

表1 PIM3測(cè)試數(shù)據(jù)表

　　一般情況下，這6個(gè)三階互調(diào)頻率中，有些可能會(huì)落在VHF所在的108～174 MHz與UHF所在的225～400 MHz之外，形成對(duì)其他頻段的干擾，而落在本頻段內(nèi)的就對(duì)本頻段產(chǎn)生干擾。

　　測(cè)試發(fā)現(xiàn)：

　?。?）一個(gè)三階無源互調(diào)頻率點(diǎn)，不僅使得電臺(tái)不能

　　在該頻率點(diǎn)接收，還影響以該頻點(diǎn)作為中｀b的一段頻帶內(nèi)的電臺(tái)正常接收；

　?。?）VHF頻段發(fā)信所產(chǎn)生的PIM3會(huì)導(dǎo)致UHF頻段接收機(jī)的接收異常，反之亦然；

　?。?）PIM5同樣存在，大功率對(duì)空超短波電臺(tái)所產(chǎn)生的無源五階互調(diào)分量對(duì)工作在VHF頻段低端30～88 MHz的對(duì)海超短波電臺(tái)存在干擾；

　?。?）當(dāng)干擾以跳頻模式發(fā)射時(shí)，所產(chǎn)生的PIMI是時(shí)間上斷續(xù)的一個(gè)頻帶，對(duì)話音通信不會(huì)造成徹底阻塞，但會(huì)引起背景噪聲，而對(duì)數(shù)據(jù)通信則可能導(dǎo)致誤碼率升高；

　?。?）多電臺(tái)同時(shí)以跳頻模式發(fā)射時(shí)，所產(chǎn)生的PIMI頻帶很寬，規(guī)避接收與精確測(cè)試均困難；

　?。?）測(cè)試過程中，沒有觀測(cè)到偶階無源互調(diào)分量，或者偶階無源互調(diào)分量的幅度已超出測(cè)試儀器的精度。