艦船通信系統(tǒng)的無源互調研究

　　通常，PIMI測量系統(tǒng)可以分為無輻射型和輻射型兩種類型，前者適合對非線性材料、連接器、同軸電纜、濾波器和波導器件的研究，一般置于屏蔽室內，終端加一匹配負載，理想情況下不輻射任何能量；后者適合于對輻射結構（如天線、饋線、結構部件）的研究，通常放在消音室或開放測量場地，受本地信號環(huán)境影響較大。無輻射測量系統(tǒng)又分為反射互調測試與傳輸互調測試兩類。反射互調測試的基本測試組成框圖如圖6所示。

圖6 反射無源互調測試框圖

　　測試前，應*估測試系統(tǒng)本身的自互調指標低于DUT中預期產生的互調電平至少lO dB，而對于發(fā)射功率高于43 dBm的情況，需低于DUT中預期產生的互調電平至少20 dB，才能保證測試的準確與有效。PIM測試系統(tǒng)主要由模擬信號源、大功率射頻功放、低互調頻譜儀、低互調合路器、低互調雙工器或定向耦合器、低互調大功率匹配負載、高性能功率計、PC機及測試軟件等部分組成。

　　4 降低PIMI的技術措施

　　PIMI的存在，警示在進行艦船通信系統(tǒng)設計時，不僅要兼顧傳統(tǒng)的有源互調干擾、諧波及帶外雜散所引起的性能下降，也應將PIMI納人系統(tǒng)技術設計考慮范疇，需對以往的設計方法重新進行*估。

　　4．1 系統(tǒng)設計時的考慮

　　PIMI是雙方面的，是干擾方與受擾方相互交融的結果，是一種能量沖突的權衡。干擾是外因，內因是無源非線性。正確處理內因與外因之間的關系，是降低PIMI影響的基礎。在既有通信技術體制基礎上，一是如何控制干擾源的能量、頻率、方向及發(fā)生時刻；二是增強受干擾設各的抗干擾能力?；赑IM的系統(tǒng)設計應綜合考慮PIMI值的大小與接收機前端抗干擾的能力，若接收機前端抗干擾能力強，則對PIMI的要求就會低一些，反之則需進一步控制PIMI在一個可接受的范圍內。此外，要綜合平衡系統(tǒng)內各設各、零部件的PIM指標，重點提升瓶頸設各PIM指標。對系統(tǒng)而言，孤立對某個環(huán)節(jié)提出PIM要求，而忽視其他環(huán)節(jié)，其效果將難以充分體現。

　　值得注意的是，往往單一設備性能指標均符合要求，但組成系統(tǒng)后卻發(fā)現相互共存困難，整個系統(tǒng)難以發(fā)揮最佳效能——這是系統(tǒng)設計者面臨的問題之一。單個設各指標不求新、求尖，而求合理，這個“合理”應是包含整個EMC在內的綜合考慮。例如：無線電收／發(fā)設各的發(fā)射功率與接收靈敏度就是一對矛盾，發(fā)射功率增加可以提升通信距離，但易對共址工作的接收機造成干擾；寬帶天饋系統(tǒng)可以減小艦面天線布置的壓力，卻更容易受到PIMI的干擾。在系統(tǒng)頂層設計時，應統(tǒng)一規(guī)劃，逐級分解PIM指標，使各級系統(tǒng)、各層設各共同承擔PIM帶來的壓力，而不應只在系統(tǒng)組成之后再來檢測、發(fā)現已組成系統(tǒng)存在的干擾問題，這樣的代價可能是難以接受的。

　　此外，從技術管理角度出發(fā)，合理設置各設備工作頻率，保證絕大多數無源三階互調頻率不落在其他正在工作接收機的工作頻率點或其毗鄰范圍，這是規(guī)避干擾的一種辦法。

　　4．2 設備研制前的考慮

　　在做好設備指標分配的基礎上，重視材料選擇、接觸設計、界面選擇、內部連接、電纜夾緊裝置和電鍍等六個方面的設計，以達到預防PIM影響的目的。在射頻傳輸通路中，應注意盡量采用低無源互調射頻元器件及零部件，避免使用鐵質材料；所有射頻元器件設計，要留有足夠功率余量；射頻連接件應使用相同材質及相同處理工藝；電鍍所有的表面，防止氧化；確保電鍍的均勻以及足夠的厚度。

　　4．3 工程設計與施工中的考慮

　　工程設計與施工中主要應注意1.1節(jié)中提到的“工藝非線性”和“接觸非線性”對PIM的影響，以期達到降低PIM影響的要求。注重射頻電纜／波導與連接器的裝配工藝；射頻連接時，避免不同材料間的直接接觸；盡量焊接所有的結點，使接觸連接結點的數量最少化；施工中所有的接觸連接結點必須是精確的，并且在足夠的壓力下還能維持良好的電氣連接；在機械加工、裝配、運輸和安裝過程中注意使產品保持足夠的表面光潔度，避免污染,不受損傷。

　　4.4技術更新是降低PIM影響的有效途徑

　　縱觀艦船通信系統(tǒng)現狀，PIM客觀存在，制約著系統(tǒng)性能的進一步提升。這既有基礎元器件發(fā)展參差不一的原因，更存在著技術體制制約的因素。尋求技術更新是艦船通信系統(tǒng)設計的發(fā)展方向。

　?。?）射頻綜合是降低PIMI的有效途徑

　　艦船射頻綜合是綜合運用聯合孔徑、結構設計、平面陣天線、材料、系統(tǒng)集成等技術，把原本分立的多副天線與艦上層建筑共外形于一體，以最優(yōu)的艦上層建筑傾角、外形、陣群布置和材料應用來實現隱身。此外，還能部分消除天線與天線、天線與上層建筑間的電磁散射耦合效應，減低PIM，特別是輻射互調造成的壓力，提升曳磁空間兼容性能。

　?。?）碼分多址是值得考慮的技術體制

　　碼分多址（CDMA）可大幅提高頻率利用率，進而有效減低PIMI發(fā)生概率。目前，CDMA在民用移動通信領域已得以具體運用，但鑒于國內對其核心技術的掌握程度還欠完善，尚未在海軍通信領域得到實質性的推廣。盡管還存在一些不足，但CDMA對于減低PIM［發(fā)生幾率的潛在優(yōu)勢，應是系統(tǒng)設計者值得考慮的技術體制之一。

　?。?）射頻光傳輸是跨越EMC瓶頸的發(fā)展方向

　　信息技術在20世紀取得了巨大發(fā)展，其主要基礎是微電子技術和以此為支撐的電子計算機和網絡三大技術，因而人們常稱其為“電子信息技術（IT）”。隨著需求的不斷增長，BIT在速率和電磁兼容性兩方面的壓力倍增。在信息傳輸領域，光傳輸局部替代電傳輸的初步成功使得人們逐漸注意到了光子技術在信息領域的潛在優(yōu)勢。因此，人們有理由相信．未來在艦船通信領域，嘗試將射頻前端集成于天線根部，使射頻小信號以光信號的形式傳輸，這需要全光局部總線、超高速光傳輸及全天候射頻前端等新技術的誕生，相應的PIM］也不再復雜，反射互調與傳輸互調干擾將趨于微小，業(yè)界只需專注于輻射互調了。如果再輔以對輻射互調靈敏的“射頻綜合”技術，那么，跨越射頻EMC瓶頸就不再是夢想。

　　5結語

　　在簡要闡述PIM產生機理的基礎上，分析了艦載超短波通信系統(tǒng)的PIM現狀，從系統(tǒng)設計的角度出發(fā)，介紹了減小及規(guī)避PIMI的一些方法，并給出了作者在實際工作中的一點體會。隨著仿真技術的發(fā)展，PIM建模技術將逐漸趨于成熟，這更有助于系統(tǒng)工程師預知系統(tǒng)設計性能，控制技術風險，進一步降低PIMI對通信系統(tǒng)性能的影響。相信在不久的將來，涉及艦船通信體制的無源互調相關技術規(guī)范將逐步完善，密集電磁環(huán)境下的無源互調干擾會進一步得到有效控制。