通信互调干扰

通信互调干扰（精选7篇）

通信互调干扰 篇1

0 前言

民航事业的快速发展对无线电通信的质量提出了越来越高的要求。一旦管制通信因无线电干扰发生断续、中断、失效等现象, 极易酿成飞行事故。高频通信设备现仍然在使用, 在民航飞行中仍起着一定的作用, 无线电互调干扰现象依然存在, 同时也给航空无线电通信管制任务造成了困扰和不便。因此, 解决和预防高频互调干扰等无线干扰问题成为时下航空空中管制高频通信系统面临的一大问题。

1 互调干扰的产生及分类

无线电通信过程中, 接收机往往会接受到两个或多个干扰信号, 如果这多个干扰的组合频率接近有用信号频率, 那么干扰信号则会无阻碍地通过接收机端, 并对通信信号产生一定的干扰, 这种现象称为互调干扰。无线电通信干扰一般可分为7种主要形式。但互调干扰可以说是其中最为常见和严重的干扰, 其主要发生于变频电路或高频率放大电路。

按产生的途径可将互调干扰分为三种主要类型。即发射机的互调干扰、接收机的互调干扰和外部效应产生的互调。首先, 当信号侵入发射机时, 发射机末端上功率放大器由于非线性作用, 导致干扰信号和有用信号之间产生相互调制, 形成更强的干扰, 这种干扰将其定义为发射机的互调干扰。其次, 接收机同时接收进入互相调制状态的多个通信信号, 因其上的高频率增益设备和混频装置的非线性频率变换作用, 使多个无线电信号发生相互调制形成干扰, 定义为接收机的互调干扰。最后一种是外在效应产生的互调干扰, 多因诸如高频率滤波装置、电路元器件发生接触故障。这导致电磁场的发出信号发生互相调制, 产生干扰。但这种互调干扰现象发生概率相对较小, 实际操作中尽量排除插接部位的接触不良故障便可以有效避免其发生。故主要讨论分析前两种常见互调干扰现象。多信道共用一副天线振子的现象在民航高频共用天线系统较为常见, 但往往导致发射机互调干扰。这是由于缺乏足够的合路器系统隔离度, 相邻信道的信号发生相互耦合并发射回发射机的末级, 产生干扰作用。相反的, 如果共用天线设备中未共用一副天线起振子, 那么多信道间的互调干扰取决于接收机互调。

2 互调干扰的危害

互调干扰一直是民航通信系统的一大难题。互调干扰往往会造成无线电通信信号失真, 进一步发生通讯中断、通讯失效等通信故障, 使飞行人员与空中交通管制人员无法正常通信或失去联络, 从而发生飞行事故。

2.1 对发射机的危害

正常情况下, 调试后的发信机的工作频率会被设置成输出电路最佳的谐振状态。此刻, 电流大小则处于最小值功耗最小。一旦受到互调干扰, 电路工作发生紊乱, 元器件持续发热厉害, 发信机更易发生破坏性故障。

2.2 降低有效功率

发射功率并不只是单纯的有效主频功率, 而是全部频谱能量的总积分。其包含有效主频功率和互调产物功率两大部分。也就是说, 无用的互调产物功率越大, 总功率的负担和消耗越大, 而发射机的效率必定更低。

2.3 扰乱空间电磁波秩序

互调干扰极易导致空间电磁波秩序紊乱现象。一台发射机产生的互调干扰会与其它发射机发生二次互调, 产生一种新的互调产物。而这种新的互调产物又可与第三台其它发射机发生新的互调。经过多次的互相调制作用, 产生大规模的无序频谱能量即背景噪声, 发生空间电磁波秩序紊乱。

3 互调干扰的应对措施

我们主要从高频互调干扰形成的三大要素 (即非线性电路、干扰信号进入非线性电路、互调分量的频率接近接收机信号频率) 着手, 采取以下方法措施应对高频互调干扰。

3.1 减弱发射机互调干扰应采取的措施

前文已经提到, 当信号侵入发射机时, 发射机末端上功率放大器由于非线性作用, 导致干扰信号和有用信号之间产生相互调制, 形成发射机互调干扰。故可从发射机端着手改善互调干扰。一是技术改良发射机的末级功放性能, 增强线性动态范围。二是重现调整天线馈线和发射机规格, 进行匹配。三是因三阶互调的严重性, 尽可能避用三阶的频率组。最后, 在民航的高频通信发射装置的尾部插上单向隔绝设备等隔离组件和设备, 屏蔽外界的干扰信号。

3.2 减少接收机互调干扰应采取的措施

接收机高频互调干扰亦会极大损害通信系统。首先, 在设计通信系统时选择多级的调谐电路回路, 降低高频率放大系统周围的干扰强度。第二, 选择通过更高性能的器件, 尽可能降低接收机的射频非线性, 调整接收机的互调参数。第三, 在设计时, 将信号衰减器嵌入接收机的前端, 削弱互调干扰现象。

3.3 减少无源互调干扰应采取的措施

尽量排除插接部位的接触不良故障便可以有效避免无源互调干扰现象的发生。例如检修当发射机上高频滤波器、天线馈线等插接件的接触情况, 检测发射机天线螺栓有无发生锈蚀现象, 进行适当的防锈工艺。

4 总结

高频互调干扰等无线电干扰给民航地空通信的通信质量和飞行的可靠性带来的危害极其严重的。一旦航线途中因无线电干扰发生通信故障, 飞机和地面管制中心失去联络, 轻则出现航道方向偏差, 重则酿成飞行事故。今年来发生的多起飞行通行故障已给我们敲响了警钟。运用科学合理的应对措施和方法, 牢牢将高频互调干扰的影响削弱到可控制范围内, 确保高频多信道通信系统的稳定运行, 保障航空飞行安全。

参考文献

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通信互调干扰 篇2

1 互调干扰的分类

在无线电干扰当中, 主要分为同信道干扰、信道干扰、带外干扰、阻塞干扰、互调干扰等, 其中, 互调干扰又是无线电干扰当中最为严重的, 也是值得我们注意的主要干扰之一。民航通信的互调干扰主要是因为电路的非线性, 根据产生的位置差异性, 我们可以将其分为发射机互调干扰、接收机互调干扰以及外部效应引起的互调干扰。以下, 就三种类型的互调干扰进行了具体阐述。

1.1 发射机互调干扰

由于RF共享器件以及其余信道的发射信号被融合到了发射机的末机和本机之中, 在功放电路当中, 由于相互的调制, 发射信号就会产生出新的频率组合, 随着有用的信号一起发射出去, 这样就会对接收机产生一定的干扰, 这一类型的干扰就称之为发射机互调干扰。

1.2 接收机互调干扰

在接收机的前端电路当中, 接收机被两个偏离了接受频率的干扰信号同一时间侵入, 由于变频器的非线性以及高频放大器的非线性, 在调制的时候就会产生互调频率, 而互调频率落入到了接收机频带之中, 我们就将这样的干扰称之为接收机互调干扰。

1.3 外部效应引起的互调干扰

由于馈线接头、天线以及其余节点本身接触不良, 或者是因为异种金属的接触部分所引起的非线性原因, 在强射频电场中就会出现检波作用, 那么在发射机发射端传输电路就有互调干扰的存在。这一类干扰称之为外部效应互调干扰。但是这一类干扰本身所具备的复杂性, 随着气候变化、天气变化、干燥、潮湿、白天或者是黑夜, 其干扰程度都会有所变化, 甚至是上午和下午的干扰程度都会有所差异。

2 确保民航通信安全的互调干扰应对措施

为了降低互调干扰, 确保民航通信整体的安全性, 就应该针对上述互调干扰分类当中所提到的互调干扰类型, 采取针对性的措施, 将其互调干扰的问题加以改善。

2.1 采取措施减弱发射机互调干扰

当发射机被信号侵入的时候, 由于非线性作用, 发射机末端上的功率放大器就会让有用信号与干扰信号之间产生相互的调制, 为了改善这一问题, 就可以从发射机入手, 来进行针对性的改善。 (1) 将发射机末级功放的性能进行技术改良, 增加线性的动态范围; (2) 将发射机规格以及天线馈线规格做好重新的调整, 进行相互的匹配; (3) 由于三阶互调的严重性, 就应该做好三阶频率组的尽可能避用; (4) 可以单向隔绝设备等阻离组件以及设备插在民航高频通信发射装置的尾部, 这样也可以将外界的干扰信号加以屏蔽。

2.2 采取措施减少接收机互调干扰

通信系统因为接收机高频互调干扰会受到极大的损害, 为了避免通信系统受损, 就需要做到:第一, 在通信系统的设计环节, 尽可能地选择多级的调谐电路回路, 将高频率放大系统周围的干扰强度降低;第二, 在器件的选择上, 尽可能选择拥有高性能的器件, 将接收机射频非线性降低, 做好接收机互调参数的调整;第三, 在设计当中, 在接收机的前端需要嵌入信号衰减器, 这样才能进一步削弱互调干扰。

2.3 采取措施减少无源互调干扰

为了避免无源互调干扰现象的出现, 应该将插接部位接触不良故障的情况排除。比如:在对发射机上的天线馈线、高频滤波器等插接件的接触情况进行检修的时候, 就应该确认其天线螺栓是否出现了锈蚀的情况, 并且还应该做好适当地防锈处理。

2.4 关闭干扰源

随着现代社会的不断发展, 周边产生的电磁环境也变得日益复杂, 在监测无线电的时候, 偶尔也会听到电台的干扰信号。通过分析测向定位以及监听两种手段, 就可以将干扰源查找出来, 将非法电台关闭, 这样也有利于互调干扰的降低, 确保整体的安全不受到干扰源的影响。

3 结语

通信互调干扰 篇3

1 无源互调的定义

当两个频率接近的大功率信号f1、f2同时进入被测器件时, 由于器件的非线性, 会产生F1与F2的互调信号产物:fIM=mf1±nf2, 式中:m, n是自然数, m+n是PIM的阶数。

当m+n=2时, 互调产物称为二阶互调;偶数阶次互调一般不会落在本系统的接收频率范围, 不会对本系统造成干扰

当m+n=3时, 互调产物称为三阶互调, 当m+n=5时, 称为五阶互调;当m+n=7时, 称为七阶互调。一般三阶互调2f1-f2, 五阶互调3f1-2f2, 七阶互调4f1-3f2对系统的影响较大, 因为这些互调产物会落入本系统的接收频率范围。如果互调信号较大, 就会对接收系统造成影响, 其分布如下图所示:

2 无源互调干扰危害的产生原因

2.1 互调干扰的特点和表现

射频干扰可分为上行干扰与下行干扰。下行信号功率大受干扰程度较小。因此上行干扰的危害比下行干扰更严重。上行干扰的后果是造成基站覆盖率的降低、通话质量下降:接通率下降、掉话率增加、切换成功率下降、用户感知较差。因此消除上行干扰是网络优化的一个重要任务。

无源互调干扰是有两个以上大功率下行载频信号通过无源部件时, 由于非线性因素, 产生额外的互调产物 (干扰信号) , 当互调产物落入上行频段, 且功率较大, 就会对系统造成影响, 影响覆盖和通话质量。产生的主要原因是部件质量差、部件老化、连接不可靠、自然因素等。还有部分是在基站天馈、室内分布系统前级选用非低互调产品。

互调干扰的特点:载波功率增大, 互调干扰幅度迅速增大。载波数的增多, 互调干扰的概率迅速增大。

无源互调的干扰有三种情况:

1) 系统下行信号产生的无源互调对本系统上行造成干扰。如GSM25M产生的PIM3、PIM5对本系统的干扰;GSM19M (中国移动) 产生的PIM5对本系统的干扰。

2) 一个系统下行信号产生的无源互调对另外的系统上行造成干扰。在两个基站距离很近或室内分布中进行POI合路时干扰比较明显。比如CDMA10M系统产生的5th互调产物会干扰GSM上行, CD-MA10M系统产生的2rd互调产物会干扰DCS上行。

3) 两个或两个以上系统的下行信号相互作用产生的互调产物干扰上行。在室内分布系统的前级比较明显:

例1:CDMA、GSM产生的互调干扰CDMA:

例2:CDMA、GSM产生的互调干扰GSM:

例3:CDMA、GSM与WCDMA产生的互调干扰TD-SCDMA

2.2 无源互调干扰的成因

移动通信网天馈系统包括天线和馈线两部分;天线既可以辐射又可以接收无线电波, 发射时, 把高频电流转换为电磁波;接收时把电磁波转换为高频电流。馈线则是无线收发信机与天线之间的传输介质。

下面我们从天线结构和性能参数方面分析现网天线互调干扰的产生原因。

天线主要由振子、馈电网络、外罩三大部分组成。振子设计分为铸造成型阵子、冲压组合振子和微带贴片振子三种, 铸造成型阵子品质最好。馈电网络设计主要有同轴电缆、PCB微带线和空气板线三种, 同轴电缆品质最佳。天线外罩材料选取主要有玻璃钢和PVC两类, 玻璃钢外罩为优选。

天线性能参数分为电路参数和辐射参数。电路参数是天线硬件本身的能力, 主要有:3/5/7阶互调特性、驻波比和隔离度, 它们是天线高效率辐射的保证。辐射参数是天线高质量辐射9的体现, 其中增益、半功率角和下倾角精度用于衡量是否满足覆盖要求;前后比、上第一副瓣抑制比和±60度/轴向交叉极化比用于衡量改善通信质量。

由于设备集采的原因, 天馈设备生产厂家用有竞争力的低价获得合同, 在后期生产中降低了材料质量和工艺标准, 导致天线的电路参数:互调特性下降明显。

不同天线设计方案决定了材料质量及相应的工艺标准, 优选方案工艺特点保证了天线的高可靠性。

优选方案的选材为锌合金、同轴电缆, 工艺采用压铸、电镀、焊接:关键器件一体化压铸成型, 结构稳定精度高;采用铜、锡电镀抗腐蚀;人工与自动焊接保证稳定性。同时造价比较高, 关键指标均达标的使用年限在10年及10年以上。

非优选方案的选材为铝板及铝制板线、同轴电缆, 工艺采用冲压、折弯、拼装:铝板冲压成型后多部件组装而成, 结构稳定性下降;折弯时空气板线与反射板间距无法准确控制, 导致整体性能下降;无电镀工艺易腐蚀。以天线振子表面是否电镀处理为例, 试验前电镀和未电镀天线电路参数均达标, 通过不同年限的等效老化试验进行指标对比分析可以看出:未电镀天线等效使用3年后互调指标恶化严重;电镀处理天线等效使用10年后指标稳定。对隔离度、驻波比影响不大。据此得出结论:工艺对天线互调性能影响最大, 尤其是天线在网使用3年左右尤为明显。

同时部分天馈系统在网时间超过设计使用寿命10年以上, 陆续出现互调性能不满足正常工作要求。

网络覆盖最终是通过天线来实现的, 因此网络覆盖质量、干扰控制等都很大程度上依赖于天馈系统系统优化是否到位。天馈系统的优化是GSM&WCDMA等移动通信系统优化的基础。

3 无源互调危害的消除措施

针对现网天线互调性能不能满足实际使用要求的现状, 重点从两方面开展工作:一是保证入网天线质量, 二是启动天馈专项优化工作定位现网问题天线, 进行替换改造。

3.1 保证入网天线质量

提高新入网天线质量, 主要采取如下措施:

3.1.1 网络规划阶段:明确对天线设计方案、选材、工艺的具体要求, 制定更全面的天线入网标准。

3.1.2 采购环节:制定新购天线到货抽检和换货方案。

3.1.3 工程实施:完善天线安装及工程交接规范。

3.1.4 网络优化阶段:制定现网天线产品质量整改方案

3.2 定位现网问题天线, 进行替换改造

下面以GSM系统为例介绍如何定位疑似小区和替换。

3.2.1 通过话务统计 (STS) 筛选存在互调干扰疑似小区

在GSM系统中, BTS连续不断地测量上行链路方向的所有空闲时隙, 一般把所接收到的电平分为5个等级, 称为干扰电平带Band, 等级范围是1-5, 大于2表示存在干扰, 值越大, 说明干扰越严重。利用话务报告筛查存在上行干扰的宏站小区, 通常选取干扰电平band4>=-95dBm, band5>=-90dBm, Band4+Band5的比例占比>=30%的小区, 同时结合该小区的忙时无线接通率、切换成功率、掉话率等指标进行二次验证, 输出疑似小区列表。

3.2.2 上站测试, 先排除外部干扰和驻波 (VSWR) 告警

利用扫频仪测试干扰小区的上行干扰情况, 首先排除CDMA等外部干扰的情况;再利用SiteMaser驻波测试仪表排除驻波告警等问题。

3.2.3 使用互调仪用分段法测试

天馈系统测试前需首先闭塞小区, 断开机柜内天馈系统, 对TX/RX1, RX2主分集两个接口分别进行测试, 当排除接头等问题最终测试结果大于-80dBm时需更换天线。

3.2.4 天线更换确认

天线更换前后均需要对天线进行互调测试, 确保更换效果;更换天线完成后跟踪话务报告中的干扰变化情况。

表1是2012年7月与鼎利公司合作使用紫光便携式互调仪测试在西安联通GSM基站所做的部分站点点测试结果。

4 结束语

天线互调干扰对移动通信网络关键指标 (KPI) 的负面影响成为最近网络优化中日渐突出的问题, 只要我们知道了它的成因, 配备了必要的互调测试仪, 根据本文所述的方法和流程查看OMC上的告警信息及相关统计数据, 实地上站测试都能够定位问题点, 通过更换故障元器件解决该问题。

摘要：无源互调失真 (PIM) 是两个或更多不同频率的信号混合输入到无源器件中, 在其它频率产生幅度不同的互调产物。在移动通信网中, 无源器件包括天线、射频馈线、连接件、避雷器、滤波器、双工器、定向耦合器、射频终端负载及衰减器等。对于无源器件来说只有互调干扰。当互调信号进入接收机通道时, 会造成蜂窝网络系统容量的减少和通话质量的降低。文章讨论了无线移动通信系统中互调干扰问题产生的原因, 给出了解决问题的措施。

浅析雷达接收机的互调干扰 篇4

随着雷达接收机的通信技术的快速发展, 雷达接收机的集成度越来越高, 体积越来越小, 使用效率也大大提升。不过由于雷达技术的运用越来越广泛, 不可避免的会产生电磁波之间的相互干扰。雷达的无线电设备之间的干扰主要是互调干扰、谐波干扰以及邻道干扰, 而其中的互调干扰又是最难以解决的问题。

互调干扰产生是由于无线电设备电路的非线性造成的, 这种非线性电路会产生不可避免的会产生电磁波之间的互调干扰。其主要分为无线电接受设备的互调干扰、发送设备的互调干扰以及外部设备的互调干扰。当然由于非线性电路的不同, 互调干扰还分为三阶互调干扰以及多阶互调干扰。在实际情况下, 这些互调干扰的影响不尽相同, 不过雷达接收机的三阶互调干扰危害最大。

雷达接收机互调干扰产生的原因是在雷达的接收电路的前端同时接收到了两个或者多个具有互调关系的电磁波信号。由于这样的互调信号之间相互影响会产生诸多的干扰信号硬性雷达接收机对信号的准确判断, 同时这些互调信号会可能还会改变雷达接收到的有用信号的频率和振幅, 严重影响信号传输的质量和准确度。

既然互调信号的危害如此之大, 又该如何对其进行有效的处理呢?实际工作中首先需要对这些互调信号进行分析, 掌握其频率和振幅情况, 然后通过一定的滤波器过滤这些干扰互调信号。

1 互调信号的产生机理

当雷达接收机的接收端同时接收到了两个或者两个以上的可以互调的信号, 借助雷达接收机的非线性放大电路, 互调信号之间就会产生互调干扰效应。这些互调干扰信号产生很多是随机的, 不过信号是矢量, 其理论上在各个方向上都会存在分量, 因此只要这些随机产生的干扰信号在有用信号的方向是有分量, 那么就会改变有用信号的幅度, 带来信号的失真。

例如, 当一个非线性的信号的输入函数:

我们假设输入信号是由三个子信号组合而成, a0, a1, a2, a3, …等别是各自信号的系数, 雷达接收器晶体管的电压为:

将 (2) 带入到 (1) 式子就可以认为是将当这些非线性的信号被雷达接收机接受之后, 通过非线性放大器放大之后的情况:

显然最终会形成互调信号, 只是这样的互调信号及其复杂。不过我们可以假设w1为雷达正常接收的有用信号的角频率, 那么我们可以清楚的看到, 在第三阶互调信号的频率2w2-w3、2w3-w2、w2+w3-w1极有可能课有用频率相等, 令2w2-w3、2w3-w2、w2+w3-w1等于w1, 就可以得到非常不同组合的w3、w2, 任何一个组合就可能产生和有用频率相等的干扰信号。

2 如何有效抑制雷达接收机的互调信号

雷达的接受信号通常是高频的, 这也就是说雷达接受信号的频率特征非常明显, 因此就可以在一定程度上根据接受信号频率的不同将互调干扰信号通过滤波器过滤掉。

2.1 滤波器过滤互调干扰信号

滤波器的功能是对信号在特定频率或频段内的频率分量做加重或衰减处理 (保持有用频带、抑制无用频带) 。滤波的要求是不改变 (或同等改变) 有用频带的幅度特性和相位特性。

通常把能够通过的信号频率范围定义为通带, 而把受阻或衰减的信号频率范围称为阻带, 通带和阻带的界限频率称为截止频率。通常滤波器分为:低通滤波器电路 (LPF) , 高通滤波器电路 (HPF) , 带通滤波器电路 (BPF) , 带阻滤波器电路 (BEF) , 全通滤波器电路 (APF) 五种, 处于通带中的信号波会被无条件放行, 也不会改变波的特性, 而处于阻带内的波将被过滤掉。

这也就是说, 如果选择高通滤波器电路 (HPF) , 那么低频的干扰信号就会被滤波器自动衰减掉。我们对高通滤波器电路进行设定, 设定让高频有用信号通过的最低频率, 那么比这个频率高的新高就会顺利通过, 比这低的信号就会衰减掉, 那么通过滤波器的信号都是雷达接收器需要的高通滤波。不过由于互调干扰信号的频率也会存在高频情况, 因此通过高通滤波器电路 (HPF) 并不能完全的过滤掉互调干扰。

2.2 雷达接收器相关电路对互调干扰信号进行屏蔽

上文提到由于互调干扰信号的频率也会存在高频情况, 因此通过高通滤波器电路 (HPF) 并不能完全的过滤掉互调干扰。的确, 这也是实际工作中最让人头疼的地方, 不过没有非常好的办法加以抑制。不过对于雷达接收器, 互调干扰影响的不仅仅是接受器, 雷达设备的很多电路都会受到互调干扰信号的影响, 那么实际中, 这些对互调信号敏感的信号放大电路就会安装信号屏蔽设别, 完全的将有所有信号都拒之门外, 那么这些电路就不会受到互调信号的干扰, 此外由于有用信号对这些电路没有什么作用, 这样的电磁信号屏蔽并不会带来任何的不妥。

3 结束语

通过上文的分析, 我们可以看到通过在雷达接收机上引进高通滤波器电路 (HPF) 可以有效的减少互调干扰对于雷达接受信号的干扰, 但是依然没有办法完全消除影响, 不过接着对于雷达接收机的一些电路进行电磁屏蔽, 可以继续减少互调干扰对雷达接收机信号的影响, 最终把互调干扰的影响降到最低。

参考文献

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通信互调干扰 篇5

移动通信基站天线是手机用户用无线与基站设备连接的信息出入口,是载有各种信息的电磁波能量转换器。无源互调(Passive Inter Modulation,PIM)是移动基站天线的一个重要参数,无源互调干扰(PIMI)信号使得移动通信基站的覆盖范围减小、通信信号丢失、语音质量下降、系统容量受限等。因此我们有必要对无源互调干扰进行分析研究,做到提前预防和排除, 减少它对基站天线性能的影响。

本文主要从产品材料选择、结构设计、加工工艺方面进行分析和改善,减小无源互调的影响,以期获得低互调的天线产品。

1无源互调产生的原因

无源互调是指由无源部件的固有非线性特性引起的电磁干扰,基本的PIM现象是由电流流过非线性部件产生的,在通信系统中基本上有2种无源非线性:材料非线性和接触非线性。前者指具有非线性特性的材料,后者指具有非线性电流/ 电压行为的接触,如松动、氧化和腐蚀等金属连接,因此基站特性中无源互调的产生不仅与材料特性、涂覆材料特性、结构形式有关,还与成型工艺质量有关。

基站天线结构中有同轴电缆、射频连接器、滤波器、功分器、多种不同材质的金属零件,压铸、拉挤、机加等不同的成型工艺,天线装配过程存在的固定连接、焊接,操作环境中的灰尘、油污等,这些都有可能产生固有的非线性。

2基站天线无源互调分析及预防

在基站天线中,材料选择、结构设计的受力分布、连接紧密性、电镀工艺和零件成型工艺质量等方面对无源互调都有影响。

2.1材料对无源互调的影响及预防

材料对无源互调的影响主要有:(1)铁磁和碳纤维材料对无源互调的影响。铁磁材料(如钢铁、镍、钼等含磁性的材料)导磁率变化造成的非线性。碳纤维材料(如玻璃钢)存在非线性电阻系数。(2)两接触元件材料间的电位差过大对无源互调的影响。当两种不同金属互相接触后,逸出功较小的金属由于失去电子而增高电势,逸出功较大的金属由于增加电子而降低电势,两者之间就呈现出电位差。两种或两种以上不同电极电位的金属处于腐蚀介质内相互接触而引起的电化学腐蚀,又称接触腐蚀或双金属腐蚀。发生接触腐蚀时,电极电位较负的金属通常会加速腐蚀,而电极电位较正的金属的腐蚀则会减慢。

表1为常温下的金属标准电化学电位系列。

为防止接触腐蚀,应选择在工作环境下电极电位尽量接近的金属作为相接触的电偶对;减小较正电极电位金属的面积, 尽量使电极电位的金属表面积增大;尽量使相接触的金属电绝缘,并使介质电阻增大。

2.2结构设计对无源互调的影响及预防

2.2.1天线结构

图1为某基站天线结构示意图。天线总体安装方式为:底板与支承座、角板采用螺栓固定连接在一起,支承座又与天线罩、安装板采用螺栓固定连接在一起,形成整体结构。从电磁角度来说,支承座布置在底板背面,射频电流密度很小,对互调的影响不是主要因素,但产品互调检测时却在支承座的部位发现有较大的影响,这说明一些不规则的变形会造成电气元件的接触非线性,从而产生无源互调干扰。从图1可知,支承座是连接天线内外部结构的主要零件。下面以底板、天线罩及其组成的安装界面为对象,针对支承座的结构设计和受力分析其对无源互调的影响。

2.2.2支承座力学分析

一般支承座的结构形式如图2所示。从图2可知,支承座与天线罩侧和底板侧安装平面间的平行度取决于折弯角度的选择(折弯后回弹的补偿是否合适)和材料厚度的差异及材料的塑性。折弯机折弯一般采用单工序成型,折弯角度在±0.5° 范围内是正常的,天线罩侧安装面相对于底板侧安装面的折弯角度正常可以达到 ±1°,在天线罩侧平行度可以达到 ±0.4mm。按照此值,对支承座的天线罩一侧安装面预置相对于底板侧安装面的平行度为0.4 mm(仅考虑单方向的变化),安装界面力学分析的边界条件如图3所示,结果如图4(应力图)和图5(位移图)所示。

从图4可以看出,当对支承座天线罩侧施加一个0.4mm的预设变形量时(图3,这里仅对安装界面变形的其中一种情况进行仿真,实际情况要比这种假设复杂得多),底板上的应力将重新分布,由正常的0.077MPa变化到4.39MPa,变化程度达到2个数量级,虽然应力整体比较小,但从对应的位移图(图5) 可以看出,底板产生的变形最大有0.367mm,基本接近对支承座预设的变形量0.4mm。

2.2.3无源互调分析

一般电气类元件(振子、功分器、滤波器等)直接安装在底板上,只在底板局部造成塑性变形以满足电气连接的紧密接触的需要,除非各元件之间距离太近,一般来说,各处的塑性变形之间不会产生相互影响,但支承座处的连接紧固后,底板平台(含所有电气类元件与网络)与天线罩便形成一个系统,支承座安装不但会导致其对应安装部位的底板局部塑性变形,还有可能导致底板平台产生复杂的扭曲变形(图4、图5),这种变形会对其他处的接触质量产生影响(因为变形一定是需要释放的), 从而影响互调。以天线下端为例,因为支承座两安装平面所受作用力不共线,会形成转矩(图6),转矩的方向视作用力的特点不确定,也就是说,天线的几个支承座对底板平台产生的转矩大小、方向实际上是不一致的,底板平台将产生不规则的变形来释放这些转矩产生的影响,而这种不规则的变形造成电气元件的接触非线性,从而产生无源互调干扰。

2.2.4结构设计改善

如果仅从设计实现的角度看,支承座的结构形式具有多样性,但如果将底板平台作为一个系统进行考虑,每个元件处的接触质量就会受到系统的力学特性的作用而发生变化。互调测试时敲打天线可以发现互调有明显变化的实践是个佐证。 底板平台和天线罩之间的连接或与外部设备的连接将对底板平台进行作用,该种作用会导致底板变形,而这种变形将会使得其上各处的安装界面的接触质量重新分布。所以,我们在进行结构布局和零件设计时,应该进行系统考虑,努力从结构上消除或减弱导致底板变形的附加作用。可以采取以下改进方式:(1)尽可能消除通过支承座安装在天线宽度方向对底板产生的附加转矩作用,如果受设计空间所限,支承座处存在附加转矩时,也应尽可能将该转矩设置在天线长度方向,这样可以减弱转矩对其他安装截面接触质量的影响。(2)可以改善成型工艺。将普通折弯机折弯成型改为钣金冲压成型,安装平面之间的平行度通过折弯模保证;将折弯成型改为压铸成型;将折弯成型改为拉挤成型,安装平面间的平行度通过铝合金拉挤模具保证,必要时可以通过机加来保证,但会增加成本。

2.3螺钉紧固对无源互调的影响及预防

金属连接固定紧密性在以下方面会对无源互调稳定性产生影响:(1)金属连接不紧密,造成金属表面接触不良。(2)金属连接处有污物、因涂覆形成的“电容现象”→金属→绝缘物→ 金属连接物的存在。(3)射频连接器连接的紧固状态,连接器件之间连接不够紧密,导致信号电流不连续。

基站天线内的无源器件如移相器、滤波器、功分器等部件的腔体材料大多为锌合金或铝合金压铸件,与其配合使用的大多为M3、M4螺钉。下面从不同材料腔体滤波器采用不同大小的螺钉紧固性对无源互调稳定性的影响进行分析。

螺钉质量保证:(1)螺钉与螺纹孔的配合要求。需按GB/ T197—2003《普通螺纹公差》进行选择,如表2所示。(2)螺钉螺纹尺寸要求。用千分尺测量螺纹大径,螺纹尺寸均需满足表2的公差范围,用螺纹塞规和螺纹环规进行检测,螺钉均满足M4.0×0.70-6g要求,全部保证螺纹环规通规通、止规止。 (3)螺纹底孔要求。要严格控制螺纹底孔的大小,可以适当修改螺纹孔的选用等级;在不同材料的压铸锌合金和压铸锌合金的零件上加工螺纹,采用的加工底孔不同。M4螺纹采用3.4底孔,M3螺纹采用2.5的底孔。(4)螺钉拧入力矩控制。在不同材料上的力矩要求如表3所示。

单位:N·m

不同大小的螺钉紧固性交调数据对比:采用3种结构及2种材料的滤波器,B频单层(材料为锌合金)、K频单层(材料为锌合金)、BK双层(材料为铝合金)进行试验。数据如图7和图8所示。

从图7和图8的对比结果可知,不同结构、不同材质、不同频段的滤波器采用M4螺钉的交调稳定性优于采用M3螺钉。 因此在选用紧固件时,在保证螺钉尺寸公差、螺纹底孔尺寸、扭矩大小的同时,应选用直径大的螺钉来提高交调的稳定性。

2.4电镀对无源互调的影响及预防

(1)金属零件电镀的镀涂材料选择不合适,如镀镍、含磁性材料。(2)镀层厚度不均匀,存在未清洗干净的电镀溶液,有镀层起泡、脱落等不良现象。(3)由于肌肤效应,零件在镀银、镀铜、镀锡时最好选择镀层厚度6μm以上。(4)铜基材电镀纯锡会生长“锡须”引起微放电而产生无源互调。“锡须”的产生是由于锡与铜之间相互扩散,形成金属互化物,致使锡层内应力的速度增长,导致锡原子沿着晶体边行扩散,形成“锡须”,同时电镀后电镀层的残余应力和在高温、潮湿的环境下,都易导致 “锡须”的生长。防止“锡须”的产生有以下措施:1)采用在镀液中增加铅,如镀铅锡(液中加入3%~5%的铅)合金与有铅焊接;镀锡(铋)铈合金与有铅焊接,可延缓“锡须”的产生,但不环保。2)镀锡后再次通过表面防护,如喷、刷“三防”涂料、专用防护液(DJB-823)等,可延缓(2~3年)“锡须”的产生,但镀层厚度不均匀。3)通过消除应力,如将产品在150℃下烘烤2h退火处理;零件电镀、焊接后去应力处理后,存放在干燥、通风环境中等,可延缓“锡须”的产生。

2.5零件成型工艺质量对无源互调的影响及预防

基站天线多数的辐射单元、功分器采用压铸工艺成型,因压铸工艺本身导致零件带有如微小裂缝、缩孔、砂眼、气泡、毛刺等缺陷,引起微放电而产生无源互调,因此需提高压铸工艺的质量,减少零件中的砂眼,增加致密性。此类零件通常需要焊接,而光滑表面产生的互调产物电平低于粗糙的焊接表面, 因此需要提高压铸件表面的质量,保证表面粗糙度小于0.4μm,且表面不得有斑点、凹坑、锈蚀、碎屑等杂物,以减少成型工艺对无源互调的影响。

3结语

通信互调干扰 篇6

1 N个发射机对一个接收机的互调干扰

由于接收机内的非线性特性, 两个以上的多载波输入时可以混频, 即产生互调, 会产生新的频率分量信号, 如果这些新分量落在某载波信号的载频上或落在某载波信号的频带内, 便造成干扰, 因此可能导致接收机的性能恶化。

假设有N个输入载波频率为f1, f2, ……, fN, 若这N个发射载波频率中的两个和两个以上混频, 其互调的频率模型为:

其中m1, m2, …mN=1, 1, 2…, k=1, 2, …, Bk是第k个载波信号的带宽;表明产生的互调信号落在第k个载波信号接收机的中频带宽内, 就会形成干扰。m1+m2+……mN是互调干扰的阶数, 一般只有奇数阶的互调才满足上述不等式, 所以只要计算三阶、五阶和七阶互调。这就是频率综合中有关互调的概念。

2 N个发射机对一个接收机的互调干扰计算

对于N个发射机的发射频率为f1, f2, ……, fN信号时, 对另一个工作频率为f0, 工作带宽为B0的接收机而言也可能产生互调干扰, 其互调的频率模型为:

其中m1, m2, …mN=1, 1, 2…, k=1, 2, …, 表明N个工作频率为f1, f2…fN的发射机互调信号落在另一个频率f0的接收机的中频带宽内, 就会形成干扰。由于接收机的工作频率f0和工作带宽B0一般与发射机的工作频率没有联系, 所以互调的阶数可能是奇数阶的也可能是偶数阶的, 一般计算到七阶互调为止。

因此, 我们首先将干扰台站频率进行组合, 判断是否存在互调干扰, 再计算等效输入电平来表示互调幅度模型, 其表达式为:

其中m1, m2, …, mN是互调组合的常数;PE为等效输入功率 (d Bm) ;P1, P2, …PN是频率为f1, f2, …fN的干扰发射机对接收机而言输入端的功率 (d Bm) ;IMF是互调系数, 不同的接收机其互调系数不同。

互调干扰分析最终需要计算接收机等效输入电平, 关键是根据互调的频率模型f0-B0≤Ⅰm1f1±m2f2±…mNfNⅠ≤f0+B0, 要寻找互调组合的常数m1, m2, …, mN, 即求满足上述不等式的自然数m1, m2, …, mN, 首先计算到7阶, 作变换

7±mN可用nN代表, 其中N=14, 经过这一变换后在编程进行计算机实现时通过对n1, n2…nN从0到14进行N重循环来寻找满足上述不等式的互调组合的常数n1, n2, …nN, 再用求得的n1, n2, …nN分别减7, 就得到真正的互调组合的常数m1, m2, …, mN, 这一确定互调组合的常数m1, m2, …, mN的计算方法的计算量随着干扰发射机数目N的增加而成指数增加, 所以必须在循环的过程中采取一些技术处理以减少计算量, 例如在循环过程中对已经得到的频率总数和还未累加的频率总数进行估计和判断, 以跳过或终止一些没有必要的循环, 以减少计算量。

通信互调干扰 篇7

近几年, 在汽车高速增长的刺激下, 各地广播电台为争夺收听市场扩大覆盖, 纷纷加大无线调频广播发射功率并增加无线发射频率, 使得无线电磁环境日趋复杂。特别是民航空管通信系统 (甚高频频段118MHz~137MHz) 频受调频广播的互调干扰影响日趋严重。2010年浙江省台州机场民航空管通信系统, 因受当地广播电台的调频互调信号干扰, 造成飞机无法正常自动盲降, 严重危及航空飞行安全。同年10月金华广播电视总台 (以下简称“我台) 调频广播产生的互调信号111.2MHz, 也发生过干扰义乌机场民航空管通信系统的情况。所以, 加强调频广播频率电磁环境的监测, 减少互调干扰, 日渐成为监管部门和广播电台共同关注的突出问题。

1 互调干扰、三阶互调

在排查分析发射机产生互调的原因之前, 我们有必要先了解互调干扰、三阶互调这两个概念。

互调干扰是指当两个或两个以上的频率信号同时输入收、发信机时, 由于电路的非线性而产生第三个频率F0。

三阶互调 (Third Order Intermodulation) 是指当两个信号在一个线性系统中, 由于非线性因素存在使一个信号的二次谐波与另一个信号的基波产生差拍 (混频) 后所产生的寄生信号。

调频广播发射机对外干扰影响最大的主要是三阶互调。由于调频广播发射机的功率放大器存在非线性特性, 导致当放大器输入有不同的频率时, 输出中就会含有互调信号F0。当F0恰好落入某个电台通讯频段中, 则该电台通讯将受到干扰。

2发射机互调信号检测与排查

根据无线电管理局提供的监测数据, 我台调频广播产生三阶互调干扰频率为111.2MHz。按三阶互调理论公式计算应该是101.4MHz和91.7 MHz二个频率产生的互调频率。为此, 我们做了分别关停101.4MHz和91.7MHz发射机试验, 发现111.2MHz互调干扰频率是由101.4MHz和91.7MHz二个频率发射机同时工作时产生, 并通过频谱分析仪测试进一步得到验证。

1. 测试情况综述

测试时间:2010年10月8日;

测试地点:义乌五凤山遥测站;

经纬度:E120°26′18.8″, N29°28′49.8″;

海拔高度:191m;

离发射天线距离:40698m;

测试设备连接原理框图:如图1所示。

2. 测试设备参数

监测系统本底噪声:10d BμV/m (108MHz~150 MHz, RBW 30kHz) ;

天线增益:3d Bi (80MHz~150 MHz) ;

馈线损耗:0.8d B (80MHz~150 MHz) ;

受测发射机开机前、后频谱图对比, 如图2和图3所示。

3 发射机产生互调干扰的原因分析

通过以上测试和排查, 我们分析发射机产生互调的原因有以下三点:

1.101.4MHz发射机输出没有带通滤波器, 而101.4MHz和91.7MHz二个频率的发射机是通过多工器共用天线发射的, 当发射机、多工器等设备老化, 末级功放动态线性和隔离度等关健指标不好或下降时, 就容易产生111.2MHz互调干扰信号。

2. 由于频率资源紧张, 发射台位置有限, 多台发射机放在同一地点, 势必产生互调干扰。目前北山发射台共有9套调频广播, 其中3套共用天线发射, 2套未经规划审批, 未经规划审批103.3MHz频率是产生互调干扰主要因素。

3. 各发射机发射天线间的水平间距和垂直隔离距离达不到要求, 多台发射机擅自加大发射功率, 增加了互调干扰信号电平增益, 也是产生互调干扰的重要因素。

4 减少发射机互调干扰的措施及方法

据上分析, 为减少发射机互调干扰我们采取了以下几项措施:

1.把101.4MHz和91.7MHz二个频率发射机分用天线发射, 天线间的水平间距在80m, 垂直隔离距离大于6m。

2.在101.4MHz发射机的输出端接入高Q带通滤波器, 增大频率间隔。

3. 通过降低101.4MHz发射功率至1k W (原为3k W属超标发射) , 来降低互调干扰电平增益。

4.2010年12月, 我台通过改造更新多工器和91.7MHz发射机, 保证多工器隔离度和发射机末级功放线性等关键指标达到要求。

5. 关停2套未经审批频率的发射机, 消除主要互调干扰源。

总之, 合理地分配频率资源, 拉开发射机与发射机之间距离, 是解决互调干扰最有效的方法。

5 结束语

2010年, 我台对多工器和发射机进行了更新改造, 并严格按上级规定的额定功率发射, 同时关停了部分未经规划审批的频率, 无线电磁环境有了明显改善。2011年经无线电管理局实地检测, 未见有干扰民航通信互调信号。这次互调干扰测试排查, 不仅有效地解决了发射机互调干扰问题, 保障了航空飞行的安全, 而且也使我们对互调干扰问题有了更进一步的认识。

参考文献

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