无源互调分析 - 舰船通信系统的无源互调研究

　　2 无源互调分析

　　水面舰船的通信、导航、雷达、对抗、识别等系统的射频部分自成系统，而舰船通信系统内部”卫星通信、超短波通信、短波通信、对空导航通信等分系统的射频系统也相对独立，各自产生的无源互调不仅对分系统内部，更主要是对其他分系统，甚至其他系统的无线接收设各产生干扰，是舰船通信系统EMC设计应该考虑的对象。这里的分析不针对运用联合孔径与面阵天线等技术集成后的射频综合系统或集成电子桅杆。

　　2．1 无源互调现状

　　舰载通信系统中的射频天馈系统、射频多路耦合器、电缆／波导组件等是产生PIM的主要部位。此外，外部环境中的支撑结构、天线塔器件以及附近的任何金属物体也会对PIM有影响。

　　2.1.1 天馈系统

　　天馈系统包括天线、射频电缆、安装座及支架等。目前其反射互调PIM3值一般在－120 dBc左右，设计制作良好者可达－130 dBc以下，其辐射互调尚难以精确测试。

　　宽带收信天线：被动接收本地其他天线辐射的大信号，而在自身内部产生PIMI，进而影响后端接收机的正常工作。

　　宽带发信天线：多个载波信号通过其非线性产生互调分量，天线将其辐射出去后对本地其他接收机产生PIMI干扰。

　　宽带收发天线：宽带收发天线的PIM影响最为严重，是设计者考虑的主要对象。

　　2．1．2 多路耦合器

　　多路耦合器亦称合路器：舰船通信系统使用的有收信多路耦合器、发信多路耦合器及收发多路耦合器。对于V／UHF收发多路耦合器，其PIM3值在－ 95～－113 dBc之间，采用高端元器件者可达－123 dBc。

　　发信多路耦合器：多个载波信号通过其非线性产生传输互调，再经射频电缆与天线辐射出去后对本地接收机产生PIMI干扰。

　　收发多路耦合器：既有传输互调，也存在反射互调，其传输互调分量通过天线辐射出去影响本地接收；其发射互调分量对同一多路耦合器下其他电台的接收形成PIMI。收发多路耦合器是PIM研究考虑的重点。

　　收信多路耦合器：因它的有用输人信号较小，一般对其PIM指标未作严格考核，但当本地干扰信号较大时，亦不能忽视。

　　2．1．3 电缆与波导组件

　　射频电缆／波导组件由电缆／波导、插头及附件（紧固件、水密件）等组成，由于其材料结构、加工工艺等存在不足，不同程度存在非线性。此外，电缆／波导组件与设各上插座的连接部位也可能产生PIM分量，这取决于插座与插头材料的异同及连接的紧密程度。对于未提出PIM要求的舰船通信射频电缆组件，测试其PIM3值一般在－OR dBc左右，差者甚至劣于－80 dBc。目前国内专业厂商已能制作优于－145 dBc的电缆组件。

　　2．2 无源互调分析

　　现以某舰船对空超短波通信子系统为例，分析PIM及其对系统性能的影响。该超短波通信子系统设各组成框图如图3所示。在系统方案论证中，主要针对宽带噪声、谐波、阻塞以及多径干扰所引起EMC开展了分析，这里就PIM对性能影响进行分析。

 

图3 某型舰对空超短波通信子系统组成框图

　　图4为PIMI基本测试框图。图中，3部电台A、电台B和电台C同时发射会产生6个三阶互调频率fjT12,fjT21,fjT13,fjT31,fjT23和f1T32，其分布如图5所示，即：

 

图4 PIMI测试框图

 

图5 信号与PIM3干扰之频谱分布图

　　电台A和电台B同时发射所产生的两个三阶互调频率fjT12和fjT21；fjT12＝2f1-f2；fjT21＝2f2一f1；

　　电台A和电台C同时发射所产生的两个三阶互调频率fjT13和fjT31; fjT13＝2f1-f3；fjT31＝2f3一f1；

　　电台B和电台C同时发射所产生的两个三阶互调频率fjT23和f1T32; fjT23＝2f2-f3；f1T32＝2f3一f2。

　　当三部电台发射功率均为60 W，在UHF频段测试所得的PIM3量值见表1。

表1 PIM3测试数据表

 

　　一般情况下，这6个三阶互调频率中，有些可能会落在VHF所在的108～174 MHz与UHF所在的225～400 MHz之外，形成对其他频段的干扰，而落在本频段内的就对本频段产生干扰。

　　测试发现：

　　（1）一个三阶无源互调频率点，不仅使得电台不能

　　在该频率点接收，还影响以该频点作为中｀b的一段频带内的电台正常接收；

　　（2）VHF频段发信所产生的PIM3会导致UHF频段接收机的接收异常，反之亦然；

　　（3）PIM5同样存在，大功率对空超短波电台所产生的无源五阶互调分量对工作在VHF频段低端30～88 MHz的对海超短波电台存在干扰；

　　（4）当干扰以跳频模式发射时，所产生的PIMI是时间上断续的一个频带，对话音通信不会造成彻底阻塞，但会引起背景噪声，而对数据通信则可能导致误码率升高；

　　（5）多电台同时以跳频模式发射时，所产生的PIMI频带很宽，规避接收与精确测试均困难；

　　（6）测试过程中，没有观测到偶阶无源互调分量，或者偶阶无源互调分量的幅度已超出测试仪器的精度。