艦船通信系統的無源互調研究

　　水面艦船的通信、導航、雷達、對抗、識別等系統的射頻部分自成系統，而艦船通信系統內部”衛星通信、超短波通信、短波通信、對空導航通信等分系統的射頻系統也相對獨立，各自產生的無源互調不僅對分系統內部，更主要是對其他分系統，甚至其他系統的無線接收設各產生干擾，是艦船通信系統EMC設計應該考慮的對象。這里的分析不針對運用聯合孔徑與面陣天線等技術集成后的射頻綜合系統或集成電子桅桿。

　　2．1 無源互調現狀

　　艦載通信系統中的射頻天饋系統、射頻多路耦合器、電纜／波導組件等是產生PIM的主要部位。此外，外部環境中的支撐結構、天線塔器件以及附近的任何金屬物體也會對PIM有影響。

　　2.1.1 天饋系統

　　天饋系統包括天線、射頻電纜、安裝座及支架等。目前其反射互調PIM3值一般在－120 dBc左右，設計制作良好者可達－130 dBc以下，其輻射互調尚難以精確測試。

　　寬帶收信天線：被動接收本地其他天線輻射的大信號，而在自身內部產生PIMI，進而影響后端接收機的正常工作。

　　寬帶發信天線：多個載波信號通過其非線性產生互調分量，天線將其輻射出去后對本地其他接收機產生PIMI干擾。

　　寬帶收發天線：寬帶收發天線的PIM影響最為嚴重，是設計者考慮的主要對象。

　　2．1．2 多路耦合器

　　多路耦合器亦稱合路器：艦船通信系統使用的有收信多路耦合器、發信多路耦合器及收發多路耦合器。對于V／UHF收發多路耦合器，其PIM3值在－ 95～－113 dBc之間，采用高端元器件者可達－123 dBc。

　　發信多路耦合器：多個載波信號通過其非線性產生傳輸互調，再經射頻電纜與天線輻射出去后對本地接收機產生PIMI干擾。

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

　　收信多路耦合器：因它的有用輸人信號較小，一般對其PIM指標未作嚴格考核，但當本地干擾信號較大時，亦不能忽視。

　　2．1．3 電纜與波導組件

　　射頻電纜／波導組件由電纜／波導、插頭及附件（緊固件、水密件）等組成，由于其材料結構、加工工藝等存在不足，不同程度存在非線性。此外，電纜／波導組件與設各上插座的連接部位也可能產生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。對于未提出PIM要求的艦船通信射頻電纜組件，測試其PIM3值一般在－OR dBc左右，差者甚至劣于－80 dBc。目前國內專業廠商已能制作優于－145 dBc的電纜組件。

　　2．2 無源互調分析

　　現以某艦船對空超短波通信子系統為例，分析PIM及其對系統性能的影響。該超短波通信子系統設各組成框圖如圖3所示。在系統方案論證中，主要針對寬帶噪聲、諧波、阻塞以及多徑干擾所引起EMC開展了分析，這里就PIM對性能影響進行分析。

圖3 某型艦對空超短波通信子系統組成框圖

　　圖4為PIMI基本測試框圖。圖中，3部電臺A、電臺B和電臺C同時發射會產生6個三階互調頻率fjT12,fjT21,fjT13,fjT31,fjT23和f1T32，其分布如圖5所示，即：

圖4 PIMI測試框圖

圖5 信號與PIM3干擾之頻譜分布圖

　　電臺A和電臺B同時發射所產生的兩個三階互調頻率fjT12和fjT21；fjT12＝2f1-f2；fjT21＝2f2一f1；

　　電臺A和電臺C同時發射所產生的兩個三階互調頻率fjT13和fjT31; fjT13＝2f1-f3；fjT31＝2f3一f1；

　　電臺B和電臺C同時發射所產生的兩個三階互調頻率fjT23和f1T32; fjT23＝2f2-f3；f1T32＝2f3一f2。

　　當三部電臺發射功率均為60 W，在UHF頻段測試所得的PIM3量值見表1。

表1 PIM3測試數據表

　　一般情況下，這6個三階互調頻率中，有些可能會落在VHF所在的108～174 MHz與UHF所在的225～400 MHz之外，形成對其他頻段的干擾，而落在本頻段內的就對本頻段產生干擾。

　　測試發現：

　　（1）一個三階無源互調頻率點，不僅使得電臺不能

　　在該頻率點接收，還影響以該頻點作為中｀b的一段頻帶內的電臺正常接收；

　　（2）VHF頻段發信所產生的PIM3會導致UHF頻段接收機的接收異常，反之亦然；

　　（3）PIM5同樣存在，大功率對空超短波電臺所產生的無源五階互調分量對工作在VHF頻段低端30～88 MHz的對海超短波電臺存在干擾；

　　（4）當干擾以跳頻模式發射時，所產生的PIMI是時間上斷續的一個頻帶，對話音通信不會造成徹底阻塞，但會引起背景噪聲，而對數據通信則可能導致誤碼率升高；

　　（5）多電臺同時以跳頻模式發射時，所產生的PIMI頻帶很寬，規避接收與精確測試均困難；

　　（6）測試過程中，沒有觀測到偶階無源互調分量，或者偶階無源互調分量的幅度已超出測試儀器的精度。