艦船通信系統(tǒng)的無源互調(diào)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(dǎo)器件的研究，一般置于屏蔽室內(nèi)，終端加一匹配負(fù)載，理想情況下不輻射任何能量；后者適合于對輻射結(jié)構(gòu)（如天線、饋線、結(jié)構(gòu)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(diào)測試與傳輸互調(diào)測試兩類。反射互調(diào)測試的基本測試組成框圖如圖6所示。

圖6 反射無源互調(diào)測試框圖

　　測試前，應(yīng)*估測試系統(tǒng)本身的自互調(diào)指標(biāo)低于DUT中預(yù)期產(chǎn)生的互調(diào)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(yù)期產(chǎn)生的互調(diào)電平至少20 dB，才能保證測試的準(zhǔn)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(diào)頻譜儀、低互調(diào)合路器、低互調(diào)雙工器或定向耦合器、低互調(diào)大功率匹配負(fù)載、高性能功率計(jì)、PC機(jī)及測試軟件等部分組成。

　　4 降低PIMI的技術(shù)措施

　　PIMI的存在，警示在進(jìn)行艦船通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，不僅要兼顧傳統(tǒng)的有源互調(diào)干擾、諧波及帶外雜散所引起的性能下降，也應(yīng)將PIMI納人系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)考慮范疇，需對以往的設(shè)計(jì)方法重新進(jìn)行*估。

　　4．1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時的考慮

　　PIMI是雙方面的，是干擾方與受擾方相互交融的結(jié)果，是一種能量沖突的權(quán)衡。干擾是外因，內(nèi)因是無源非線性。正確處理內(nèi)因與外因之間的關(guān)系，是降低PIMI影響的基礎(chǔ)。在既有通信技術(shù)體制基礎(chǔ)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(qiáng)受干擾設(shè)各的抗干擾能力。基于PIM的系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮PIMI值的大小與接收機(jī)前端抗干擾的能力，若接收機(jī)前端抗干擾能力強(qiáng)，則對PIMI的要求就會低一些，反之則需進(jìn)一步控制PIMI在一個可接受的范圍內(nèi)。此外，要綜合平衡系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)各、零部件的PIM指標(biāo)，重點(diǎn)提升瓶頸設(shè)各PIM指標(biāo)。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(xiàn)。

　　值得注意的是，往往單一設(shè)備性能指標(biāo)均符合要求，但組成系統(tǒng)后卻發(fā)現(xiàn)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(shè)計(jì)者面臨的問題之一。單個設(shè)各指標(biāo)不求新、求尖，而求合理，這個“合理”應(yīng)是包含整個EMC在內(nèi)的綜合考慮。例如：無線電收／發(fā)設(shè)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(jī)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(shè)計(jì)時，應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃，逐級分解PIM指標(biāo)，使各級系統(tǒng)、各層設(shè)各共同承擔(dān)PIM帶來的壓力，而不應(yīng)只在系統(tǒng)組成之后再來檢測、發(fā)現(xiàn)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(shù)管理角度出發(fā)，合理設(shè)置各設(shè)備工作頻率，保證絕大多數(shù)無源三階互調(diào)頻率不落在其他正在工作接收機(jī)的工作頻率點(diǎn)或其毗鄰范圍，這是規(guī)避干擾的一種辦法。

　　4．2 設(shè)備研制前的考慮

　　在做好設(shè)備指標(biāo)分配的基礎(chǔ)上，重視材料選擇、接觸設(shè)計(jì)、界面選擇、內(nèi)部連接、電纜夾緊裝置和電鍍等六個方面的設(shè)計(jì)，以達(dá)到預(yù)防PIM影響的目的。在射頻傳輸通路中，應(yīng)注意盡量采用低無源互調(diào)射頻元器件及零部件，避免使用鐵質(zhì)材料；所有射頻元器件設(shè)計(jì)，要留有足夠功率余量；射頻連接件應(yīng)使用相同材質(zhì)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(shè)計(jì)與施工中的考慮

　　工程設(shè)計(jì)與施工中主要應(yīng)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(dá)到降低PIM影響的要求。注重射頻電纜／波導(dǎo)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(jié)點(diǎn)，使接觸連接結(jié)點(diǎn)的數(shù)量最少化；施工中所有的接觸連接結(jié)點(diǎn)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(jī)械加工、裝配、運(yùn)輸和安裝過程中注意使產(chǎn)品保持足夠的表面光潔度，避免污染,不受損傷。

　　4.4技術(shù)更新是降低PIM影響的有效途徑

　　縱觀艦船通信系統(tǒng)現(xiàn)狀，PIM客觀存在，制約著系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提升。這既有基礎(chǔ)元器件發(fā)展參差不一的原因，更存在著技術(shù)體制制約的因素。尋求技術(shù)更新是艦船通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。

　　（1）射頻綜合是降低PIMI的有效途徑

　　艦船射頻綜合是綜合運(yùn)用聯(lián)合孔徑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、平面陣天線、材料、系統(tǒng)集成等技術(shù)，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(yīng)用來實(shí)現(xiàn)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(yīng)，減低PIM，特別是輻射互調(diào)造成的壓力，提升曳磁空間兼容性能。

　　（2）碼分多址是值得考慮的技術(shù)體制

　　碼分多址（CDMA）可大幅提高頻率利用率，進(jìn)而有效減低PIMI發(fā)生概率。目前，CDMA在民用移動通信領(lǐng)域已得以具體運(yùn)用，但鑒于國內(nèi)對其核心技術(shù)的掌握程度還欠完善，尚未在海軍通信領(lǐng)域得到實(shí)質(zhì)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(yīng)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)者值得考慮的技術(shù)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(shù)在20世紀(jì)取得了巨大發(fā)展，其主要基礎(chǔ)是微電子技術(shù)和以此為支撐的電子計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)三大技術(shù)，因而人們常稱其為“電子信息技術(shù)（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(lǐng)域，光傳輸局部替代電傳輸?shù)某醪匠晒κ沟萌藗冎饾u注意到了光子技術(shù)在信息領(lǐng)域的潛在優(yōu)勢。因此，人們有理由相信．未來在艦船通信領(lǐng)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(shù)的誕生，相應(yīng)的PIM］也不再復(fù)雜，反射互調(diào)與傳輸互調(diào)干擾將趨于微小，業(yè)界只需專注于輻射互調(diào)了。如果再輔以對輻射互調(diào)靈敏的“射頻綜合”技術(shù)，那么，跨越射頻EMC瓶頸就不再是夢想。

　　5結(jié)語

　　在簡要闡述PIM產(chǎn)生機(jī)理的基礎(chǔ)上，分析了艦載超短波通信系統(tǒng)的PIM現(xiàn)狀，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)際工作中的一點(diǎn)體會。隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，PIM建模技術(shù)將逐漸趨于成熟，這更有助于系統(tǒng)工程師預(yù)知系統(tǒng)設(shè)計(jì)性能，控制技術(shù)風(fēng)險，進(jìn)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(diào)相關(guān)技術(shù)規(guī)范將逐步完善，密集電磁環(huán)境下的無源互調(diào)干擾會進(jìn)一步得到有效控制。