[發明專利]雙天線增益合成提升機載超短波通信距離的方法

有效

• 申請號: 202010891070.6
• 申請日: 2020-08-30
• 公開（公告）號: CN112103654B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 芮錫;郭晨;鐘志浩;李亞軍;周映;龍小鳳;王穎;李鉑
• 申請（專利權）人: 西南電子技術研究所(中國電子科技集團公司第十研究所)
• 主分類號: H01Q3/36
• 分類號: H01Q3/36
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 劉小彬

本發明公開的一種雙天線增益合成提升機載超短波通信距離的方法，旨在提供一種能夠改善天線方向圖特性，提升超短波通信距離的方法。本發明通過下述技術方案予以實現：在機載平臺的機背、機腹各安裝一付跟空間分集技術天線配置保持一致的超短波天線，機背安裝一付超短波上天線、機腹安裝一付超短波下天線，通過射頻前端收發組件，兩付天線并為一路進入功能鏈路，實現波束合成；其中，分別安裝于機載平臺機背的頂部及機腹底部的超短波上天線、下天線，通過射頻前端收發組件對兩付天線進行調相控制，將兩付超短波天線的三維方向圖上翹及下翹的主波束進行波束合成，兩付天線合成后的波束指向水平面，利用雙天線增益合成技術提升機載超短波通信距離。

技術領域

本發明涉及天線技術領域,更具體的是涉及一種可應用于機載超短波通信功能中提升通信距離的方法。

背景技術

超短波通信是在108-400MHz上，利用超短波頻段的無線電波進行視距傳送信息的無線電通信。超短波亦稱甚高頻(VHF)波、米波，頻率從30兆赫至300M赫的無線電波，傳插頻帶寬，短距離傳播依靠電磁的輻射特性。與短波傳播不同，無電離層反射，而是依靠電離層散射來實現遠距離傳播。超短波電離層傳播有散射傳播和透射傳播兩種主要形式。它的波長在0.75-3m之間，所以也稱為米波通信。超短波傳播主要靠空間波直線傳播，也有一定的繞射能力，但隨著波長的縮短，繞射能力越來越微弱，因此在這一波段中的通信主要是視距范圍內空/空、空/地話音和數據的傳輸。超短波通信主要靠空間直射波，在低空大氣層作視距傳播。象光線一樣，傳播距離不僅受視距的限制，還要受高山和高大建筑物的影響。因此，要求天線架高一些，以便增加視線距離。超短波傳播方式只有有限的繞射能力，無線電波有繞過它所碰到的障礙繼續傳播的能力，這種繞過障礙的現象就叫做繞射。電波的繞射能力與其波長有關，波長越長，繞過能力越強。對長波來說，繞過能力很強，很高的山峰也能繞過去；但對超短波來說，地面上不大的凸起部分也會成為嚴重的障礙，當遇到障礙物時，電波的能量一部分為障礙物所吸收，造成損失；一部分即行反射；只有剩下的一小部分能夠以較小的曲率繞過障礙物。因此，超短波的繞射能力遠較長波為差，只有有限的繞射能力。同時，在障礙物的后面造成很大的陰影區(就是電波不能到達的地方)，所遭受的損失稱為陰影損失。頻率越高，繞射能力越差，所能繞過的障礙物也越小，陰影損失也越大。超短波傳播是不受電離層影響的。但當氣候變化時，信號的大小也產生變化，這就是衰落現象。近距離的衰落現象較少；在遠距離，衰落現象就不可避免。衰落現象與頻率有關，一般說來，頻率越高，衰落現象越嚴重。本質上超短波頻段的無線傳輸屬于視距傳輸，視距是接收和發射兩點之間處在可視范圍之間，能互相“看見”的距離。這種傳播方式的特點是：地面衰減大、無天波，信號基本上按直線傳播；其頻率傳輸特性上與短波有很大差別，由于頻率較高，發射的天波一般將穿透電離層射向太空，而不能被電離層反射回地面，所以主要依靠空間直射波傳播(只有有限的繞射能力)。受通信距離的限制,超短波容易出現通信中斷的現象。超短波的通信距離決定于天線的增益、高度，發射機輸出功率、接收機靈敏度、電磁環境及有無障礙物等因素影響。要想傳播的更遠，就必須依靠中繼站轉發、將其發射天線和接受天線都架設的足夠高、增強收發設備性能。系統參數受發射機輸出功率越強，發射信號的覆蓋范圍越大，通信距離也就越遠；但發射功率也不能過大，發射功率過大不僅耗電，而且影響功放元器件的壽命，還會產生輻射污染。環境因素，環境因素主要有路徑、樹木的密度、周圍環境的電磁干擾、建筑物、天氣情況和地形差別以及地球曲率半徑等，這些因素和其它一些參數直接影響信號的場強和覆蓋范圍，進而影響超短波通信距離。通訊距離近也將對飛行訓練、飛行任務的執行帶來較嚴重的影響，特別是執行重大任務時若不能正常通訊聯絡而受到影響將造成嚴重損失。機載超短波通信系統作為保障設備，是飛行拉距測試的重要保障手段，擔負著傳輸數據、話音等重任。地空通信距離是重要的系統指標，關系到能否對一些遠距離飛行拉距測試進行正常保障。目前工程上計算通信距離采用的都是理想情況下的估算值，在實際中還要對電波傳播衰減因素、設備使用環境以及平臺飛行姿態等進行分析。數字通信方式時是在定誤碼率條件下，系統所能達到的通信距離；模擬話音通信時是在一定語音可懂度條件下系統所能達到的通信距離。由此可知判斷通信距離指標達標的判據是在定通信距離下誤碼率或語音可懂度能否達標。導致誤碼率或語音可懂度不達標有兩種情況：第一種是通信信道帶內受到強干擾，第二種是發射機到達接收機的接收電平低于接收靈敏度電平。超短波通信的天線波束較寬，進行地空通信時，接收機除接收來自發信機的直射波外，還會接收到從地面經不同反射(漫反射或鏡面反射)來的幅度與相位各不相同的反射波。大氣層運動使其中不同部分的折射率變化而引起電磁波的聚焦和擴散，造成傳播路徑不同。多徑衰落是個隨機過程，它還與天線的形狀、安裝位置、安裝方式有關。當未采取抗多徑衰落措施時，多徑衰落儲備余量一般在5dB～15dB；對于無遮蔽的情況，典型的衰落儲備余量為6dB。在實際地空通信中，飛行平臺不可能保證平穩飛行，會受到諸如氣流等因素的干擾而出現顛簸搖擺現象，這有可能會影響天線以及造成平臺遮擋影響通信效果。在地空通信時，飛機轉彎過程中可能出現地空天線主瓣對不準的情況，另外在飛機轉彎時還可能出現機載天線被飛機側翼遮擋的情況。超短波地空通信系統由于飛機的高速運動會產生多普勒頻移。多普勒效應使得信號載波頻率發生偏移，如果兩個信號的發射頻率間隔不夠大(小于最大可能的多普勒頻移)，則接收端會產生相互干擾；同時，它也使載波偏離接收機濾波器中心頻率從而使輸出信號幅度下降，而且在信號一個碼元的持續時間內有較大的相位誤差。短波通信靠天吃飯不同短波頻率、不同時間、不同天氣產生不同的電離層對短波通信的信號反射會有不同的影響。影響超短波電臺通訊距離有多方面原因，主要原因有以下幾個方面：機載電臺功率小，正常情況下能滿足通訊的需求。