李鐵彪

（海軍駐新鄉(xiāng)地區(qū)通信軍事代表室，河南 新鄉(xiāng) 453009）

0 引言

隨著現(xiàn)代通信技術的快速發(fā)展，通信收發(fā)設備越來越多，接收機靈敏度日益提高，從而對通道的選擇性和電磁兼容環(huán)境提出了更高的要求[1]。特別在通信設備集群化、高效化的情況下，比如衛(wèi)星通信，陸地通信指揮設備，大型艦艇設備等，都有各種各樣的大功率、多頻段、跳頻、擴頻等各種無線通信設備的集成和共址架設，這就給系統(tǒng)的電磁兼容（EMC）帶來了嚴酷的考驗[2-4]。因為系統(tǒng)集成后，各設備間的電磁干擾直接關系到系統(tǒng)集成后能否發(fā)揮各單機原有的性能，從而影響整個系統(tǒng)的通信質量[5]。

這些電磁干擾問題包括：①臨近信號的EMI問題：交叉調制、倒易混頻、發(fā)射機的底部噪聲；②帶外信號的 EMI問題：發(fā)射機的雜波發(fā)射、接收機的失真響應；③互調產物：結構性互調產物、發(fā)射機互調、接收機互調[6]。圖1給出了VHF頻段發(fā)射機在跳頻模式下，傳統(tǒng)技術解決方案（分離天線）所帶來的通信距離損失的情況?？梢婇_機數(shù)目越多，接收機通信距離越短。

圖1 發(fā)射機開機數(shù)目與接收機通信距離的關系

除了共址架設的收發(fā)機電磁兼容問題，眾多收發(fā)設備如果采用分離天線，有限平臺集成的天線數(shù)目太多將嚴重影響通信質量，天線的方向圖也會發(fā)生極大變化[7-8]。微波多工器是解決集群通信系統(tǒng)中電磁兼容問題的主要途徑之一。主要研究一種 VHF頻段的跳頻多工器實現(xiàn)方案，給出具體的技術方案和驗證。

1 90°定向耦合器多工方案

在過去的幾十年中出現(xiàn)了各種微波多工器的設計方案，應用較多的有星點式結構多工方案、多頭線耦合多工方案、90°定向耦合器多工方案、可調相位器多工方案、環(huán)形器多工方案和定向濾波器多工方案等，其中90°定向耦合器多工方案具有調試簡單、通道間無干擾、功率容量大，擊穿電壓高和適宜模塊化設計等優(yōu)點，特別適合級聯(lián)型的多路通信系統(tǒng)[9-10]。如圖2所示為典型的90°定向耦合器多工方案原理圖。每個通道有兩個完全相同的濾波器和兩個完全相同的90°定向耦合器。

圖2 90°定向耦合器多工方案原理

該方案主要優(yōu)點是90°定向耦合器的方向性，使得濾波器之間的相互干擾最小化。因此，90°定向耦合器多工器適合模塊化設計，它允許靈活增加新的通道，新的通道對原來的多工器沒有任何影響。另外一個重要的優(yōu)點是每次只有一半的功率通過濾波，這給高功率多工器設計中的濾波器功率容量設計降低了要求。

2 90°定向耦合器設計

無線通信系統(tǒng)往往需要將多部電臺同址安裝，并要求多部電臺能同時進行跳頻工作。針對30～88 MHz VHF跳頻合路器所需的90°定向耦合器進行設計。

由于帶寬覆蓋 30～88 MHz的較寬頻帶，所以選用多節(jié)對稱耦合傳輸線來實現(xiàn)。采用最平坦設計，傳輸線端口特性阻抗為 50Ω，查表可得 3階對稱傳輸線的歸一化的偶模阻抗，進而計算相應的奇偶模阻抗值，如表1所示。

表1 30～88 MHz 90°定向耦合器阻抗值

由于 30～88 MHz頻率低，四分之一波長尺寸大，可選擇的線型較多。寬邊耦合帶狀線具有體積小、功率容量大、損耗小、分配（合成）端口平衡性能等特點，能夠滿足小型化的要求,如圖3所示。選用介電常數(shù)為2.65,厚度為2.75 mm,中間介質厚度為0.15 mm的寬邊耦合帶狀線，并采用EESOF微波軟件進行仿真，綜合尺寸如下：第一節(jié)線：W1=W2=2 mm,D=2.32 mm, 長度為235.7 mm；第二節(jié)線：W1=W2=0.74 mm,D=0.12 mm, 長度為539 mm。

圖3 寬邊耦合帶狀線截面

將上述參數(shù)在電路仿真基礎上，進一步在 HFSS軟件中建立定向耦合器結構模型進行仿真，如圖4所示，仿真結果如圖5和圖6所示，在30～88 MHz頻率范圍內，定向耦合器端口1與2以及端口1與4之間耦合度大于-3.5 dB,端口1與3之間隔離度大于21 dB，四個端口駐波很好小于1.22，傳輸相位差為-90°，耦合度的平坦度為±0.95 dB，相位差的平坦度為±5°。

圖4 90°定向耦合器結構

圖5 定向耦合器的耦合和隔離

圖6 定向耦合器的各端口駐波比和傳輸相位差

3 VHF跳頻多工器設計

基于上述90°定向耦合器的HFSS仿真數(shù)據和四種頻率電調濾波器的實測數(shù)據來搭建30～88 MHz VHF跳頻合路器，如圖7所示。由于實際中連接電纜很短，多為鋼性電纜，插入損耗很小，一致性也很高，所以可以近似忽略其影響。

圖7 四路VHF跳頻合路器原理

基于耦合器仿真數(shù)據和濾波器實測數(shù)據的四路跳頻合路器整體仿真結果如圖 8所示。由圖可見，在 30～88 MHz頻段內，四路同時工作時插入損耗均小于3，駐波比均小于

2，而且各路之間的影響較小，實現(xiàn)了預期的設計目標。

圖8 跳頻合路器四路仿真曲線

4 結語

由于微波多工器在解決集群通信系統(tǒng)電磁兼容問題具有重要作用，具體介紹了 90°定向耦合器多工方案及 30～88 MHz VHF跳頻合路器設計流程，通過仿真手段驗證了其可行性?；诙ㄏ蝰詈掀鞯亩喙て骺梢赃M一步擴展到更多信道路數(shù)，還可以應用到其它頻段的合路需要，對新型跳頻多工器的研制具有一定的參考價值。

[1] 魏晨曦.通信抗干擾的技術與發(fā)展方向[J].軍事通信技術,2001(06):29-34.

[2] 梅文化. 跳頻通信[M].北京:國防工業(yè)出版社,2005.

[3] 戴敏.跳頻通信技術及其應用與發(fā)展[J].通訊世界,2000(03):40-43.

[4] 袁一鵬,王翔. 超短波跳頻電臺電磁兼容設計[J]. 通信技術,2010,43(05):47-49.

[5] 史彥斌,高憲軍.航空機載超短波電臺效能評估研究[J]. 通信技術，2010,43(02):51-53.

[6] 張申如,益曉新,王庭昌.跳頻數(shù)字通信網中的用戶干擾性能分析[J].電子與信息學報,2001,23(03):222-223.

[7] 周龍.短波跳頻抗干擾新措施探討[J].軍事通信技術,1998(06):51-54.

[8] 羅賢寧,朱霞. 跳頻通信的抗干擾性能仿真檢測[J]. 現(xiàn)代電子技術,2007(19):69-71.

[9] 甘本祓，吳萬春. 現(xiàn)代微波濾波器的結構與設計[M]. 北京：科學出版社，1973.

[10] 吳萬春，梁昌洪. 微波網絡及其應用[M].北京：國防工業(yè)出版社，1980.