超导滤波器在民航甚高频地空通信系统中的应用分析
中图分类号：V243 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）10-0260-02
随着我国民航交通运输的迅速发展，航空运输量的急剧增长，对空中交通管理提出了越来越高的迫切要求。作为空中交通管理系统重要组成部分的甚高频地空通信系统，直接影响到空中交通管理的发展。为了保证民航飞行安全，甚高频遥控台的覆盖范围，不仅要求在整个管制区域没有通信盲区，还要保证在管制区域内达到三重以上的覆盖，各台站之间互为冗余备份，以确保个别台站的通信频率发生故障的情况下能够有其它台站提供通信保障。因此为了满足不同管制扇区不同频率的使用要求和频率覆盖，我们修建了很多由甚高频地空通信电台组成的多信道甚高频遥控台，如何有效避免杂波干扰、同频干扰、邻道干扰、互调干扰？对甚高频接收机系统和发射机系统中的滤波器提出了很高的要求。
1甚高频地空通信系统的组成
民航四信道甚高频发射机天线共用系统结构框图如图 1所示。在发射机天线共用系统中，话音调制后通过发射机发射出来，射频切换单元的作用是主备机切换，选择1台发射机发射；单向耦合器的作用是保护电台，防止反射功率烧坏电台，滤波器用于滤除杂波，让有用信号通过；合路器将四信道发射信号耦合成一路送入天线；射频信号最后通过天线发射出去。
民航四信道甚高频接收机天线共用系统结构框图如图2所示。在接收机天线共用系统中，天线接收到射频信号，功分器将天线接收信号耦合送入四个滤波器，经滤波后送到3dB耦合器；3dB耦合器（功分器）用于均分接收信号，送入主备2台接收机；接收机再把信号解调成音频。
2 腔体滤波器
从甚高频通信系统的组成中我们看到，不论是发射机天线共用系统还是接收机天线共用系统，都要使用滤波器，现在行业内传统使用的是可调式腔体带通滤波器，为了有效滤除杂波，防止干扰，民航标准对滤波器的指标做了严格要求，其中，反向损耗大于20dB，插入损坏小于1.5dB，选择性（工作频率±500Khz处衰减）大于15dB。腔体滤波器主要由主要由谐振腔、谐振导体、调谐钉组成。腔体滤波器有结构牢固、频率覆盖范围、一致性好、体积小、Q值适中、可靠性高、全温范围内性能稳定可靠等特点。要满足工作频率上的性能参数，需要使用网络分析仪对腔体滤波器进行调试，调试步骤比较复杂，由于大多数甚高频遥控台都建在海拔较高、交通不便的地区，当需要修改甚高频信道的工作频率时，要到本地重新调试腔体滤波器的工作频率和参数，给维护人员带来了诸多不便。另外，一些较强的干扰信号也会通过腔体滤波器进入收发信机中，对有用信号造成干扰。
3 超导滤波器
导体在超低温【接近绝对0°K（-273℃），实际上为77°K（-196℃）】时，电阻将趋于零，称为超导体。用超导体制作的高阶滤波器可以实现高陡峭度的滤波特性（陡峭度>30dB/MHz）。超导滤波器应用到甚高频遥控台接收机的输入端，能有效地抑制各种类型的干扰，包括邻近通带边缘仅1.5MHz的干扰，以降低带内互调干扰和底噪声，从而提高信号传输质量和容量。
超导滤波器是解决甚高频遥控台干扰的最有效方法。当导体温度在-200℃时，导体表面电阻近似为零，利用这个特性制成的超导滤波器，Q值能提高很多，最大值可达10万，而目前采用的腔体滤波器的Q值仅为超导滤波器的二十分之一。因此超导滤波器具有相当陡峭的过渡带（峰值可达-100dB/400KHz），相当高的阻带抑制（>60dB）和相当小的通带插损（<0.1dB）。另外在超导滤波器之后配备有低噪放（LNA，增益大概为12dB），低噪放可以在超低温条件下工作，它具有非常低的噪声系数（<0.5dB），用低噪放作为甚高频遥控台接收机的射频输入端设备，可以完全抑制遥控台接收机的各种干扰，提高了甚高频接收机的灵敏度，解决了话音通信上行信号弱的瓶颈问题。而且将超导滤波器安装在遥控台主接收机和分集接收机上，不会影响分集接收抗多径衰落的功能。
通常在有用信号通带相邻处产生较强的干扰时，现有遥控台常规腔体滤波器无法抑制该干扰。该干扰信号进入遥控台接收机后，由于遥控台接收机输入部分的低噪放（LNA）和混频器产生的非线性互调失真，将会使互调产物落在接收机有用信号带内，对接收机形成无法滤除的干扰。轻者使带内底噪声增加，信号传输质量下降；重者将会使通信中断。而采用超导滤波器可以将该邻频强干扰拒之于接收机之门外，进不到接收机的LNA和混频器，所以可以大大降低接收机的互调干扰（如图3所示）。
另外，由于用了低温-200℃状态下的低噪放（LNA），接收机的灵敏度提高了3dB，从而可以有效扩大甚高频遥控台的覆盖范围，甚高频遥控台覆盖面积可以扩大45%左右，覆盖半径可扩大22%左右。这样在台站规划时，可以减少台站数量，降低台站建设成本。
4 结束语
本文通过腔体滤波器和超导滤波器的比较，可以看出将超导滤波器运用于民航甚高频地空通信系统是可行的，但由于超导滤波器生产成本高，价格贵，在推广运行方面还需要深入研究，另外在以保证民航飞行安全为首要目标的空中交通管理工作中，超导滤波器的稳定性还需要经过时间的考验，但是由于超导滤波器强大的抗干扰能力，配合低噪放使用可以提高接收机灵敏度，增加甚高频遥控台覆盖范围，降低建台成本，先作小范围的运行实验还是可以的。
