摘要：本文属于短波无线电通信技术领域，涉及短波电台设备的噪声限制技术。现有的信道噪声限制技术主要是利用噪声系数比较低的器件或者利用窄带滤波器对带外的噪声进行抑制和滤除。然而基于目前装车，装机等复杂的电磁环境，类似发动机点火系统产生的噪声，原有噪声限制技术已不能够有效抑制。利用此噪声限制器可有效的抑制和削弱此方面干扰。本噪声限制器为解决短波电台在装机、装车等特殊环境下受到的发动机火花干扰问题。
关键词：噪声限制；噪声系数；差分放大器；单稳态触发器；信纳德
一、技术背景
基于目前车载电台装车，机载电台装机等复杂的电磁环境，类似汽车、飞机发动机点火系统产生的周期性的强脉冲干扰噪声，现有噪声限制技术已不能够有效抑制和滤除，也很难保证电台通话的质量。在短波信道接收通路中，因为发动机火花干扰属于周期性的强脉冲干扰，如果在两次变频处理中还未消除，一旦带进中频后对信道部分的干扰将是致命的。因此，如何高效抑制和滤除发动机点火系统产生的噪声脉冲信号干扰，确保短波电台在装机、装车等特殊环境下通信不被发动机火花干扰的问题十分必要。
二、技术内容
为了解决上述问题，本设计拟采用的技术思路是，当发动机点火系统产生的火花噪声强脉冲干扰信号进入噪声限制器信道后，利用差分放大器将中频信号与干扰脉冲信号同时采集，并进行放大处理；当在干扰信号强度达到一定门限时，此脉冲信号最终会触发单稳态触发器来控制通路上的场效应管；当通路中无强脉冲干扰时，通路正常工作，通过中频平衡信号（以下简称“中频信号”）；当通路中有强脉冲干扰时，通路则断开。因信道通路的断开时间小于250微秒，人耳感觉不到信道的明显通断，由此达到滤除强脉冲干扰的目的。
三、具体实施
如图1所示为一种车载或机载短波电台噪声限制器电路原理框图。高频增益差分放大器起到采集脉冲干扰的作用，并将脉冲干扰放大。开关电路2起到控制通路的中频信号通断，高增益差分放大器将中频信号与干扰信号同时采集，并进行放大处理后提供给谐振变压器，整流三极管产生脉冲信号并输入给单稳态触发器，单稳态触发器则输出互补脉冲信号给场效应开关电路，场效应开关电路根据互补脉冲信号控制信道通路的通断，最后将通过的信号输出给中频滤波器完成噪声的滤除。所述场效应管开关电路包括并联的场效应管开关电路1和开关电路2；当信道通路中无火花噪声信号干扰或干扰幅度不足以产生互补脉冲信号时，场效应管的开关电路1导通，场效应管的开关电路2截止，中频信号则正常通过中频滤波器；一旦火花噪声信号干扰的幅度达到触发门限时，开关电路1截止，开关电路2导通，在门脉冲周期内将阻止信道通路中噪声信号的通过。
图1 噪声限制器原理框图
具体来说，当脉冲干扰足够大时，会使得单稳态触发器的检测达到触发门限，使得单稳态触发器的一个脚产生10V峰值的正向脉冲去控制开关电路2导通，使得单稳态触发器的另一个脚产生10V峰值的反向脉冲去控制开关电路1截止，此状态会使得此时通路中的信号传输到地，从而达到在脉冲干扰周期内切断通路、滤除干扰的效果。
本设计将通道断开时间设置小于250微秒，因为火花干扰周期很短，从听感上通话话音部分没有明显的通断，从而达到消除火花噪声干扰的目的。此外，电路中的谐振变压器为通用器件，能产生大电流和高电压。它可以利用负载和设备的并联谐振，用较小的激励电流取得较大的负载电流。
本设计实验室测试效果良好，具体如下：
实验时，用来自收信道的二次混频500KHz信号，输入到高增益差分放大器，高增益差分放大器为谐振变压器提供一个中频平衡信号，该信号经整流器整流后，产生正向脉冲，放大后送至触发单稳态触发器，单稳态触发器则产生互补脉冲信号，该互补脉冲信号连接到两个场效应晶体管的栅极以实现控制通断。当其中第一个场效应晶体管打开，第二个场效应晶体管关闭时，中频信号会通过中频滤波器。一旦噪声脉冲信号出现，第一个关闭，第二个打开，在门脉冲周期内将阻止中频信号的通过。这个脉冲宽度通常控制在250μs以内，因此可以将噪声脉冲从500KHz信号中滤除。据此分析，是因为模拟产生的火花干扰经过信道通路多次混频交调后在中频处产生了固定周期的包络干扰信号，此包络信号与有用信号同时被噪声限制器采集，经过高增益差分放大器、谐振变压器、整流器后，产生正向脉冲，经放大后，送至触发单稳态触发器产生互补脉冲，互补脉冲在门脉冲周期内将阻止中频信号的通过，最终消除此包络干扰信号。
再如，旋翼机装机对比试验：将未加装本设计噪声限制器的电台A和加装了本设计噪声限制器的电台B设置在相同的天线位，放在旋翼机机舱内相同位置。利用电台C在近距离发射声码话，分别观察电台A和电台B声码话变化情况。首先调整发射天线长度与电台距离，将接收方电台声码话基准调整到15dBm。打开副油泵后电台A的信纳德显示降为2dBm～3dBm，发动机机点火后电台A的信纳德显示降为0dBm；打开副油泵后电台B的信纳德显示降为8dBm～9dBm，发动机点火后电台B的信纳德显示降为4dBm～6dBm。由此可见噪声限制器对发动机火花干扰有明显改善。
指标对比试验：设置电台工作频率F为2.644MHz，射频信号发生器频率为F+1kHz，信号电平为2μs，在电台不串接噪声限制器时，观察综合测试仪上显示的信纳德为23dBm；将噪声限制器串接在电台信道二次混频与中频滤波器之间，观察综合测试仪上显示的信纳德仍为23dBm；说明噪声限制器不影响灵敏度。另外对音频响应、总失真系数等接收指标进行前后对比，均发现此噪声限制器对电台指标无影响。
脉冲干扰试验：用方波信号发生器产生一个频率为100Hz方波干扰信号，通过定向耦合器输入到短波电台射频接口；观察电台工作在不同频率时，使综合测试仪上的灵敏度降为0时，所加干扰信号的信号电平，发现串接噪声限制器时所需干扰信号的信号电平更大。说明噪声限制器对脉冲干扰有抑制作用。
火花干扰模拟试验：用音频信号发生器输出一个信号电平为5Vp-p，频率为 100Hz方波，输入到电台的射频接口，当不串接噪声限制器时，在电台音频输出端用耳机检测有很大、很刺耳的电流声，说明干扰现象明显；当在电台信道二次混频与中频滤波器之间串接噪声限制器时，用耳机再次检测电台音频输出端，原有的刺耳电流声得到明显改善。
由此可以得出结论，本设计的技术效果是，与现有技术相比，首先本噪声限制器具有体积小、重量轻、易生产、成本低等优点。再者，对通信电台整机方案无需改动，实现了模块化设计和使用，在不影响整机性能和指标的情况下，能够很好的抑制发动机火花干扰，效果良好，作用明显。
参考文献：
[1]《现代短波通信》，胡中豫 - 国防工业出版社 - 2003
[2]《短波通信系统》，王坦 - 电子工业出版社 - 2012
论文作者:张磊
论文发表刊物:《基层建设》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/24
标签：噪声论文; 脉冲论文; 信号论文; 干扰论文; 电台论文; 中频论文; 信道论文; 《基层建设》2017年第23期论文;