引用格式：曹劲，彭笠． 利用机体遮挡实现机载抗干扰通信［J ］． 电讯技术，2014，54(9):1200 － 1203．［C A O Jin ，PENG Li ． Ai rborne Anti － j amm i ng Communi cat i on by Ai rframe Antenna Shadi ng ［J ］． T e l ecommuni cat i on E ng i neer i ng ，2014，54(9):1200 － 1203．］
利用机体遮挡实现机载抗干扰通信*
劲＊＊
，彭 曹 笠 (中国西南电子技术研究所，成都 610036)
摘 要：结合机载通信抗干扰设计的工程应用需求，分析了机体遮挡对机身前后左右典型安装位置
VHF / UHF 和 L 频段通信天线的影响程度，提出了一种当通信信号和干扰信号分别位于机身两侧 时，应用机体遮挡对信号接收的抑制原理，通过选择指向通信信号一侧的左或右机翼天线实现抗干 扰通信的方法。该方法仅需新增两副机翼天线和两个射频开关，具备较强的工程可实现性。仿真结 果表明该方法能够有效抑制来自机身侧面干扰信号的接收，最大抑制达到 35 dB ，为机载通信抗干 扰能力提升设计提供了新的技术途径和理论指导。 关键词：机载通信；天线遮挡；抗干扰通信 中图分类号:T N911． 4 文献标志码:A 文章编号:1001 － 893X (2014)09 － 1200 － 04
A ir b o r n e Anti － j a mm i n g C o mmun i ca t i o n by A ir f r a m e An t e nn a S h a d i n g
CAO Jin ，PENG Li
(Southwest China I nst i tute of E l ectr o n i c T ec hn o l og y ，Chen g du 610036，C h i na )
Ab s t ract :A ccordi ng t o t he engineer i ng requirement of airborne ant i － j amm i ng communicat i on des i gn ，t he airframe shading effect on ty pical f or ward ，rear ，l ef t and r i ght dis t r i buted VHF / UHF and L － band antennas on the airplane is analyzed ． B as ed on the principle of s i gnal suppress i on by airframe shading ，an ant i － j am - m i ng communicat i on m et hod is propos ed by smar t l y us i ng the l ef t or r i ght w i ng mounted antenna which faces the communicat i on s i gnal when communicat i on and i nterference s i gnal comes from different sides of the airplane respect i v ely ． The m et hod can be real i zed easily in engineer i ng becaus e it only needs tw o new ins tall ed w i ng mounted antennas and two ＲF sw i t ches ． The s i mulat i on result shows that the method can ef - fectiv ely s uppress the i nterference s i gnal recept i on from the side of the airplane and the maximal suppres - s i on can reach 35 dB ． The method provides a new technical solut i on and t heoret i c al i mplemental guide f or airborne
ant i － j amm i ng communicat i on des i gn ．
Key words :airborne communicat i on ;antenna s hadi ng ;ant i － j amm i ng communicat i on
［2］
线 等技术也逐渐成为了抗干扰设计的热门话题。 理论上，上述大多数技术均可应用到机载通信领域， 但由于涉及到通信体制的升级，距离工程应用还有 一定差距。
防盗手机套
提高机载通信链路的抗干扰能力，实质是提高
接收通道对干扰信号的抑制能力，可以采取定向通 信原理，即利用天线的方向性来增强有用信号接收
1 引 言
石墨舟
在军事无线通信领域，抗干扰是系统设计追求 的永恒目标之一，提升抗干扰能力的技术手段非常 多，例如：在时间上采取短触发通信手段；在空间上 采用窄波束定向通信体制；在频率上采用跳频或扩 频体制；在能量上提升发射功率或改善信号检测门
限。随着技术的发展，认知无线电［1］
、智能调零天 ＊ 收稿日期:2014 － 05 － 30；修回日期:2014 － 07 － 28 Ｒece i ved date :2014 － 05 － 30;Ｒev i sed date :2014 － 07 － 28
＊＊ 通讯作者:cao ji n _cetc10@ 163． com
Cor r es p on d i n g au thor :cao ji n _cetc10@ 163． com ·1200
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第 54 卷
曹劲，彭笠：利用机体遮挡实现机载抗干扰通信 第 9 期
同时抑制干扰信号。但是，对于机载通信系统最常 用的 VHF / U HF 和 L 频段，要实现高增益定向波束，
segg通常较大，不利于机载平台的推广应用，在国外的飞 机平台上也鲜有类似的设计。
机体遮挡通常是天线布局设计时需要规避的问 题，但是在特定场景下，通过合理运用机体遮挡，可 以使全向天线体现出定向特性，从而抑制某些方向 的干扰信号接收，达到抗干扰通信的效果。在美军 的 E － 2 系列预警机中，其左右机翼下方就各自安 装了一副抗干扰天线，该天线为低频段全向刀型天 线，利用机体遮挡原理，实现 Link － 16 数据链的抗 干扰通信。该设计从 E － 2C 一直沿用到最新的 E － 2D ，从超过 10 年的工程应用来看，确实达到了良 好的抗干扰效果。
考虑到机载通信系统抗干扰能力提升需要满足 各种工程应用需求，包括通信体制兼容性、设备加改 装风险、投入成本等多种因素，本文对机体遮挡在机 载抗干扰通信设计中的应用进行了研究，针对典型 场景提出了利用机翼天线进行抗干扰通信的方法， 同时给出了系统工程化加改装实施方案建议，最后 通过计算机仿真对抗干扰性能进行了仿真分析。
图 1 机上天线安装位置 Fi g ． 1 Ant ennas l o cat i o n on the p l ane
利用专业仿真软件对上述 4 个位置的天线方向
图进行了仿真，从仿真结果来看，机体遮挡对前后天 线的影响较小，仅在某些角度上产生小幅度的增
益 波动和凹陷；对于左右天线而言，机体遮挡的影响非 常显著，可以看到方向图呈现出明显的不对称和凹 陷特性，从干扰信号抑制的角度来看，更适合选择左 右天线来实现抗干扰接收，因此本文提出一种利用 左右机翼天线实现抗干扰通信的方案。
3 应用场景与系统方案设计
利用机翼天线实现抗干扰通信的基本原理是利 天线安装位置分析
机载通信链路通常分为空地和空空两大类，当飞
机高度在10 km 左右且通信距离大于100 km 时，无论 空地还是空空通信，无线电信号的传输方向近似接近 水平；同理，来自远方的干扰信号也呈现出近似水平 的传播特性。因此，当利用机体遮挡来抑制全向天线 对干扰信号的接收时，只能将天线安装在机体四周， 即
将机体“搁置”在干扰源和接收天线之间。
对于安装在机体四周不同位置的天线而言，机 体遮挡效果是不一样的。通常机体遮挡会使天线的 水平面方向图在某些方向上呈现出凹陷，而凹陷程 度越深，就意味对来自该方向的干扰信号抑制越强， 因此，为了达到最大的干扰抑制，就需要在机身四周 选择“遮挡最严重”的位置来进行抗干扰天线安装。
以 E － 2D 预警机为例进行建模，选择机身前后 左右 4 个典型位置进行分析，分别为机头下方的上 翘部分、机尾下方的上翘部分、左右机翼发动机( 或 外挂)外侧。将 VHF / UHF 和 L 频段两种全向天线 模型分别放置于机体的上述 4 个位置进行分析，如 图
1 所示。
2 用机体遮挡来抑制干扰信号的接收，因此仅适合通 信信号和干扰信号分别位于机身左右两侧时的应用 场景。在已知通信信号和干扰信号的方向后，可以 通过合理规划航线，使通信信号和干扰信号分别位 于机身两侧，采用指向通信信号一侧的机翼天线进 行通信，典型应用场景如图 2 所示。
图 2 利用机翼天线进行通信的典型应用场景
Fi g ． 2 Typical c o mm un i c at i o n s cenar i o by
us i n g under － w i n g antenna
·1201·
电讯技术 2014 年
www ． te l e o n li ne ． cn
在飞机平台进行抗干扰天线加改装时，除了在 左右机翼的适当位置安装天线外，对舱内设备的主 要改动就是在通信电台的接收端口新增两个射频开 关，同时在系统控制管理设备中增加对这两个开关 的切换控制，总的来说设备加改装量较小，对原系统 不会造成过多影响。典型系统组成如图 3 所示。
收发天线进行通信，与传统使用方式相同，此时控制 S W1 连接到原接收天线；在干扰环境下，系统控制 管理设备首先控制 S W1 连接到 S W2，即使用机翼天 线模式，随后判断具体使用左天线还是右天线( 控 制 S W2)可以有以下两种方法，可根据具体平台特 点进行选择。
(1)方法一：在一定时间内通过左右天线的交 替切换使用，根据信号接收效果的好坏来判断最终 选择哪副天线，该方法原理简单，但需要积累一定时 间来对左右天线接收信号的质量进行统计对比。
(2)方法二：结合各种先验知识、机载传感器态 势信息和惯导数据，在掌握了通信方向、干扰源方 向、飞机航向信息后，根据机身遮挡原则，选择相应 的左天线或右天线进行通信，该方法判断速度快，但 原理相对复杂，需要平台其他系统的信息支持。
抗干扰效能分析
为了对机翼天线的抗干扰性能进行量化分析， 本节结合图 1 所示的天线装机模型，利用全波电磁 仿真分析软件 FEKO ( V 6． 0 ) 对前、后、左机翼天线 (右机翼天线仿真结果类似)在 U HF / VHF 和 L 频段 范围内几个典型工作频点上的水平方向图进行仿 真，在仿真中选用计算精度较高且内存使用较优化 的多层快速多级子( M L F MM ) 算法［4］
，方向图仿真
结果如图 4 所示。
4 图 3 系统组成图
Fi g ． 3 Syst em framew o r k
如图 3 所示的系统组成原理图适用于 VHF / UHF 和 L 频段通信链路的加改装设计，其中，射频 开关 S W1 和 S W2 分别完成机翼天线的选择切换以 及左右机翼天线的选择切换功能，两个开关受系统 控制管理设备的控制，难点在于开关的控制逻辑设 计。一般来说，正常情况下通信电台仍使用原来的
图 4 天线的水平面方向图
Fi g ． 4 H o r i z o nta l rad i at i o n patterns of antennas
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曹劲，彭笠：利用机体遮挡实现机载抗干扰通信 第 9 期
在对仿真结果的分析中，重点关注机身遮挡引 起左机翼天线增益下降的程度，这里用不同频率值 的天线增益和对应的角度范围进行描述，如表 1 所
示，其中满足增益要求的角度范围是离散分布的，表
中给出的是角度范围总和。
表 1 天线增益 － 角度范围对应关系
Table 1 Ｒe l at i o n between antenna g a i n and an g l e ran g e
角度 / (°) 增益 / d Bi 108 MHz 141 MHz 174 MHz 225 MHz 312 MHz 400 MHz 960 MHz 1 092 M Hz 1 215 MHz
＜ － 10 ＜ － 15
＜ － 20
60 30 －
70 35 15
150 70 －
160 60 －
130 40 －
分离式行车记录仪160 30 －
130 80 30
塑钢拉链130 90 30
140 90 30
从表 1 可以看出，在整个 VHF / U HF 和 L 频段，
利用机身遮挡可以使机翼天线在较大角度范围内获 得明显的增益下降，从而抑制来自该角度范围内干 扰信号的接收。对仿真数据的总结如下:
(1)在 108 ～ 141 M H z 频率范围内，可在机身一 侧大于 60°范围内将干扰信号抑制10 dB 以上；在约
30°范围内将干扰信号抑制15 dB 以上，最大干扰信 号抑制可达到28 dB ;
(2)在 174 ～ 400 M H z 频率范围内，可以在机身 一侧大于 120°区域范围内将干扰信号抑制10 dB 以 上；在大于 30° 范围内将干扰信号抑制15 dB 以上， 最大干扰信号抑制可达到35 dB ;
(3)在 960 ～ 1 215 M H z 频率范围内，可以在机 身一侧大于 120°区域范围内将干扰信号抑制10 dB 以上；在大于 80°
范围内将干扰信号抑制15 dB 以 上；在约 30°
角度范围内将干扰信号抑制20 dB 以 上，最大干扰信号抑制可达到34 dB 。
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［3］ ［4］ 作者简介:
曹 劲(1981—) ，男，四川成都人，2007 年于电子科技大学获博士学位，现为高级工 程师，主要研究方向为航空电子系统、通信系 统等;
CAO Jin w as born in C hen g du ，S i chuan P r o v i nc e ，i n 1981． He rec e i ved the P h ． D ． de -
gree form U nivers ity of E l ectr o n i cs Science and
T ec hn o l og y of China in 2007． He is now a sen i o r en g i neer ． Hi s researc h c onc erns av i o n i cs system and c o mm un i cat i o n
system ．E ma il :c a o ji n _c etc10@ 163． c o m
彭 笠(1986—) ，男，四川雅安人，
2012 年于电子科技 大学获硕士学位，现为工程师，主要研究方向为航空通信系 统天线设计及电磁兼容等。
PENG Li w as born in Ya' an ，Sic huan P r o v i nc e ，i n 1986． He rece i v ed the M ． S ． degree from U niv ersit y of E l ectr o n i cs Sc i - ence and T ec hn o l og y of China in 2012． He is now an en g i neer ．His reserch concerns antennas and EMC pr o b l ems in av i o n i c c o mm un i c at i o n system techn o l o g y ．
E ma il :pen g li _cetc 10@ 163． c o m
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结 论
5 本文将机体遮挡原理应用到机载抗干扰通信设
计中，提出了一种在特定场景下利用左右机翼天线 实现抗干扰通信的方法，具备较强的工程可实现性， 计算机仿真结果表明该方法可有效将干扰信号接收
抑制
10 ～ 35 dB 。考虑到 VHF / U HF ～ L 频段的信号 绕射能力较强，仅通过计算机仿真很难准确地进行 模拟验证，因此下一步工作重点是将该技术具体应 用到工程项目中，通过开展外场地面和飞行试验对 天线切换效果和实际的抗干扰性能进行测试验证。
参考文献:
［1］ 顾庆峰，杨仕平． 基于认知无线电的多频段跳频通信
系统
［J ］． 电讯技术，2012，52(7):1079 － 1081． GU Q i n g － f en g ，Y A N G Shi － p i n g ． A M u l t i band F re - quency － h o pp i n g C o mmun i c at i o n System Bas ed on C og n i -
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