無人機用汽油機的火花脈沖干擾的應對方法初探

【摘要】無人機活塞發動機工作時將產生很強的電磁干擾，如果遙控接收機不采取干擾抑制措施將嚴重影響正常的通信。通過分析發動機火花塞電磁干擾產生的機理，提出了一種寬帶抑制電磁干擾的接收機實現方案。

【關鍵詞】火花塞；電磁干擾；脈沖響應

1.引言

無人機發動機活塞點火時需要高達10000V左右的電壓，高壓點火線會向外輻射強電磁干擾。據測量點火裝置在10m范圍內產生的場強約為10000μV/m，相應的電磁干擾頻譜分布在150kHz～1GHz，是幾十兆至幾百兆機載無線通信的主要干擾源，如果不采取干擾抑制措施，在小信號時將影響遙控接收機的數據正確解調。情況嚴重時，如果不采用糾錯編碼，將導致接收機的靈敏度下降幾十個dB。目前國內外針對火花塞點火系統中電磁干擾機理和抑制措施都有研究和報道，但電磁干擾抑制措施基本上都是針對發動機的，包括增大火花塞內置電阻阻值并減小其于放電電極之間的距離，縮小高壓點火線的尺寸并加強屏蔽措施?；鸹ǜ蓴_在低頻段輻射的強度很大，即使采取上述措施后，仍然會有大量的低頻干擾進入接收機。

2.脈沖干擾產生的原因

電磁干擾源分為自然界和人為兩種。自然

界的電磁干擾主要是雷擊產生的大氣噪聲（<10MHz）和宇宙射線、太陽射線引起的大氣噪聲（>10MHz）。人為電磁干擾源分為有意和無意兩種，前者是指那些必須發射電磁波的電子設備，如調頻波、調幅波、電視、廣播發射機以及雷達和移動無線通訊機等；后者是指那些工作時產生無用的電磁干擾信號的電子設備，如計算機設備、繼電器、開關、熒光照明燈、電弧焊機以及點火裝置等。

從高壓的產生、傳送到火花塞每個環節都會產生輻射，同時輻射脈沖信號的頻譜是非常豐富的（頻率覆蓋范圍很廣，可以從幾十KHz～上千MHz，從中波收音機到超短波電臺都能收到這個干擾信號）。

雖然飛機選用了金屬盒的CDI、帶電阻的火花塞、“屏蔽”高壓線，但也只是部分削弱了輻射的能量，并沒有把輻射減至最少或完全消除；我們同時也需要考慮CDI制造廠家的技術實力、成本控制、濾波電路的設計問題，還有不可忽 視通過CDI電源線竄出的脈沖信號。

3.預防措施

弄清了脈沖干擾的形成原因，我們就可以采取一些措施有效的減小和防止其對遙控系統的干擾。

3.1 要重新屏蔽高壓線

（1）下面先簡單的介紹微波理論中的基本傳輸線原理

用于本文無人機用汽油機電磁干擾的形成過程，大家不要以為飛機已經使用了高壓屏蔽線，或者我們自己簡單在外層纏繞鋁箔紙就能屏蔽高壓線上的輻射（這部分的輻射最大），其實采用單芯屏蔽高壓線或自己簡單的纏繞鋁箔紙的方法，恰恰使該結構不盡意間成了輻射源的輻射天線（盡管輻射的強度根據頻譜不同有強有弱）。因為它違背了高頻電路的輻射特性。正確的做法是屏蔽層上不能讓它傳輸電流，即只能一端接“地”，這是因為電流通過導線會產生磁場；變化的磁場產生變化的電場。因此，我們應該去采取下列措施：在原“屏蔽層”，也就是高壓線金屬網外先加一層絕緣層，然后再用鋁箔紙纏繞，這里，纏繞的鋁箔紙一端需接CDI的金屬外殼，這樣就能使這段高壓線幾乎不產生輻射。

（2）選用PCM編碼制式的接收機

首先，PCM在編碼時有檢錯和糾錯的功能。其次，可以選用選二次變頻的接收機。使用二次變頻接收機的好處是，二次變頻接收機第一中頻有晶體窄帶濾波器，其抗干擾能力要強于一次變頻的接收機，如Futeba的128DP、149DP、309DPS。

在這里，大家要切記：接收機使用時一定要遠離CDI系統，包括CDI電池和開關，這時接收機采取屏蔽是沒用的。我們做過實驗：在45CC汽油機的飛機上分別裝了一次變頻的PCM接收機137P和二次變頻的PPM編碼的接收機168DF，137P的在地面使用基本滿足要求，但是在空中當汽油機油門開到最大時，雖然我們設定了PCM失效保護，但是還是不時出現失控狀態；而使用168DF時，在地面油門開到最大時，控制舵面就出現時有時無的情況。

（3）將遙控器的PCM失效保護設置打開

一般情況下，將遙控器的發射機PCM失效保護功能設置為二種：一是用戶設定模式，當接收機受到干擾時，接收機自動將舵機恢復到用戶事先設定的位置。這是因為，在我們設置好遙控器的同時，數據就已經被存儲在PCM接收機CPU中EEROM里了。當我們需要這種模式時，就做如下設置：將方向舵歸中、油門打到最小、帶點上舵、副翼改平。這里根據飛機不同，舵量有所改變。這樣做的好處是：如果飛機在空中受到干擾，就可將損失和對地面人員的危險減至最低；如果干擾是發生在汽油機大油門狀態時，一般可在1秒左右時間恢復。二是當接收機受到干擾，飛機收不到PCM編碼中的同步信號時，可以保持最后有效指令狀態。這也是大部分遙控器的默認設置。

（4）盡可能選用金屬殼的CDI

如果塑料殼CDI的內部沒有屏蔽DE的話，我們就要采取下面的外部屏蔽措施：

第一，CDI盡量放在第一艙，置于機頭，遠離接收機。這是因為，輻射信號隨距離增加，衰減的很快；

第二，CDI開關和電池也要盡量裝在飛機前部；

第三，CDI的電源引線在根部要穿高頻磁環（幾圈）；

第四，每次飛行前要認真的檢查CDI的高壓嘴與火花塞是否配套，檢查是否插緊。

（5）處理油門舵機

第一，油門舵機一般要盡量靠近汽油機，與化油器的連桿不要使用整根金屬連桿，中間一段可用木桿代替；

第二，舵機與接收機的引線要穿高頻磁環幾圈。這是因為舵機的接口電路大都是高阻抗設計，為減少接收機里CPU輸出給舵機控制信號的驅動負載，可以防止感應的脈沖干擾信號通過舵機引線傳到接收機里。由于汽油機的機體都較長，舵機引線較長，甚至為防止其他舵機長引線竄回接收機里（有可能感應到輻射脈沖的干擾，對系統產生干擾）所有的舵機引線盡可能的穿幾圈高頻磁環；電源開關進接收機的引線也要做相同的處理。

4.結束語

這五項改進措施，可將汽油機的火花脈沖干擾減至最低。本文歸納的是我們在日常飛行實踐中的一些辦法，相信大家會總結出更好更實用的措施，如果能起到拋磚引玉的作用，也是筆者的欣慰。

參考文獻

[1]顧誦芬.飛機總體設計[M].北京航空航天大學出版社， 2008.

[2]黃鑫.脈沖噴氣發動機的性能測量[J].2009，7.

[3]陶梅貞主編.現代飛機結構綜合設計[M].西北工業大學出版社，2001.

作者簡介：劉賢明（1982-），男，安徽合肥人，高級工，主要從事浮空球體制造過程分析與浮空器放飛研究。