無線電子設備對機載通信導航系統電磁干擾分析

羅縣文 張 劍 陳芙蓉

（上海工程技術大學航空運輸學院，中國 上海 200000）

0 引言

隨著無線網絡802.11 標準應用的日益廣泛， 無線網絡技術在可靠性， 安全性以及傳輸速度等方面不斷提升， 人們接入互聯網的終端從早期的臺式電腦逐漸轉化為手機、 平板等便攜式電子設備， 人們日常生活越來越離不開網絡。 然而， 飛機作為為數不多的禁止使用手機或開啟WIFI 的公共場所，無疑對已經習慣于隨時隨地接入網絡的乘客帶來諸多不便以及不太好的飛行體驗。

飛機作為空中交通工具，對安全性要求極高，安裝有各類的通信、 導航監視等機載電子設備來保障飛行安全。 乘客攜帶的諸如移動電話和平板電腦之類的電子設備接入無線網絡時會產生電磁輻射， 可能對機艙各類機載電子設備造成干擾， 并有可能耦合到設備線纜或機艙外部的各類天線， 影響飛機的導航與通信系統。 除此之外， 飛機的通信導航系統與手機等移動設備所占用的頻段與Wi-Fi 無線發射設備可能存在交調、互調干擾，甚至形成帶外雜散輻射干擾。

因此，為滿足乘客使用基于無線網絡的移動設備，在飛機上加裝機載WIFI 無線接入系統，可能會影響飛機各類電子設備的正常運行， 甚至會威脅飛機的飛行安全。 目前大多數航空公司禁止在飛機上使用手機等電子設備，以保證機載電子設備的正常運行[1-2]。 另一方面，是否加裝機載WIFI 接入系統來為乘客提供飛行中的寬帶上網， 是提高乘客飛行體驗的重要需求。 迫切的市場需求與實際的安全威脅相矛盾。

1 飛機電磁干擾分析

無線通信系統向空間輻射一定頻率的電磁波信號， 無線信號通過空間傳播后再由接收設備通過天線接收， 對于其他無線電子設備而言形成了電磁干擾。有許多不同的無線通信系統， 但任何電磁干擾問題必須同時具有三個元素： 電磁干擾源、 耦合路徑以及敏感設備，如圖1 所示。

飛機上最易受到電磁干擾的敏感接收設備包括通信、導航和監視系統。 其中，機載通信系統主要包括甚高頻通信系統VHF、高頻通信系統HF 等，機載導航系統主要有ILS 系統（包括航向信標系統LOC，下滑道系統GS 等）、甚高頻全向信標系統VOR、測距機DME、無指向性無線電信標NDB 等，機載監視系統主要有空中交通管制ATC、自動相關監視系統ADS 等。

當無線電子設備的數量較大時， 電磁輻射總量將大大增加， 不同頻率的電磁信號之間還會存在交調及互調， 其中電磁信號間的互調干擾對電子設備的干擾最為嚴重。 當多個干擾信號通過天線或線纜耦合進入設備后， 由于電子元器件器件的非線性特點， 信號間發生混頻而產生的新頻率的信號， 新頻率如果接近接收設備的調制解調頻率時， 就有可能被濾波器選通，進而被后續放大電路進一步放大， 從而干擾機載設備正常工作。 如兩個頻率為ωα和ωb的信號通過天線耦合進入機載接收設備，即：

則通過元器件的非線性特性混頻產生的新頻率為：

其中，ai為系數， 隨著諧波次數的增大而減小，各高 次 諧 波 的 頻 率 組 合 為nωa+mωb(n+m=i)。 因 此，不 同階數m 和n 的組合， 可以產生許多新的頻率信號，造成對接收設備的干擾。

2 機載WIFI 信號傳輸路徑損耗分析

在電磁干擾問題中， 不同的電磁環境下無線干擾信號的傳輸路徑非常復雜且多變， 不同類型和環境的信號干擾， 需要建立相應的數學模型進行理論或仿真分析[4]。

在機艙環境中，IPL 是機艙中的個人電子設備干擾信號與機外各系統天線之間的耦合路徑損耗。 從電磁干擾三要素的角度， 通過計算干擾信號從源端到接收端的路徑損耗可以大致了解無線信號衰減特點， 可計算發射功率、 接收功率等參數， 所以建立傳輸路徑模型的重點是計算IPL， 本文使用高頻仿真軟件CST MWS 計算IPL。

路徑損耗可用機載系統天線接收到的干擾信號功率與個人電子設備輻射功率之差表示[5]：IPL=PR-PT

通常干擾路徑損耗以dB 為單位來表示：IPL=10log

3 機載WIFI 信號干擾耦合途徑

為分析機艙內個人電子設備及WIFI 干擾信號對機載設備的電磁干擾， 需要深入分析機艙內干擾信號源、 機載無線電系統的相關特性， 以及無線干擾信號的耦合路徑。 機艙內個人電子設備發射的無線信號耦合到機載通信導航設備主要有兩種方式， 一是通過天線耦合進入， 對機載系統接收機直接產生干擾； 二是通過線纜或元器件感應， 耦合等進入電路內部系統，進而對機載設備產生干擾。

4 結束語

本文主要從電磁干擾產生的3 個條件進行了初步分析，對乘客個人電子設備、機載WIFI 系統對機載通信導航設備產生電磁干擾進行了探討。 對機艙內電子設備與通信導航系統電磁干擾進行了定性分析， 需要后續建立飛機模型來模擬飛機內部構造， 并采用數學模型描述機艙內復雜環境及電子設備間信號耦合的強度和路徑， 以便更加完整和精確的分析個人電子設備、Wi-Fi 接入系統對機載無線電設備的干擾。