系留無人機系統電磁兼容性分析及整改

魏志強，陳明，宋金華，黃錦元

（同方電子科技有限公司，江西九江，332002）

0 引言

系留無人機已廣泛應用于車載移動通信系統、消防現場指揮、車載光電偵察系統、無人機遙控站、艦載預警雷達系統、艦載通信系統、國土防空等領域。

由于地球表面曲率或障礙物遮擋影響，無線電波視距傳播受限，通過無人機（無線設備）的升空增加海拔高度，可以改善無線電波的傳播效果，提升無線設備接收性能。本文針對某系留無人機超短波偵察接收系統，實際使用效果不理想的電磁兼容性問題進行分析排查整改[1]。

1 系統簡介及干擾模型

系統包括飛控平臺、任務平臺及地面設備部分。其該功能及干擾模型圖如下：

圖1 系統功能及干擾模型圖

如圖1所示，系統主要有三部分組成：無人機飛控平臺、任務平臺、地面設備。飛控平臺包括有：在機艙內的電源及其它控制等電路部分，機艙外部的六根可拆卸旋翼機臂、兩個GPS差分天線、一根飛控天線；任務平臺包括有：機艙內的超短波接收機、機艙外部的五根超短波有源天線；任務平臺與飛控平臺的連接線纜在機艙外，該線纜為電源、網線的復合線纜；地面設備包括有電源及控制部分。

如圖1所示，系統中可能導致系統實際使用效果不理想的電磁干擾有：無人機機艙縫隙電磁泄漏；GPS差分天線電磁輻射；飛控天線電磁輻射；旋翼機臂電磁輻射；電源/網線電磁輻射；地面設備及系留線纜電磁輻射；上述輻射信號被任務天線接收導致系統接收效果差。

2 干擾現象

系統接收效果差，終端顯示接收頻譜底噪較高，有用信號被淹沒在底噪干擾中。如圖2所示為整改前系統的接收頻譜。

圖2 整改前系統接收頻譜

3 干擾排查分析整改

初步懷疑無人機系統自身產生的電磁干擾信號被系統天線接收到，有用信號被淹沒在自身干擾信號中，導致系統使用效果差。

為了進一步深入的分析排查無人機的干擾信號情況，在暗室搭建系統模擬工作平臺，用頻譜儀（測試頻段為30MHz～500MHz）對系統接收天線上（五根中的任一根）接收的信號干擾情況進行測試分析。

3.1 電磁環境及初始狀態測試

3.1.1 電磁環境測試

為了便于對比分析，首先對暗室電磁環境測試進行測試。用電池只給系統天線供電，其它設備電路都不上電，電磁環境頻譜如下圖3。

圖3 暗室環境測試

如圖3所示，其中譜線上的尖峰干擾是測試使用的頻譜儀工作時產生的干擾信號被系統天線接收到。

3.1.2 初始狀態測試

系統按正常工作狀態加電，系統天線接收到的干擾頻譜如下圖4。

圖4 系統初始狀態測試

如圖4所示，系統天線接收到的信號頻譜底噪被明顯抬高，其底噪走勢與圖1系統實際飛行工作時接收頻譜的底噪走勢基本一致。

3.2 GPS差分天線干擾分析及整改

3.2.1 干擾分析

利用排除法來查找系統中的干擾源[2]，首先拆除靠近測試天線的一個GPS差分天線，測試結果如下圖5所示。

圖5 拆除一個GPS差分天線測試

如圖5所示，與圖4對比，頻譜中100MHz頻段附近的底噪干擾明顯降低。

再拆除遠離測試天線的一個GPS差分天線，測試結果如下圖6所示。

圖6 拆除另一個GPS差分天線測試

如圖6所示，與圖4對比，頻譜中100 MHz頻段附近的底噪干擾基本消除。

對比圖4、圖5、圖6分析，系統中的GPS差分天線是一個較大的干擾源，在100MHz附近頻段干擾幅度約10dB。該天線射頻線纜自機艙內部直接穿出，射頻線纜耦合了機艙內部的干擾噪聲后通過GPS差分天線對外輻射產生干擾[3]。

3.2.2 整改措施

根據以上分析，采取的整改措施為：GPS差分天線的射頻線纜在機艙內部出艙部位卡磁環（FC-CF-80）并繞一圈，該磁環可以有效的抑制射頻線纜上的高頻共模噪聲[4]。該磁環為鎳鋅材料，其頻率特性如下圖7所示。

圖7 FC-CF-80頻率特性

3.2.3 整改效果

兩根GPS差分天線的射頻線纜按上述措施整改后進行復測，其測試結果與圖6基本相似，GPS差分天線帶來的電磁干擾基本消除。GPS差分天線的整改效果明顯。

3.3 飛控天線干擾分析及整改

3.3.1 干擾分析

飛控平臺的飛控天線也是直接自機艙縫隙穿出。根據對GPS差分天線的分析整改經驗，飛控天線也可能耦合內部干擾信號，并通過該天線對外輻射產生電磁干擾。

3.3.2 整改措施

根據以上分析，采取的整改措施為：飛控天線的射頻線纜在機艙內部出艙部位卡磁環（FC-CF-80）并繞一圈。

3.3.3 整改效果

飛控天線整改后進行復測，結果如下圖8。

圖8 飛控天線整改后測試

如圖8所示：飛控天線整改后，在250 MHz～350 MHz頻段，系統接收頻譜的底噪干擾下降明顯。飛控天線的整改效果明顯。

3.4 任務設備干擾分析及整改

3.4.1 干擾分析

任務設備為一臺多通道超短波接收機，排查任務設備干擾時，飛控平臺都不上電，只給任務設備供電。頻譜儀接收到的干擾情況如圖9。

圖9 任務設備整改前測試

如圖9所示，與圖3對比，頻譜中多了一些尖峰干擾，這些尖峰干擾主要是接收機的時鐘及其諧波信號。其泄漏途徑可能為接收機的電源輸入線、接收機外殼縫隙。接收機的外形結構如圖10。

圖10 接收機外型結構

如圖10所示，接收機為幾個相同的接收單元層疊起來，用印制板來分隔。印制板板材的非導電性，導致該部位長條縫隙的電磁泄漏[5]。

3.4.2 整改措施

電源輸入端口位置增加高頻電容；接收機外殼縫隙貼銅箔膠帶進行屏蔽。

3.4.3 整改效果

整改后其尖峰干擾基本消除，測試結果與圖3基本一致。任務設備的整改效果明顯。

3.5 電源網線復合線纜干擾分析整改

系統中的飛控平臺與任務平臺的互聯線纜是一根復合屏蔽線纜，里面包括有任務設備供電的12V電源線、與任務設備通信的網線。該線纜雖然是屏蔽線纜，但在150MHz左右仍有些干擾信號。進一步排查發現，機艙的圓形連接器法蘭盤安裝部位有油漆，連接器接地不良導致該部位有電磁泄漏。把該部位的油漆清除干凈并墊導電襯墊后再測試[6]，該部位無電泄漏。

3.6 其它部位干擾分析整改

其它部位如：機艙外殼內部已襯了屏蔽材料，具有一定的電磁屏蔽效能，在接收機整改后機艙縫隙泄漏沒有再帶來明顯的電磁干擾；旋翼機臂與機艙連為一體，其沒有暴露在機艙外部的線纜及電路部分，旋翼機臂沒有帶來明顯的電磁干擾；飛控平臺的高壓DC/DC電源的電源輸入端已設計有專用的電源濾波器，地面設備得到電源輸出端也已設計有專用的電源濾波器，地面設備及系留線纜沒有帶來明顯的電磁干擾。這些部位不用整改。

4 整改效果

4.1 整改效果內場測試

無人機系統整改后，在暗室內上電進行復測，測試結果如下圖：

圖11 系統整改后測試

如圖11所示，與圖4對比，系統整改后接收頻譜的底噪得到有效的抑制。系統整改效果明顯。

4.2 整改效果飛行測試

整改后無人機系統在室外進行飛行復測，并與整改前的接收頻譜進行對比，飛行復測如下圖：

圖12 改進后系統接收頻譜

結論：如圖12所示，與圖3對比，整改后系統接收頻譜的底噪有近10dB的降低，系統接收效果改善明顯。這次整改是成功的有效的。

5 結束語

通過對無人機系統的電磁干擾排查分析，提出該系統得改進建議和措施：GPS差分天線和飛控天線的射頻線纜通過機艙壁高頻連接器轉接引出，或在機艙內加磁環濾波；網絡和電源線纜改善連接器接地；接收機電源輸入端加高頻貼片電容,加強屏蔽，印制板邊緣金屬化。

通過這次整改，詳細的測試分析了系統的電磁輻射發射干擾情況。結合在整改中的措施，為本系統的后續研制改進，提出電磁兼容性設計改進建議措施。