无线电子设备对机载通信导航系统电磁干扰分析

罗县文 张 剑 陈芙蓉

（上海工程技术大学航空运输学院，中国 上海 200000）

0 引言

随着无线网络802.11 标准应用的日益广泛， 无线网络技术在可靠性， 安全性以及传输速度等方面不断提升， 人们接入互联网的终端从早期的台式电脑逐渐转化为手机、 平板等便携式电子设备， 人们日常生活越来越离不开网络。 然而， 飞机作为为数不多的禁止使用手机或开启WIFI 的公共场所，无疑对已经习惯于随时随地接入网络的乘客带来诸多不便以及不太好的飞行体验。

飞机作为空中交通工具，对安全性要求极高，安装有各类的通信、 导航监视等机载电子设备来保障飞行安全。 乘客携带的诸如移动电话和平板电脑之类的电子设备接入无线网络时会产生电磁辐射， 可能对机舱各类机载电子设备造成干扰， 并有可能耦合到设备线缆或机舱外部的各类天线， 影响飞机的导航与通信系统。 除此之外， 飞机的通信导航系统与手机等移动设备所占用的频段与Wi-Fi 无线发射设备可能存在交调、互调干扰，甚至形成带外杂散辐射干扰。

因此，为满足乘客使用基于无线网络的移动设备，在飞机上加装机载WIFI 无线接入系统，可能会影响飞机各类电子设备的正常运行， 甚至会威胁飞机的飞行安全。 目前大多数航空公司禁止在飞机上使用手机等电子设备，以保证机载电子设备的正常运行[1-2]。 另一方面，是否加装机载WIFI 接入系统来为乘客提供飞行中的宽带上网， 是提高乘客飞行体验的重要需求。 迫切的市场需求与实际的安全威胁相矛盾。

1 飞机电磁干扰分析

无线通信系统向空间辐射一定频率的电磁波信号， 无线信号通过空间传播后再由接收设备通过天线接收， 对于其他无线电子设备而言形成了电磁干扰。有许多不同的无线通信系统， 但任何电磁干扰问题必须同时具有三个元素： 电磁干扰源、 耦合路径以及敏感设备，如图1 所示。

飞机上最易受到电磁干扰的敏感接收设备包括通信、导航和监视系统。 其中，机载通信系统主要包括甚高频通信系统VHF、高频通信系统HF 等，机载导航系统主要有ILS 系统（包括航向信标系统LOC，下滑道系统GS 等）、甚高频全向信标系统VOR、测距机DME、无指向性无线电信标NDB 等，机载监视系统主要有空中交通管制ATC、自动相关监视系统ADS 等。

当无线电子设备的数量较大时， 电磁辐射总量将大大增加， 不同频率的电磁信号之间还会存在交调及互调， 其中电磁信号间的互调干扰对电子设备的干扰最为严重。 当多个干扰信号通过天线或线缆耦合进入设备后， 由于电子元器件器件的非线性特点， 信号间发生混频而产生的新频率的信号， 新频率如果接近接收设备的调制解调频率时， 就有可能被滤波器选通，进而被后续放大电路进一步放大， 从而干扰机载设备正常工作。 如两个频率为ωα和ωb的信号通过天线耦合进入机载接收设备，即：

则通过元器件的非线性特性混频产生的新频率为：

其中，ai为系数， 随着谐波次数的增大而减小，各高 次 谐 波 的 频 率 组 合 为nωa+mωb(n+m=i)。 因 此，不 同阶数m 和n 的组合， 可以产生许多新的频率信号，造成对接收设备的干扰。

2 机载WIFI 信号传输路径损耗分析

在电磁干扰问题中， 不同的电磁环境下无线干扰信号的传输路径非常复杂且多变， 不同类型和环境的信号干扰， 需要建立相应的数学模型进行理论或仿真分析[4]。

在机舱环境中，IPL 是机舱中的个人电子设备干扰信号与机外各系统天线之间的耦合路径损耗。 从电磁干扰三要素的角度， 通过计算干扰信号从源端到接收端的路径损耗可以大致了解无线信号衰减特点， 可计算发射功率、 接收功率等参数， 所以建立传输路径模型的重点是计算IPL， 本文使用高频仿真软件CST MWS 计算IPL。

路径损耗可用机载系统天线接收到的干扰信号功率与个人电子设备辐射功率之差表示[5]：IPL=PR-PT

通常干扰路径损耗以dB 为单位来表示：IPL=10log

3 机载WIFI 信号干扰耦合途径

为分析机舱内个人电子设备及WIFI 干扰信号对机载设备的电磁干扰， 需要深入分析机舱内干扰信号源、 机载无线电系统的相关特性， 以及无线干扰信号的耦合路径。 机舱内个人电子设备发射的无线信号耦合到机载通信导航设备主要有两种方式， 一是通过天线耦合进入， 对机载系统接收机直接产生干扰； 二是通过线缆或元器件感应， 耦合等进入电路内部系统，进而对机载设备产生干扰。

4 结束语

本文主要从电磁干扰产生的3 个条件进行了初步分析，对乘客个人电子设备、机载WIFI 系统对机载通信导航设备产生电磁干扰进行了探讨。 对机舱内电子设备与通信导航系统电磁干扰进行了定性分析， 需要后续建立飞机模型来模拟飞机内部构造， 并采用数学模型描述机舱内复杂环境及电子设备间信号耦合的强度和路径， 以便更加完整和精确的分析个人电子设备、Wi-Fi 接入系统对机载无线电设备的干扰。