商用飛機(jī)便攜式電子設(shè)備電磁干擾源預(yù)測(cè)分析研究

王永根++代繼剛++王樂(lè)意

摘 要：商用飛機(jī)便攜式電子設(shè)備電磁干擾源預(yù)測(cè)分析技術(shù)能夠在飛機(jī)研發(fā)階段進(jìn)行干擾源預(yù)測(cè)和定位分析，以及在營(yíng)運(yùn)階段的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)起到非常重要的作用，為商用飛機(jī)開(kāi)放乘客使用便攜式電子設(shè)備提供技術(shù)支持。利用便攜式電子設(shè)備干擾源預(yù)測(cè)分析技術(shù)，能夠在飛機(jī)研制早期為機(jī)載設(shè)備的電磁防護(hù)設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)輸入依據(jù)，避免后期飛機(jī)設(shè)計(jì)更改帶來(lái)的技術(shù)和成本風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)能夠?yàn)橐延袡C(jī)型的改裝提供依據(jù)，確保飛機(jī)在改裝后能夠滿(mǎn)足局方適航審定的要求。

關(guān)鍵詞：便攜式電子設(shè)備 預(yù)測(cè)分析 電磁干擾 電磁防護(hù)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：V240.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）08（a）-0018-02

隨著互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的航空公司期望能夠在飛機(jī)上使用便攜式電子設(shè)備（Portable Electronic Device， PED），如筆記本電腦、平板電腦、手機(jī)、MP3/MP4播放器等，以便給乘客帶來(lái)更高端、更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，同時(shí)帶來(lái)更多的利潤(rùn)。然而，這些PED輻射發(fā)射的電磁能量會(huì)對(duì)機(jī)載設(shè)備帶來(lái)潛在的電磁干擾威脅。早在2003年，美國(guó)國(guó)家航空航天管理局（NASA）就曾針對(duì)PED對(duì)機(jī)載設(shè)備的干擾問(wèn)題發(fā)布了兩份研究報(bào)告，認(rèn)為連續(xù)地使用手機(jī)等存在射頻發(fā)射的電子設(shè)備，會(huì)影響駕駛艙內(nèi)全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）接收機(jī)等精密儀器的正常工作，并且會(huì)降低機(jī)載敏感設(shè)備的安全預(yù)量。

目前，國(guó)外已有對(duì)商用飛機(jī)內(nèi)部進(jìn)行預(yù)測(cè)分析和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，并制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[1-3]。戴姆勒-奔馳航天空中客車(chē)公司研發(fā)出飛機(jī)客艙電磁環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確定位客艙內(nèi)輻射干擾源及其干擾電平，并將記錄的監(jiān)測(cè)信息提供給飛機(jī)駕駛員及乘務(wù)人員。

國(guó)內(nèi)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的電磁環(huán)境預(yù)測(cè)進(jìn)行過(guò)相關(guān)研究[4-5]，但對(duì)商用飛機(jī)PED電磁輻射干擾的預(yù)測(cè)分析還處于剛剛起步階段，并未開(kāi)展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的相關(guān)研究。該論文在商用飛機(jī)開(kāi)放使用PED的狀態(tài)下，以新研的商用飛機(jī)為模型，對(duì)可能存在的便攜式電子設(shè)備的電磁干擾源進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析。

1 干擾源預(yù)測(cè)分析方法

便攜式電子設(shè)備作為輻射干擾源，對(duì)機(jī)載設(shè)備主要存在兩種干擾方式，即前門(mén)干擾和后門(mén)干擾[1-2]，其原理如圖1所示[1]。

標(biāo)準(zhǔn)ED-130中對(duì)大部分PED的輻射能量大小進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析[1]。在進(jìn)行干擾源預(yù)測(cè)分析時(shí)，利用發(fā)射天線來(lái)模擬便攜式電子設(shè)備的輻射發(fā)射，模擬天線的輻射發(fā)射電平根據(jù)ED-130中的統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行校準(zhǔn)，其校準(zhǔn)示意圖如圖2所示。

該論文利用仿真的方法對(duì)PED的干擾源進(jìn)行預(yù)測(cè)分析和定位計(jì)算。仿真時(shí)直接在模擬輻射天線端口加載輸入功率，直到在約定的距離產(chǎn)生規(guī)定的場(chǎng)強(qiáng)值。利用仿真軟件對(duì)飛機(jī)客艙內(nèi)的電磁場(chǎng)進(jìn)行仿真，可以得到飛機(jī)客艙內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)分布。

2 干擾源預(yù)測(cè)仿真分析

2.1 仿真模型的構(gòu)建

基于國(guó)內(nèi)新研商用飛機(jī)的模型，對(duì)飛行客艙進(jìn)行簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，建立仿真模型，如圖3所示。

飛機(jī)客艙為純金屬蒙皮，客艙地板和飛機(jī)內(nèi)部座椅簡(jiǎn)化為介質(zhì)材料，利用飛機(jī)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性進(jìn)行仿真計(jì)算。

2.2 模擬輻射發(fā)射輸入分析

選取CDMA2000通信制式下的工作頻率（選取頻點(diǎn)1850MHz）和輻射電平進(jìn)行模擬仿真，單個(gè)PED的輻射電平定義可以參考ED-130中的定義[1]。

考慮到最嚴(yán)酷的情況，商用飛機(jī)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中存在多個(gè)PED同時(shí)輻射發(fā)射的情況，當(dāng)多個(gè)PED設(shè)備同時(shí)發(fā)射時(shí)電磁場(chǎng)在客艙內(nèi)部存在疊加效應(yīng)，即多設(shè)備影響因子（Multiple Equipment Factor，MEF）。MEF與PED間的間距和數(shù)目有關(guān)[1]，而PED數(shù)目又與商用飛機(jī)的機(jī)型有關(guān)，因此不同的機(jī)型，多設(shè)備影響因子也存在差異，其統(tǒng)計(jì)值如表1所示。

仿真時(shí)根據(jù)在研機(jī)型進(jìn)行選取MEF，即選取128座、間距為0.75m的機(jī)型進(jìn)行分析，MEF=13dB?？紤]MEF影響后，模擬輻射天線輸入端口的能量為單個(gè)PED工作功率（dB）加上MEF（dB）值。

2.3 仿真結(jié)果分析

根據(jù)飛機(jī)客艙模型和模擬天線輸入功率的設(shè)計(jì)，通過(guò)仿真軟件計(jì)算得到飛機(jī)客艙內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)分布。由于PED使用位置的隨機(jī)性，仿真時(shí)模擬發(fā)射天線的位置選取客艙前部、客艙中部和客艙尾部三個(gè)典型位置進(jìn)行計(jì)算。

模擬發(fā)射天線位于客艙前部時(shí)的計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

模擬發(fā)射天線位于客艙中部時(shí)的計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

模擬發(fā)射天線位于客艙尾部時(shí)的計(jì)算結(jié)果如圖6所示。

根據(jù)三個(gè)典型位置客艙場(chǎng)強(qiáng)仿真結(jié)果，與飛機(jī)客艙內(nèi)機(jī)載設(shè)備的輻射敏感性設(shè)計(jì)電平值進(jìn)行對(duì)比分析，可以得到機(jī)載設(shè)備在PED有意輻射狀態(tài)下出現(xiàn)電磁干擾的可能性。如果客艙內(nèi)機(jī)載設(shè)備的輻射敏感性設(shè)計(jì)電平高于計(jì)算結(jié)果，則不會(huì)出現(xiàn)干擾現(xiàn)象；如果客艙內(nèi)機(jī)載設(shè)備的輻射敏感性設(shè)計(jì)電平低于計(jì)算結(jié)果，則存在電磁干擾風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)模擬PED輻射發(fā)射，對(duì)飛機(jī)客艙內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)分布進(jìn)行計(jì)算，能夠?qū)赡艹霈F(xiàn)的輻射敏感現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，大大減少由于乘客使用PED而產(chǎn)生的電磁兼容風(fēng)險(xiǎn)，降低后期飛機(jī)更改設(shè)計(jì)的成本。同時(shí)該技術(shù)可以應(yīng)用到已有機(jī)型的改裝上，通過(guò)預(yù)測(cè)分析，對(duì)可能出現(xiàn)敏感性的機(jī)載設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，滿(mǎn)足飛機(jī)開(kāi)放乘客使用PED權(quán)限的要求，改善乘客飛行體驗(yàn)，提高飛機(jī)運(yùn)營(yíng)方的盈利能力。該預(yù)測(cè)技術(shù)具有一定的先進(jìn)性和良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]ED-130，GUIDANCE FOR THE USE OF PORTABLE ELECTRONIC DEVICES（PEDS）ON BOARD AIRCRAFT，December， 2006.

[2]RTCA/DO-307，Aircraft Design and Certification for Portable Electronic Device（PED） Tolerance，December 16，2008.

[3]RTCA/DO-294，Guidance on Allowing Transmitting Portable Electronic Devices （T-PEDs） on Aircraft，December 16，2008.

[4]李靖，張興國(guó).飛機(jī)電磁兼容預(yù)測(cè)分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].測(cè)控技術(shù)，2009，28（6）：79-81.

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