羅縣文 張 劍 陳芙蓉

（上海工程技術(shù)大學(xué)航空運(yùn)輸學(xué)院，中國 上海 200000）

0 引言

隨著無線網(wǎng)絡(luò)802.11 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的日益廣泛， 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(lián)網(wǎng)的終端從早期的臺式電腦逐漸轉(zhuǎn)化為手機(jī)、 平板等便攜式電子設(shè)備， 人們?nèi)粘Ｉ钤絹碓诫x不開網(wǎng)絡(luò)。 然而， 飛機(jī)作為為數(shù)不多的禁止使用手機(jī)或開啟WIFI 的公共場所，無疑對已經(jīng)習(xí)慣于隨時(shí)隨地接入網(wǎng)絡(luò)的乘客帶來諸多不便以及不太好的飛行體驗(yàn)。

飛機(jī)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(dǎo)航監(jiān)視等機(jī)載電子設(shè)備來保障飛行安全。 乘客攜帶的諸如移動(dòng)電話和平板電腦之類的電子設(shè)備接入無線網(wǎng)絡(luò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁輻射， 可能對機(jī)艙各類機(jī)載電子設(shè)備造成干擾， 并有可能耦合到設(shè)備線纜或機(jī)艙外部的各類天線， 影響飛機(jī)的導(dǎo)航與通信系統(tǒng)。 除此之外， 飛機(jī)的通信導(dǎo)航系統(tǒng)與手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備所占用的頻段與Wi-Fi 無線發(fā)射設(shè)備可能存在交調(diào)、互調(diào)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(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)設(shè)備，在飛機(jī)上加裝機(jī)載WIFI 無線接入系統(tǒng)，可能會(huì)影響飛機(jī)各類電子設(shè)備的正常運(yùn)行， 甚至?xí){飛機(jī)的飛行安全。 目前大多數(shù)航空公司禁止在飛機(jī)上使用手機(jī)等電子設(shè)備，以保證機(jī)載電子設(shè)備的正常運(yùn)行[1-2]。 另一方面，是否加裝機(jī)載WIFI 接入系統(tǒng)來為乘客提供飛行中的寬帶上網(wǎng)， 是提高乘客飛行體驗(yàn)的重要需求。 迫切的市場需求與實(shí)際的安全威脅相矛盾。

1 飛機(jī)電磁干擾分析

無線通信系統(tǒng)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(shè)備通過天線接收， 對于其他無線電子設(shè)備而言形成了電磁干擾。有許多不同的無線通信系統(tǒng)， 但任何電磁干擾問題必須同時(shí)具有三個(gè)元素： 電磁干擾源、 耦合路徑以及敏感設(shè)備，如圖1 所示。

飛機(jī)上最易受到電磁干擾的敏感接收設(shè)備包括通信、導(dǎo)航和監(jiān)視系統(tǒng)。 其中，機(jī)載通信系統(tǒng)主要包括甚高頻通信系統(tǒng)VHF、高頻通信系統(tǒng)HF 等，機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)主要有ILS 系統(tǒng)（包括航向信標(biāo)系統(tǒng)LOC，下滑道系統(tǒng)GS 等）、甚高頻全向信標(biāo)系統(tǒng)VOR、測距機(jī)DME、無指向性無線電信標(biāo)NDB 等，機(jī)載監(jiān)視系統(tǒng)主要有空中交通管制ATC、自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)ADS 等。

當(dāng)無線電子設(shè)備的數(shù)量較大時(shí)， 電磁輻射總量將大大增加， 不同頻率的電磁信號之間還會(huì)存在交調(diào)及互調(diào)， 其中電磁信號間的互調(diào)干擾對電子設(shè)備的干擾最為嚴(yán)重。 當(dāng)多個(gè)干擾信號通過天線或線纜耦合進(jìn)入設(shè)備后， 由于電子元器件器件的非線性特點(diǎn)， 信號間發(fā)生混頻而產(chǎn)生的新頻率的信號， 新頻率如果接近接收設(shè)備的調(diào)制解調(diào)頻率時(shí)， 就有可能被濾波器選通，進(jìn)而被后續(xù)放大電路進(jìn)一步放大， 從而干擾機(jī)載設(shè)備正常工作。 如兩個(gè)頻率為ωα和ωb的信號通過天線耦合進(jìn)入機(jī)載接收設(shè)備，即：

則通過元器件的非線性特性混頻產(chǎn)生的新頻率為：

其中，ai為系數(shù)， 隨著諧波次數(shù)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(shù)m 和n 的組合， 可以產(chǎn)生許多新的頻率信號，造成對接收設(shè)備的干擾。

2 機(jī)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(huán)境下無線干擾信號的傳輸路徑非常復(fù)雜且多變， 不同類型和環(huán)境的信號干擾， 需要建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行理論或仿真分析[4]。

在機(jī)艙環(huán)境中，IPL 是機(jī)艙中的個(gè)人電子設(shè)備干擾信號與機(jī)外各系統(tǒng)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(jì)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(diǎn)， 可計(jì)算發(fā)射功率、 接收功率等參數(shù)， 所以建立傳輸路徑模型的重點(diǎn)是計(jì)算IPL， 本文使用高頻仿真軟件CST MWS 計(jì)算IPL。

路徑損耗可用機(jī)載系統(tǒng)天線接收到的干擾信號功率與個(gè)人電子設(shè)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(jī)載WIFI 信號干擾耦合途徑

為分析機(jī)艙內(nèi)個(gè)人電子設(shè)備及WIFI 干擾信號對機(jī)載設(shè)備的電磁干擾， 需要深入分析機(jī)艙內(nèi)干擾信號源、 機(jī)載無線電系統(tǒng)的相關(guān)特性， 以及無線干擾信號的耦合路徑。 機(jī)艙內(nèi)個(gè)人電子設(shè)備發(fā)射的無線信號耦合到機(jī)載通信導(dǎo)航設(shè)備主要有兩種方式， 一是通過天線耦合進(jìn)入， 對機(jī)載系統(tǒng)接收機(jī)直接產(chǎn)生干擾； 二是通過線纜或元器件感應(yīng)， 耦合等進(jìn)入電路內(nèi)部系統(tǒng)，進(jìn)而對機(jī)載設(shè)備產(chǎn)生干擾。

4 結(jié)束語

本文主要從電磁干擾產(chǎn)生的3 個(gè)條件進(jìn)行了初步分析，對乘客個(gè)人電子設(shè)備、機(jī)載WIFI 系統(tǒng)對機(jī)載通信導(dǎo)航設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾進(jìn)行了探討。 對機(jī)艙內(nèi)電子設(shè)備與通信導(dǎo)航系統(tǒng)電磁干擾進(jìn)行了定性分析， 需要后續(xù)建立飛機(jī)模型來模擬飛機(jī)內(nèi)部構(gòu)造， 并采用數(shù)學(xué)模型描述機(jī)艙內(nèi)復(fù)雜環(huán)境及電子設(shè)備間信號耦合的強(qiáng)度和路徑， 以便更加完整和精確的分析個(gè)人電子設(shè)備、Wi-Fi 接入系統(tǒng)對機(jī)載無線電設(shè)備的干擾。