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(tái)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(hào)， 無線信號(hào)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(hào)之間還會(huì)存在交調(diào)及互調(diào)， 其中電磁信號(hào)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(hào)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(hào)間發(fā)生混頻而產(chǎn)生的新頻率的信號(hào)， 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(hào)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(hào)，造成對接收設(shè)備的干擾。

2 機(jī)載WIFI 信號(hào)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(hào)的傳輸路徑非常復(fù)雜且多變， 不同類型和環(huán)境的信號(hào)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(hào)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(hào)從源端到接收端的路徑損耗可以大致了解無線信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)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(hào)源、 機(jī)載無線電系統(tǒng)的相關(guān)特性， 以及無線干擾信號(hào)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(hào)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(hào)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。