一種新的PED對(duì)機(jī)載系統(tǒng)后門耦合干擾測(cè)試方法探索

代繼剛 梁小亮

摘 要：在民航客機(jī)上便攜式電子設(shè)備（Portable Electronic Device， PED）的使用已經(jīng)成為干擾機(jī)載電子電氣系統(tǒng)/設(shè)備不可忽視的潛在干擾源，因此，在民航客機(jī)研制過程中需要對(duì)其帶來的潛在干擾進(jìn)行有效的評(píng)估。該文提出了PED有意輻射對(duì)機(jī)載系統(tǒng)后門耦合干擾的低電平測(cè)試方法。

關(guān)鍵詞：PED 后門耦合 電場(chǎng)強(qiáng)度 感應(yīng)電流

中圖分類號(hào)：TN03 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）08（c）-0007-03

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，如筆記本電腦、平板電腦、手機(jī)、MP3/MP4播放器等，以便給乘客帶來更高端、更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，同時(shí)帶來更多的利潤。然而，這些PED輻射發(fā)射的電磁能量會(huì)對(duì)機(jī)載設(shè)備帶來潛在的電磁干擾威脅[1-4]。近些年來，不斷有PED干擾機(jī)載系統(tǒng)的事件被報(bào)道，如有飛行員在飛行記錄中稱三星SPH-N300型手機(jī)影響了機(jī)載GPS的正常工作，導(dǎo)致飛機(jī)與衛(wèi)星失去連接；在另一次航班上，飛行員發(fā)現(xiàn)當(dāng)打開一個(gè)DVD播放器時(shí)，機(jī)載導(dǎo)航系統(tǒng)出現(xiàn)了一個(gè)30°的偏差，在關(guān)閉這個(gè)播放器后，系統(tǒng)恢復(fù)了正常[5]。為此，美國國家航空航天管理局針對(duì)PED對(duì)機(jī)載設(shè)備的干擾問題發(fā)布了相關(guān)研究報(bào)告，表明持續(xù)使用手機(jī)等存在射頻能量發(fā)射的便攜式電子設(shè)備可能對(duì)全球定位系統(tǒng)等機(jī)載高靈敏度接收機(jī)的正常工作產(chǎn)生影響。自20世紀(jì)80年代以來，美國航空無線電委員會(huì)頒布了一系列關(guān)于民用客機(jī)PED電磁防護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)，包括DO-199、DO-233和DO-294[6]，直至2007年頒布的DO-307[7]。

1 后門耦合機(jī)理

根據(jù)DO-307的分析，PED無意發(fā)射耦合干擾機(jī)載接收機(jī)（前門耦合）與PED有意輻射發(fā)射直接耦合進(jìn)設(shè)備或設(shè)備連接電纜（后門耦合）需要在飛機(jī)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證階段考慮，所以該文中后門耦合的主要研究內(nèi)容是PED有意輻射發(fā)射對(duì)設(shè)備或線纜的干擾測(cè)試。

對(duì)于指定的敏感設(shè)備，其敏感度電平也是分為傳導(dǎo)敏感性和輻射敏感性，而且其傳導(dǎo)敏感性和輻射敏感性的電平是其設(shè)備或系統(tǒng)本身的固有屬性，當(dāng)傳導(dǎo)電平或輻射電平超過其自身的承受限值時(shí)，就會(huì)失效，如圖1所示。

由于電磁信號(hào)本身的特性，所以敏感設(shè)備在低頻（400 MHz以下）是以傳導(dǎo)形式被干擾，而在高頻更容易場(chǎng)干擾（100 MHz以上）。當(dāng)PED作為干擾源，其有意輻射場(chǎng)甚電平如果超出該設(shè)備的敏感性電平時(shí)，則其功能可能受到影響甚至失效或降級(jí)。

2 后門耦合測(cè)試方法

由于T-PED（PED with Transmitt

ing Capabilities）的有意輻射，所以在設(shè)計(jì)初期要求在機(jī)上允許使用PED區(qū)域附近安裝的電子設(shè)備具備一定的抗干擾能力，RTCA DO-307推薦了機(jī)載設(shè)備鑒定試驗(yàn)輻射敏感度電平的最低要求。但是從飛機(jī)設(shè)計(jì)驗(yàn)證角度來講，仍然需要開展機(jī)上試驗(yàn)來檢驗(yàn)T-PED的耦合干擾情況。

ED-130中推薦的T-PED后門耦合干擾機(jī)上測(cè)試方法，是將模擬的T-PED輻射源置于飛機(jī)內(nèi)部，同時(shí)定性檢查機(jī)載設(shè)備的工作狀態(tài)是否出現(xiàn)異常[8]。如圖2所示，將T-PED模擬輻射源天線主要放置于飛機(jī)內(nèi)部允許使用T-PED的區(qū)域，如客艙前部、中部和后部，以及駕駛艙和貨艙等，試驗(yàn)時(shí)通過信號(hào)發(fā)生器提供連續(xù)波或脈沖波形信號(hào)，經(jīng)功率放大器將信號(hào)放大輸出至T-PED模擬輻射源天線，同時(shí)檢查機(jī)載系統(tǒng)/設(shè)備的工作情況。在試驗(yàn)前，需要確定T-PED模擬輻射源天線的有效全向輻射功率（EIRP）等，并選擇合適的輻射天線。模擬輻射源天線的EIRP主要取決于T-PED的無線信號(hào)傳輸類型和標(biāo)準(zhǔn)，如GSM900型移動(dòng)電話，其信號(hào)調(diào)制類型為GMSK，工作上行頻率為876～915 MHz，下行頻率為921～960 MHz，0.1 m處的輻射場(chǎng)強(qiáng)為77 V/m，即要求模擬輻射源天線的EIRP為2 W。

3 低電平測(cè)試方法

上節(jié)的試驗(yàn)方法可以全面、直觀的檢查T-PED對(duì)機(jī)載電子設(shè)備的干擾情況，但也存在許多不足之處。在實(shí)際應(yīng)用中，該方法更適合用于改裝飛機(jī)或新研飛機(jī)的適航驗(yàn)證試驗(yàn)，因?yàn)樵陂_展這項(xiàng)試驗(yàn)時(shí)，飛機(jī)構(gòu)型已達(dá)到取證狀態(tài)，機(jī)載系統(tǒng)能否正常工作是試驗(yàn)的最終判據(jù)。如果在飛機(jī)研制過程中開展這項(xiàng)試驗(yàn)，會(huì)因系統(tǒng)構(gòu)型的變化而導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果的無效，而且對(duì)功率放大器的要求非常高，不適合外場(chǎng)測(cè)試，并且高電平的輻射試驗(yàn)具有一定的風(fēng)險(xiǎn)。因此，該論文提出了一種新的T-PED后門耦合試驗(yàn)方法，即低電平歸一化試驗(yàn)方法。

根據(jù)T-PED后門耦合機(jī)理，其輻射發(fā)射信號(hào)的電場(chǎng)強(qiáng)度是導(dǎo)致機(jī)載設(shè)備干擾的決定因素。對(duì)機(jī)載設(shè)備來說，是否會(huì)被干擾取決于其輻射敏感度和傳導(dǎo)敏感度。因此，在試驗(yàn)中可縮小T-PED模擬輻射源天線的EIRP，使其在1 m遠(yuǎn)距離的輻射場(chǎng)強(qiáng)歸一化為1 V/m，然后測(cè)量機(jī)載設(shè)備安裝環(huán)境的電場(chǎng)強(qiáng)度與其連接線纜上的傳導(dǎo)感應(yīng)電流，再根據(jù)關(guān)注的T-PED通信標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)參數(shù)將測(cè)量結(jié)果外推，之后將其和被測(cè)設(shè)備的輻射敏感度和傳導(dǎo)敏感度進(jìn)行對(duì)比，來分析是否可能出現(xiàn)干擾。T-PED模擬輻射源天線的EIRP與輻射場(chǎng)強(qiáng)度E之間的關(guān)系如公式（1）所示。

（1）

其中，r為距離輻射源天線的距離；EIRP為輻射源天線的有效全向輻射功率；為。

測(cè)試外推的放大倍數(shù)d可通過公式（2）得到。

（2）

其中，為T-PED模擬輻射源在1 m遠(yuǎn)的場(chǎng)強(qiáng)；為歸一化后T-PED模擬輻射源在1m遠(yuǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，一般為1 V/m。

T-PED后門耦合干擾低電平歸一化測(cè)量方法同上節(jié)介紹的方法最大的不同之處在于降低了T-PED模擬輻射源天線的輻射功率和試驗(yàn)結(jié)果的判定方法。

3.1 艙室電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量

將T-PED模擬輻射源天線放置在客艙內(nèi)部走廊位置，場(chǎng)強(qiáng)接收天線放置在駕駛艙中央操作臺(tái)上方。T-PED模擬輻射源天線選擇在100 MHz～350 MHZ頻段內(nèi)使用雙錐天線，350 MHz～500 MHz頻段范圍內(nèi)使用偶極子天線，如圖3所示。接收天線放置于駕駛艙，如圖4所示。

試驗(yàn)前，發(fā)射天線的輻射場(chǎng)強(qiáng)在電波暗室中進(jìn)行了1 m距離校準(zhǔn)，校準(zhǔn)場(chǎng)強(qiáng)歸一化為1 V/m。試驗(yàn)過程中，以連續(xù)波調(diào)制方式進(jìn)行輻射發(fā)射，信號(hào)頻率范圍為100 MHz～500 MHz，頻率間隔為2 MHz，測(cè)量結(jié)果曲線如圖5所示。

3.2 機(jī)上電纜感應(yīng)電流測(cè)量

T-PED模擬輻射源天線位置和激勵(lì)信號(hào)不變，選擇被測(cè)電纜為駕駛艙至客艙后部沿走廊敷設(shè)的屏蔽雙絞線，電纜兩端為模擬負(fù)載，屏蔽層接地，電流探頭布置在距待測(cè)端點(diǎn)約5 cm位置，如圖6所示。圖7為線纜感應(yīng)電流測(cè)試結(jié)果。

4 結(jié)語

該文依據(jù)T-PED輻射耦合干擾機(jī)載設(shè)備的機(jī)理，介紹了T-PED后門耦合機(jī)上測(cè)試方法，同時(shí)提出了低電平測(cè)試方法，即通過測(cè)量T-PED輻射場(chǎng)在飛機(jī)主要功能艙室內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度和線纜上的感應(yīng)電流的方法，來評(píng)估、分析T-PED對(duì)機(jī)載設(shè)備帶來的潛在威脅。

參考文獻(xiàn)

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[8] EUROCAE ED-130，Guidance For The Use Of PortablLe Electronic Devices （Peds） on Board Aircraft.