商用飞机便携式电子设备电磁干扰源预测分析研究

摘 要：商用飞机便携式电子设备电磁干扰源预测分析技术能够在飞机研发阶段进行干扰源预测和定位分析，以及在营运阶段的实时监测起到非常重要的作用，为商用飞机开放乘客使用便携式电子设备提供技术支持。利用便携式电子设备干扰源预测分析技术，能够在飞机研制早期为机载设备的电磁防护设计提供设计输入依据，避免后期飞机设计更改带来的技术和成本风险；同时能够为已有机型的改装提供依据，确保飞机在改装后能够满足局方适航审定的要求。

关键词：便携式电子设备 预测分析 电磁干扰 电磁防护设计

中图分类号：V240.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（a）-0018-02

随着互联网和移动通信业务的飞速发展，越来越多的航空公司期望能够在飞机上使用便携式电子设备（Portable Electronic Device， PED），如笔记本电脑、平板电脑、手机、MP3/MP4播放器等，以便给乘客带来更高端、更优质的服务，同时带来更多的利润。然而，这些PED辐射发射的电磁能量会对机载设备带来潜在的电磁干扰威胁。早在2003年，美国国家航空航天管理局（NASA）就曾针对PED对机载设备的干扰问题了两份研究报告，认为连续地使用手机等存在射频发射的电子设备，会影响驾驶舱内全球定位系统（Global Positioning System，GPS）接收机等精密仪器的正常工作，并且会降低机载敏感设备的安全预量。

目前，国外已有对商用飞机内部进行预测分析和实时监测的系统，并制定了相关的标准规范[1-3]。戴姆勒-奔驰航天空中客车公司研发出飞机客舱电磁环境实时监测系统，能够准确定位客舱内辐射干扰源及其干扰电平，并将记录的监测信息提供给飞机驾驶员及乘务人员。

国内对复杂系统的电磁环境预测进行过相关研究[4-5]，但对商用飞机PED电磁辐射干扰的预测分析还处于刚刚起步阶段，并未开展实时监测系统的相关研究。该论文在商用飞机开放使用PED的状态下，以新研的商用飞机为模型，对可能存在的便携式电子设备的电磁干扰源进行了预测分析。

1 干扰源预测分析方法

便携式电子设备作为辐射干扰源，对机载设备主要存在两种干扰方式，即前门干扰和后门干扰[1-2]，其原理如图1所示[1]。

标准ED-130中对大部分PED的辐射能量大小进行了统计分析[1]。在进行干扰源预测分析时，利用发射天线来模拟便携式电子设备的辐射发射，模拟天线的辐射发射电平根据ED-130中的统计值进行校准，其校准示意图如图2所示。

该论文利用仿真的方法对PED的干扰源进行预测分析和定位计算。仿真时直接在模拟辐射天线端口加载输入功率，直到在约定的距离产生规定的场强值。利用仿真软件对飞机客舱内的电磁场进行仿真，可以得到飞机客舱内的场强分布。

2 干扰源预测仿真分析

2.1 仿真模型的构建

基于国内新研商用飞机的模型，对飞行客舱进行简化设计，建立仿真模型，如图3所示。

飞机客舱为纯金属蒙皮，客舱地板和飞机内部座椅简化为介质材料，利用飞机结构的对称性进行仿真计算。

2.2 模拟辐射发射输入分析

选取CDMA2000通信制式下的工作频率（选取频点1850MHz）和辐射电平进行模拟仿真，单个PED的辐射电平定义可以参考ED-130中的定义[1]。

考虑到最严酷的情况，商用飞机在运营过程中存在多个PED同时辐射发射的情况，当多个PED设备同时发射时电磁场在客舱内部存在叠加效应，即多设备影响因子（Multiple Equipment Factor，MEF）。MEF与PED间的间距和数目有关[1]，而PED数目又与商用飞机的机型有关，因此不同的机型，多设备影响因子也存在差异，其统计值如表1所示。

仿真时根据在研机型进行选取MEF，即选取128座、间距为0.75m的机型进行分析，MEF=13dB。考虑MEF影响后，模拟辐射天线输入端口的能量为单个PED工作功率（dB）加上MEF（dB）值。

2.3 仿真结果分析

根据飞机客舱模型和模拟天线输入功率的设计，通过仿真软件计算得到飞机客舱内部的场强分布。由于PED使用位置的随机性，仿真时模拟发射天线的位置选取客舱前部、客舱中部和客舱尾部三个典型位置进行计算。

模拟发射天线位于客舱前部时的计算结果如图4所示。

模拟发射天线位于客舱中部时的计算结果如图5所示。

模拟发射天线位于客舱尾部时的计算结果如图6所示。

根据三个典型位置客舱场强仿真结果，与飞机客舱内机载设备的辐射敏感性设计电平值进行对比分析，可以得到机载设备在PED有意辐射状态下出现电磁干扰的可能性。如果客舱内机载设备的辐射敏感性设计电平高于计算结果，则不会出现干扰现象；如果客舱内机载设备的辐射敏感性设计电平低于计算结果，则存在电磁干扰风险。

3 结语

通过模拟PED辐射发射，对飞机客舱内的场强分布进行计算，能够对可能出现的辐射敏感现象进行预测分析，大大减少由于乘客使用PED而产生的电磁兼容风险，降低后期飞机更改设计的成本。同时该技术可以应用到已有机型的改装上，通过预测分析，对可能出现敏感性的机载设备进行优化，满足飞机开放乘客使用PED权限的要求，改善乘客飞行体验，提高飞机运营方的盈利能力。该预测技术具有一定的先进性和良好的社会经济效益。

参考文献

[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，张兴国.飞机电磁兼容预测分析系统设计[J].测控技术，2009，28（6）：79-81.

[5]夏惠诚，毛建舟，张景悦.舰载电子设备电磁兼容性分析[J].舰船电子工程，5期，2005，25（1）：127-130.