1 引言

    飛機安裝有大量的無線電收發(fā)設(shè)備，如機載導航、通信和客艙信息系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可能會受到機上其它電子電氣設(shè)備工作時輻射發(fā)射的電磁場影響。這個影響在新發(fā)布標準中定義為前門耦合干擾。在商用飛機設(shè)計過程中，機載接收機前門耦合干擾越來越受到適航審查的重視。因此在民用飛機設(shè)計之初即確定重要系統(tǒng)潛在的前門耦合干擾并加以避免是必要的。

2 基本原理

    機載接收機前門耦合是指機上電子電氣設(shè)備/部件輻射發(fā)射的電磁能量通過飛機縫隙、窗體等繞射至機載天線，從而對通信、導航接收機產(chǎn)生干擾，圖1示出了前門耦合干擾的機理。

圖1 前門耦合干擾機理

    從圖1可以看出，是否引起接收機前門耦合干擾取決于機載設(shè)備的輻射發(fā)射通過天線耦合到接收機天線端口的能量。因此，在分析前門耦合干擾時就必須分析機載設(shè)備的輻射發(fā)射在傳輸路徑上的衰減，即干擾路徑損耗（Interference Path Loss，IPL）。干擾路徑損耗只與傳輸路徑和媒介有關(guān)，與輻射源和敏感設(shè)備特性無關(guān)。所以，在分析前門耦合問題時，均可等效為對IPL的求解。

    若將機載設(shè)備的輻射發(fā)射看作為一個全向天線的輻射發(fā)射，那么對干擾路徑損耗的計算又可等效為兩部天線組成的二端口網(wǎng)絡(luò)S參數(shù)求解。

    常用的對S參數(shù)求解的方法有很多種，而本文采用了應(yīng)用較少的矩量法（MOM）。矩量法是一種基于積分方程的嚴格的數(shù)值方法，其精度主要取決于目標幾何建模精度和正確的基權(quán)函數(shù)的選擇及阻抗元素的計算。其思想主要是將幾何目標剖分離散，再定義合適的基函數(shù)，然后建立積分方程，用權(quán)函數(shù)檢驗從而產(chǎn)生一個矩陣方程，通過對該矩陣方程求解，得到幾何目標上的電流分布，從而得到其它近/遠場信息。

3 算法驗證

    在文獻中提到，通過建立機體簡化模型，采用時域有限差分方法（FDTD）對機載接收機前門耦合問題進行了仿真計算。為驗證MOM求解該問題的有效性，建立相同的模型分別采用FDTD和MOM方法進行求解。圖2為機體簡化模型，圖中A為模擬機載設(shè)備輻射發(fā)射的偶極子天線，B為安裝在飛機外部殼體上的機載天線。

圖2 機體簡化模型

    仿真計算的頻段為50MHz-500MHz，該頻段囊括了大部分易受前門耦合干擾的機載接收機工作頻段，計算結(jié)果如圖3所示。

圖3 為兩種不同算法得到的計算結(jié)果

    從圖3可以看出兩種方法的計算結(jié)果吻合較好。

4 算例分析

    在工程應(yīng)用中，干擾源設(shè)備遍布飛機內(nèi)部各艙室，包括駕駛艙、客艙、電子電氣設(shè)備艙（E/E艙）、貨艙等，多部機載天線位于機身背部和腹部。在建模時，還需要考慮艙門的縫隙和窗體結(jié)構(gòu)等。圖4為客機簡化模型。

圖4 客機簡化模型

    飛機E/E艙是機載設(shè)備集中安裝的區(qū)域，而位于機身腹部的甚高頻通信天線距離E/E艙最近，因此建立數(shù)學模型如圖5所示。

圖5 前門耦合天線布置

    圖5中，TX為發(fā)射天線，放置在E/E艙內(nèi)，模擬機載設(shè)備的輻射發(fā)射；RX為接收天線，模擬VHF通信天線。

    本算例使用商業(yè)軟件FEKO進行計算，頻段為118~137MHz，與VHF通信的工作頻段一致，目標為求解兩部天線端口間的S參數(shù)。

    為確保計算精度和計算量，網(wǎng)格刨分大小設(shè)為0.27m，約為最大頻率波長的8分之1。

    由于飛機窗體、縫隙尺寸較小，為確保精度，增大在其邊緣刨分密度，設(shè)置在其邊緣處的網(wǎng)格刨分大小為0.1m，刨分后的模型如圖6所示。

圖6 平面劃分后的網(wǎng)格模型

5 結(jié)果分析

    通過計算得到了VHF通信工作頻段內(nèi)的S參數(shù)，如圖7所示。

圖7 VHF-1收發(fā)機工作頻段的S參數(shù)

    從圖7中可以看出在125MHz頻點處，兩個天線之間的隔離度約為-33dBm。在國產(chǎn)某型支線飛機研制過程中，VHF通信在125MHz產(chǎn)生了較大噪聲，VHF收發(fā)機的靈敏度為-100dBm，可以確定安裝在電子電氣艙內(nèi)的設(shè)備輻射發(fā)射功率測量不應(yīng)超過-67dBm。按照該結(jié)論，對安裝在電子電氣艙電子電氣設(shè)備輻射發(fā)射功率進行檢查發(fā)現(xiàn)，飛控計算機（FCC）在125MHz的輻射發(fā)射功率約為-60dBm�？梢猿醪酱_定FCC可能是導致干擾的輻射源。

    為此在機上開展了VHF收發(fā)機的前門耦合測試。在FCC開機情況下，VHF天線端口125MHz處接收到較大信號，功率約為92dBm，在FCC關(guān)機情況下測量該信號消失�？梢娫撚嬎憬Y(jié)果不僅在研制階段可以指導工程設(shè)計，在飛機試飛階段同樣指導了飛機故障排除工作。

    本文提出的S參數(shù)等效仿真計算方法，經(jīng)過計算結(jié)果應(yīng)用于飛機排故工作的驗證，表明其具有較高的準確度和有效性，能夠滿足工程實際需求。同時在接收機前門耦合計算中，簡化了計算量并減少了建模復雜度。

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本文標題：基于FEKO的機載接收機前門耦合研究

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