电磁兼容性试验在机载无线网络改装中的应用

摘 要：电磁兼容（EMC）是对电子产品在电磁场方面干扰强度（EMI）和抗干扰能力（EMS）的综合评定。本文旨在从理论上阐述电磁兼容性试验在机载无线网络改装中应用的必要性和可行性。

关键词：电磁兼容；试验；机载；改装

0 引言

随着中国经济的快速发展，为了抢占更多的市场，吸引更多的客源，航空公司在大量引进先进飞机的同时也更加关注对现有飞机系统的改装升级，以便于给乘客提供更舒适的乘坐体验。在飞机的一系列改装项目中，对乘客影响最大的就是对客舱的一系列改装，比如机载无线网络系统，视频点播系统等。这些改装除了要满足相应的系统和结构规范外，还必须要满足局方对电磁干扰的要求。本文以机载无线系统为例，阐述了电磁兼容性测试必要性和可行性，以及需要考虑的其他问题。

1 机载无线网络系统改装

机载无线网络是目前国内比较流行的一个客舱改装项目，它实际是对客舱娱乐系统的一种升级，同时又为今后空地通信或卫星通信改装服务于乘客打下了基础。此改装与空地改装或卫星通信改装相结合就可以实现机上上网的功能，即便不与其他系统结合，通过机载网络也可以让乘客使用自带的移动电子设备（如Ipad等）实现乘客对视频、音频、电子书籍以及网络购物等一系列客舱服务的需求，在提高乘机的舒适性的同时又免除了航空公司改造乘客座椅的大笔投入。

机载无线网络系统包括了服务器、区域分配器、控制面板，控制触摸屏、客舱内部天线和移动电子设备六个组成部分。服务器与控制触摸屏、控制面板集中安装在客舱内部的行李舱内。区域分配器和天线要根据舱位情况合理布局，以满足整个客舱内信号需求的要求。移动电子设备可能是笔记本、平板电脑或手机，可由航空公司配备或由乘客自带。

机载无线网络系统除可以与卫星通信或空地系统交联之外，还从飞机其他系统中获取ARINC429高度信号、登机门信号和飞机释压信号。高度信号和登机门信号的引入主要用于控制机载无线网络系统功能的开启时间，保证在飞机起飞、爬升、下降和进近等主要阶段系统被抑制，以免影响飞机的适航安全。飞机释压信号的引入主要用于在紧急情况下可以终止客舱娱乐服务，保证机组广播和应急通知等重要信息可以第一时间被乘客接收。

安装机载无线网络系统的飞机，乘客可以使用自带的ipad等便携式电子设备接收来自系统天线发送的无线信号，获取视频和音频信息。乘客自带的这些便携式电子设备对于机载敏感设备来说都是潜在的电磁骚扰元，这些设备是否会影响到现有飞机系统的正常工作，飞机其他系统的工作又是否会干扰到无线信号的正常传输，通过电磁兼容性测试可以对以上问题进行逐一验证。

根据CCAR-21-R3第21.95条的分类，无线网络改装由于涉及到重量和载重平衡的更改，且与飞机其他系统有信号交联，被归类为设计大改。

另外，根据CAAC的型号审定要求，对国外设计大改必须要申请补充型号合格证，所有的改装项目在上报局方进行审查时都需要有审定基础作为审查依据。审定基础是否全面准确充分体现了申请人对规章的熟悉程度。对于机载无线网络这类改装，局方认为规章的内容对改装项目覆盖不全面，会额外增加一些特殊的要求作为新增的审定基础。审定基础必须能够覆盖以上所有的内容，并通过不同的验证方法一一验证系统的功能以及对飞机或其他系统的影响能满足所有的要求。

在机载无线电改装项目的审定基础中，对于电磁兼容性实验的要求是比较特殊的。根据CCAR91.23的要求，在运行中的航空器上不得使用便携式电子设备，但又对部分种类电子设备的使用进行了豁免，其中就包括了该航空器运营人确定的认为不会干扰航空器航行获通信系统的其他便携式电子设备。由于机载无线网络改装中系统功能的实现依赖于天线发出的无线信号由乘客个人携带的的便携式电子设备（PED）进行接收， 天线以及PED都可能会给飞机其他系统或线路造成有意或无意辐射，进而可能会影响到其他系统的工作和信号传输的正确性，对系统电磁兼容性的试验也就成为了机载无线网络适航审定的内容之一。

2 电磁兼容性测试

我们平时所说的电磁干扰（Interference）是由于一种或多种发射、辐射、感应或其组合所产生的无用能量对电子设备的接收产生的影响，其表现为性能下降、误动或信息丢失，严重时出现设备损坏。装置、设备或系统面临电磁骚扰不降低运行性能的能力即为抗扰度（Immunity）。电磁敏感性（EMS）则是指在存在电磁骚扰的情况下，装置、设备或系统不能避免性能降低的能力。因此，电磁兼容（EMC）包括两个方面的要求：一是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；二是指设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。

电磁干扰对于航空器运行有一定的危害，由于旅客使用无线电设备（手机，调频收音机等）干扰飞机导航或通信系统正常运行的事故时有发生。2004年3月，一些飞行员的飞行记录中称三星SPH-N300型手机影响了机载GPS系统的正常工作，导致飞机与卫星失去联系。历史上还有飞行员报告过使用DVD播放器或调频收音机时造成导航系统出现大角度偏差的事故记录。我们在研究便携式电子设备对机载设备的干扰问题时，主要关心的是有意发射干扰源，特别是各种制式手机和具有无线局域网功能的乘客最易携带等级的便携式电子设备。

电磁兼容性试验来源于美国标准RTCA/DO-294和RTCA/DO-307，其中RTCA/DO-294主要应用与改装项目，对有意发射便携式电子设备在飞机上的的使用提供了指导性建议，而RTCA/DO-307则主要针对主机厂，对机载设备的敏感度进行测试，同时也定义了机载无线电设备间干扰路径损耗的测试方法，并可以用于飞机便携式电子设备的容限设计与认证。

对于我们现在普遍接触到便携式电子设备（PED），按照辐射发射的特性可以分为无意发射源和有意发射源两类。根据RTCA/DO-233发布的研究报告，在相同测试条件下，有意发射源的辐射强度普遍比无意发射源的辐射强度高100dB左右。但由于有意发射源的频率与机载系统频率有所不同，其辐射通过接收机天线对敏感设备产生的电磁干扰（IRA）实际上对飞机的影响非常低。无意发射源辐射也会通过设备天线进行耦合产生电磁干扰（NIRA），这部分干扰可能在某些飞行阶段可能或造成严重的后果，所以一般来说，机载无线电系统在规定高度以上才可以开放使用，而在滑行、起飞、进近、着陆等阶段都是禁止使用的。endprint

涉及电磁兼容问题的系统需要获得局方许可方可使用，具体的许可流程可归纳为以下几个步骤：（1）获得初步的系统信息；（2）制定符合性计划文件并与局方协调获得局方批准；（3）实施电磁兼容性分析和试验，同时要实施风险安全评估并采取缓解措施；

（下转第202页）

（上接第21页）

（4）评估人为因素；（5）编写T-PED技术报告并与局方协商获得局方批准；（6）建立“允许”和“禁止”政策；（7）保持长期的信息收集和过程改进。

系统装机后要对处于电磁环境下的飞机功能进行测试。测试前，要使用合适的电源给飞机电气系统供电，并用专用的地面电源给测试设备供电。理想的测试环境是飞机和任意障碍物（例如建筑物、金属结构或其他飞机）之间的距离不能小于200米，关闭所有接近门，安装接近飞机的舷梯，记录天线增益、测试设备的制造商、件号和其他相关信息。同时应及早和国家电信关系部门和频谱管理部门沟通，并对被测试系统先按照维修手册进行功能测试。

测试设备中最主要的一部分就是天线。试验用天线的安装数量以及位置都有明确的要求：（1）驾驶舱（离中央仪表盘1米和地板上1米）；（2）电子舱（在中央的地板滑轨上1米，需要3个天线）；（3）飞机无线系统的位置和天线；（4）典型的乘客为之（客舱地板上1.1米）；（5）窗户区域；（6）门区域；（7）机组休息区；（8）其他区域。

测试时，首先将信号频率设为最低值并再次降低10db，然后增加信号发生器直到达到最大值。如果发生干扰，以每步1db减小测试值直到干扰消失。按照1%的规则增加测试频率，重复上述过程直到达到最高频率。如果干扰发生，降低测试值直到干扰消失。对每个测试点至少保持10秒。

实际上，上述电磁干扰性测试是对机载无线网络系统是否会对飞机上其他系统造成干扰的验证，所以测试应该在改装之前，也就是系统功能验证的过程中就已经完成并形成报告作为审定依据。根据测试的结论，改装设计单位还应该就系统在今后运行中的一些使用注意事项给航空公司做出一定的建议，并由航空公司形成政策性文件在日常运行中进行实施。

3 总结

目前，航空公司对于PED的政策都是要求在飞行的关键阶段禁止乘客使用任何PED设备。在滑行、起飞、进近、着陆和在非正常以及应急情况下，所有非有意发射的PED均应处于完全关闭装套。而在飞机的所有阶段都禁止乘客使用任何有意发射的PED设备。所有的PED政策都应该包含在运行手册和机组手册中（如AFM，FCOM），且需要获得局方批准。

电磁干扰性测试是一个比较复杂的测试项目。在系统的设计阶段，通过电磁干扰测试可以获得大量的分析数据，并据此对系统部件进行相应的调整，使其满足装机的要求，并为后续的适航审定提供可靠的数据报告作为符合性依据。但由于该测试内容比较多，对测试设备的设置要求比较高，准确完成的完成整个测试还很难实现。目前，该项测试技术正处于研究和发展阶段，需要我们进一步探索和验证。

参考资料：

[1]RTCA/DO-294C Guidance on Allowing Transmitting Portable Electronic Devices （T-PEDS） on Aircraft.

[2]RTCA/DO-307 Aircraft Design and Certification for Portable Electronic Device （PED） Tolerance.

[3]CCAR-21 R3 民用航空器和零部件合格审定规定[S].

作者简介：宋青（1979-），女，山东济南人，工程师，主要从事：飞机航电系统维修、改装以及设计工作。endprint