系留无人机系统电磁兼容性分析及整改

魏志强，陈明，宋金华，黄锦元

（同方电子科技有限公司，江西九江，332002）

0 引言

系留无人机已广泛应用于车载移动通信系统、消防现场指挥、车载光电侦察系统、无人机遥控站、舰载预警雷达系统、舰载通信系统、国土防空等领域。

由于地球表面曲率或障碍物遮挡影响，无线电波视距传播受限，通过无人机（无线设备）的升空增加海拔高度，可以改善无线电波的传播效果，提升无线设备接收性能。本文针对某系留无人机超短波侦察接收系统，实际使用效果不理想的电磁兼容性问题进行分析排查整改[1]。

1 系统简介及干扰模型

系统包括飞控平台、任务平台及地面设备部分。其该功能及干扰模型图如下：

图1 系统功能及干扰模型图

如图1所示，系统主要有三部分组成：无人机飞控平台、任务平台、地面设备。飞控平台包括有：在机舱内的电源及其它控制等电路部分，机舱外部的六根可拆卸旋翼机臂、两个GPS差分天线、一根飞控天线；任务平台包括有：机舱内的超短波接收机、机舱外部的五根超短波有源天线；任务平台与飞控平台的连接线缆在机舱外，该线缆为电源、网线的复合线缆；地面设备包括有电源及控制部分。

如图1所示，系统中可能导致系统实际使用效果不理想的电磁干扰有：无人机机舱缝隙电磁泄漏；GPS差分天线电磁辐射；飞控天线电磁辐射；旋翼机臂电磁辐射；电源/网线电磁辐射；地面设备及系留线缆电磁辐射；上述辐射信号被任务天线接收导致系统接收效果差。

2 干扰现象

系统接收效果差，终端显示接收频谱底噪较高，有用信号被淹没在底噪干扰中。如图2所示为整改前系统的接收频谱。

图2 整改前系统接收频谱

3 干扰排查分析整改

初步怀疑无人机系统自身产生的电磁干扰信号被系统天线接收到，有用信号被淹没在自身干扰信号中，导致系统使用效果差。

为了进一步深入的分析排查无人机的干扰信号情况，在暗室搭建系统模拟工作平台，用频谱仪（测试频段为30MHz～500MHz）对系统接收天线上（五根中的任一根）接收的信号干扰情况进行测试分析。

3.1 电磁环境及初始状态测试

3.1.1 电磁环境测试

为了便于对比分析，首先对暗室电磁环境测试进行测试。用电池只给系统天线供电，其它设备电路都不上电，电磁环境频谱如下图3。

图3 暗室环境测试

如图3所示，其中谱线上的尖峰干扰是测试使用的频谱仪工作时产生的干扰信号被系统天线接收到。

3.1.2 初始状态测试

系统按正常工作状态加电，系统天线接收到的干扰频谱如下图4。

图4 系统初始状态测试

如图4所示，系统天线接收到的信号频谱底噪被明显抬高，其底噪走势与图1系统实际飞行工作时接收频谱的底噪走势基本一致。

3.2 GPS差分天线干扰分析及整改

3.2.1 干扰分析

利用排除法来查找系统中的干扰源[2]，首先拆除靠近测试天线的一个GPS差分天线，测试结果如下图5所示。

图5 拆除一个GPS差分天线测试

如图5所示，与图4对比，频谱中100MHz频段附近的底噪干扰明显降低。

再拆除远离测试天线的一个GPS差分天线，测试结果如下图6所示。

图6 拆除另一个GPS差分天线测试

如图6所示，与图4对比，频谱中100 MHz频段附近的底噪干扰基本消除。

对比图4、图5、图6分析，系统中的GPS差分天线是一个较大的干扰源，在100MHz附近频段干扰幅度约10dB。该天线射频线缆自机舱内部直接穿出，射频线缆耦合了机舱内部的干扰噪声后通过GPS差分天线对外辐射产生干扰[3]。

3.2.2 整改措施

根据以上分析，采取的整改措施为：GPS差分天线的射频线缆在机舱内部出舱部位卡磁环（FC-CF-80）并绕一圈，该磁环可以有效的抑制射频线缆上的高频共模噪声[4]。该磁环为镍锌材料，其频率特性如下图7所示。

图7 FC-CF-80频率特性

3.2.3 整改效果

两根GPS差分天线的射频线缆按上述措施整改后进行复测，其测试结果与图6基本相似，GPS差分天线带来的电磁干扰基本消除。GPS差分天线的整改效果明显。

3.3 飞控天线干扰分析及整改

3.3.1 干扰分析

飞控平台的飞控天线也是直接自机舱缝隙穿出。根据对GPS差分天线的分析整改经验，飞控天线也可能耦合内部干扰信号，并通过该天线对外辐射产生电磁干扰。

3.3.2 整改措施

根据以上分析，采取的整改措施为：飞控天线的射频线缆在机舱内部出舱部位卡磁环（FC-CF-80）并绕一圈。

3.3.3 整改效果

飞控天线整改后进行复测，结果如下图8。

图8 飞控天线整改后测试

如图8所示：飞控天线整改后，在250 MHz～350 MHz频段，系统接收频谱的底噪干扰下降明显。飞控天线的整改效果明显。

3.4 任务设备干扰分析及整改

3.4.1 干扰分析

任务设备为一台多通道超短波接收机，排查任务设备干扰时，飞控平台都不上电，只给任务设备供电。频谱仪接收到的干扰情况如图9。

图9 任务设备整改前测试

如图9所示，与图3对比，频谱中多了一些尖峰干扰，这些尖峰干扰主要是接收机的时钟及其谐波信号。其泄漏途径可能为接收机的电源输入线、接收机外壳缝隙。接收机的外形结构如图10。

图10 接收机外型结构

如图10所示，接收机为几个相同的接收单元层叠起来，用印制板来分隔。印制板板材的非导电性，导致该部位长条缝隙的电磁泄漏[5]。

3.4.2 整改措施

电源输入端口位置增加高频电容；接收机外壳缝隙贴铜箔胶带进行屏蔽。

3.4.3 整改效果

整改后其尖峰干扰基本消除，测试结果与图3基本一致。任务设备的整改效果明显。

3.5 电源网线复合线缆干扰分析整改

系统中的飞控平台与任务平台的互联线缆是一根复合屏蔽线缆，里面包括有任务设备供电的12V电源线、与任务设备通信的网线。该线缆虽然是屏蔽线缆，但在150MHz左右仍有些干扰信号。进一步排查发现，机舱的圆形连接器法兰盘安装部位有油漆，连接器接地不良导致该部位有电磁泄漏。把该部位的油漆清除干净并垫导电衬垫后再测试[6]，该部位无电泄漏。

3.6 其它部位干扰分析整改

其它部位如：机舱外壳内部已衬了屏蔽材料，具有一定的电磁屏蔽效能，在接收机整改后机舱缝隙泄漏没有再带来明显的电磁干扰；旋翼机臂与机舱连为一体，其没有暴露在机舱外部的线缆及电路部分，旋翼机臂没有带来明显的电磁干扰；飞控平台的高压DC/DC电源的电源输入端已设计有专用的电源滤波器，地面设备得到电源输出端也已设计有专用的电源滤波器，地面设备及系留线缆没有带来明显的电磁干扰。这些部位不用整改。

4 整改效果

4.1 整改效果内场测试

无人机系统整改后，在暗室内上电进行复测，测试结果如下图：

图11 系统整改后测试

如图11所示，与图4对比，系统整改后接收频谱的底噪得到有效的抑制。系统整改效果明显。

4.2 整改效果飞行测试

整改后无人机系统在室外进行飞行复测，并与整改前的接收频谱进行对比，飞行复测如下图：

图12 改进后系统接收频谱

结论：如图12所示，与图3对比，整改后系统接收频谱的底噪有近10dB的降低，系统接收效果改善明显。这次整改是成功的有效的。

5 结束语

通过对无人机系统的电磁干扰排查分析，提出该系统得改进建议和措施：GPS差分天线和飞控天线的射频线缆通过机舱壁高频连接器转接引出，或在机舱内加磁环滤波；网络和电源线缆改善连接器接地；接收机电源输入端加高频贴片电容,加强屏蔽，印制板边缘金属化。

通过这次整改，详细的测试分析了系统的电磁辐射发射干扰情况。结合在整改中的措施，为本系统的后续研制改进，提出电磁兼容性设计改进建议措施。