1 引言
飞机安装有大量的无线电收发设备，如机载导航、通信和客舱信息系统。这些系统可能会受到机上其它电子电气设备工作时辐射发射的电磁场影响。这个影响在新发布标准中定义为前门耦合干扰。在商用飞机设计过程中，机载接收机前门耦合干扰越来越受到适航审查的重视。因此在民用飞机设计之初即确定重要系统潜在的前门耦合干扰并加以避免是必要的。
2 基本原理
机载接收机前门耦合是指机上电子电气设备/部件辐射发射的电磁能量通过飞机缝隙、窗体等绕射至机载天线，从而对通信、导航接收机产生干扰，图1示出了前门耦合干扰的机理。
图1 前门耦合干扰机理
从图1可以看出，是否引起接收机前门耦合干扰取决于机载设备的辐射发射通过天线耦合到接收机天线端口的能量。因此，在分析前门耦合干扰时就必须分析机载设备的辐射发射在传输路径上的衰减，即干扰路径损耗（Interference Path Loss，IPL）。干扰路径损耗只与传输路径和媒介有关，与辐射源和敏感设备特性无关。所以，在分析前门耦合问题时，均可等效为对IPL的求解。
若将机载设备的辐射发射看作为一个全向天线的辐射发射，那么对干扰路径损耗的计算又可等效为两部天线组成的二端口网络S参数求解。
常用的对S参数求解的方法有很多种，而本文采用了应用较少的矩量法（MOM）。矩量法是一种基于积分方程的严格的数值方法，其精度主要取决于目标几何建模精度和正确的基权函数的选择及阻抗元素的计算。其思想主要是将几何目标剖分离散，再定义合适的基函数，然后建立积分方程，用权函数检验从而产生一个矩阵方程，通过对该矩阵方程求解，得到几何目标上的电流分布，从而得到其它近/远场信息。
3 算法验证
在文献中提到，通过建立机体简化模型，采用时域有限差分方法（FDTD）对机载接收机前门耦合问题进行了仿真计算。为验证MOM求解该问题的有效性，建立相同的模型分别采用FDTD和MOM方法进行求解。图2为机体简化模型，图中A为模拟机载设备辐射发射的偶极子天线，B为安装在飞机外部壳体上的机载天线。
图2 机体简化模型
仿真计算的频段为50MHz-500MHz，该频段囊括了大部分易受前门耦合干扰的机载接收机工作频段，计算结果如图3所示。
图3 为两种不同算法得到的计算结果
从图3可以看出两种方法的计算结果吻合较好。
4 算例分析
在工程应用中，干扰源设备遍布飞机内部各舱室，包括驾驶舱、客舱、电子电气设备舱（E/E舱）、货舱等，多部机载天线位于机身背部和腹部。在建模时，还需要考虑舱门的缝隙和窗体结构等。图4为客机简化模型。
图4 客机简化模型
飞机E/E舱是机载设备集中安装的区域，而位于机身腹部的甚高频通信天线距离E/E舱最近，因此建立数学模型如图5所示。
图5 前门耦合天线布置
图5中，TX为发射天线，放置在E/E舱内，模拟机载设备的辐射发射；RX为接收天线，模拟VHF通信天线。
本算例使用商业软件FEKO进行计算，频段为118~137MHz，与VHF通信的工作频段一致，目标为求解两部天线端口间的S参数。
为确保计算精度和计算量，网格刨分大小设为0.27m，约为最大频率波长的8分之1。
由于飞机窗体、缝隙尺寸较小，为确保精度，增大在其边缘刨分密度，设置在其边缘处的网格刨分大小为0.1m，刨分后的模型如图6所示。
图6 平面划分后的网格模型
5 结果分析
通过计算得到了VHF通信工作频段内的S参数，如图7所示。
图7 VHF-1收发机工作频段的S参数
从图7中可以看出在125MHz频点处，两个天线之间的隔离度约为-33dBm。在国产某型支线飞机研制过程中，VHF通信在125MHz产生了较大噪声，VHF收发机的灵敏度为-100dBm，可以确定安装在电子电气舱内的设备辐射发射功率测量不应超过-67dBm。按照该结论，对安装在电子电气舱电子电气设备辐射发射功率进行检查发现，飞控计算机（FCC）在125MHz的辐射发射功率约为-60dBm。可以初步确定FCC可能是导致干扰的辐射源。
为此在机上开展了VHF收发机的前门耦合测试。在FCC开机情况下，VHF天线端口125MHz处接收到较大信号，功率约为92dBm，在FCC关机情况下测量该信号消失。可见该计算结果不仅在研制阶段可以指导工程设计，在飞机试飞阶段同样指导了飞机故障排除工作。
本文提出的S参数等效仿真计算方法，经过计算结果应用于飞机排故工作的验证，表明其具有较高的准确度和有效性，能够满足工程实际需求。同时在接收机前门耦合计算中，简化了计算量并减少了建模复杂度。
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本文标题：基于FEKO的机载接收机前门耦合研究
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