２０１２年９月 第２６卷第３期 南昌航空大学学报（自然科学版） ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＮＡＮＣＨＡＮＧ ＨＡＮＧＫＯＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮＡＴＵＲＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥＳ） Ｓｅｐ ２０１２ Ｖｏｌ ２６．ＮＯ ３ １ ｎ 。 。 飞机通信系统内的中低频干扰抑制研究 涂顺国 吴 剑 ， 张东豪 （１．洪都航空集团，江西南昌３３００２４；２．南昌航空大学，江西南昌３３００６３） ［关键词】电磁兼容；噪声干扰抑制；噪声机理 ［摘要］针对机载电子设备间存在严重的电磁兼容问题，以某型飞机通信系统中存在的噪声干扰为例，详细研究了噪声的 产生机理和抑制方法，进行了理论分析，在此基础上，就４００Ｈｚ供电电路干扰下的机载通信电磁干扰抑制问题制定了详细的 实施方案并进行了工程实现。实验分析和产品的量产使用效果证明了所述方法的有效性。 ［中图分类号］ＴＮ９１３．８ Ｖ２４２．７ ［文献标志码］Ａ ［文章编号】１００１－４９２６（２０１２）０３—０１０３—０６ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｌｏｗ——ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ ｉｎ Ａｉｒｐｌａｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ＴＵ Ｓｈｕｎ—ｇｕｏ ＷＵ Ｊｉａｎ ＺＨＡＮＧ Ｄｏｎｇ—ｈａｏ （１．Ｈｏｎｇｄｕ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ，Ｎａｎｃｈａｎｇ，Ｊｉａｎｇｘｉ ３３００２４，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｎａｎｃｈａｎｇ Ｈａｎｇｋｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ，Ｊｉａｎｇｘｉ ３３００６３，Ｃｈｉａ）ｎ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＥＭＣ；ｎｏｉｓｅ ｊａｍｍｉｎｇ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ；ｎｏｉｓｅ ｓｉｇｎａｌ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｅｒｉｏｕｓ ＥＭＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）ｉｓｓｕｅ ｅｘｉｓｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ａｉｒｂｏｒｎｅ ａｖｉｏｎｉｃｓ．Ｆｏｒ ｔｈｉｓ ｉｓｓｕｅ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｎｏｉｓｅ ｊａｍｍｉｎｇ ｉｎ ａ ｔｙｐｅ ｏｆ ａｖｉｏｎｉｃｓ ｃｏｍｍｕｎｉｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｎｏｉ‘ｓｅ ｓｉｎａｇｌ ｎｄ ａｉｔｓ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｌｅ ｄｅ－ ｔａｉｌｅｄ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｂｅｉｎｇ ａｐｐｌｉｅｄ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｏｆ ｔｈｅｓｅ，ｄｅｔａｉｌｅｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｐｒｏｇｒａｍ ｆｏｒ ｎｏｉｓｅ ｊａｍｍｉｎｇ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｉｓ ｓｃｈｅｄｕｌｅｄ ｆｏｒ ａｖｉｏｎｉｃｓ ｃｏｍｍｕｎｉｓｉｏｎ ｐｏｌｌｕｔｅｄ ｂｙ ４００Ｈｚ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｃｉｒｃｕｉｔ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｄｕｒｉｎｇ ｍａｓｓ—ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ ｔｈｅ ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ ｍｅｔｈｏｄ． 现代电子设备中，数字化是大势所趋，然而，复 多。为了在有限的机载空间内容纳这些设备，电磁 杂电磁环境下的电磁干扰（ＥＭＩ：Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎ－ 兼容是必须考虑的问题。 ｔｅｒｆｅｒｅｎｅｅ）会对系统内的数字器件造成逻辑错误或 一般说来，在产品设计阶段能采用的噪声抑制 信息丢失，甚至会造成更加严重的影响。因此，进行 手段比测试手段要多而且容易实现 。在生产阶 电磁兼容性（ＥＭＣ：Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）设 段，用于降低ＥＭＩ的费用最昂贵，测试阶段次之。 计 Ｊ，是刚开始设计电路时就必须考虑的问题。 本文以测试阶段的飞机通信系统噪声抑制问题为 与此同时，现代战机机载电子设备的种类繁多，工作 例，研究电磁干扰的解决方案。 频段宽，频率范围相互重叠，安装于飞机上的天线 ［收稿日期］２０１２—０８—１０ ［修回日期］２０１２—０９—０２ ［基金项目］航空科学基金（２ｏ１０ｚｃ６６ｏｏ９） ［作者简介］涂顺国（１９５９一），男，洪都航空集团军代室高级工程师，硕士。主要研究方向：机载总线、机栽通信系统设计。 １０４ ２０１２年９月 第２６卷第３期 飞机通信系统内的中低频干扰抑制研究 机内通信中的电磁干扰（ＥＭ ）与抑制 １．１ 常见ＥＭＩ源与ＥＭＩ作用途径 ３ 电磁兼容 ，。．。其 主要方法是： 常见的ＥＭＩ源可分为自然的和人为的两大类。 １）分别在元件级、部件级、设备级、系统级、业 自然ＥＭＩ源包括雷电、太阳黑子、日辉等 ；人为 务级等不同等级上保持电磁兼容。确切地说，是在 ＥＭＩ源包括各种内燃机的点火系统、输电线系统、电 元件级上减弱这些元件上产生的干扰，以及减小元 感性设备、开关器件和继电器 Ｊ。ＥＭＩ作用途径主 件上外界感应的电平。在设备级上，减弱元件、部件 要分为两种，即辐射干扰和传导性干扰。辐射干扰 是指干扰源比较远，干扰源发出的干扰以电磁波的 形式被接受；传导性干扰是指干扰源距离比较近，干 扰源经过耦合电容、耦合电感和公共阻抗的途径进 入被干扰设备。 １．２通信中的电磁干扰 通讯中的电磁干扰问题存在已久，人们对此的 重视程度往往不足。国际电工委员会（ＩＥＣ）对电磁 兼容性（ＥＭＣ）的定义为：“电磁兼容（ＥＭＣ）是指仪 器设备在可能的电磁干扰（ＥＭＩ）环境下仍然能正常 工作的能力。”这表明一方面我们要确保通信设备 在复杂的电磁环境中能够正常工作，另一方面通信 设备本身所产生的电磁干扰应低于一定的限度，不 得影响同一电磁环境中其他电子设备的正常工作。 对通信中的电磁干扰产生来源进行分析，分为 以下几个方面 ： １）来自电源的干扰。大容量负荷的启停引起 的电网电压波动或相间电压瞬时失衡，可导致电压 波形畸变及高次谐波的产生；电力开关的操作过程 引起强烈电流脉冲和短时电压跌落，也可在电网上 形成干扰；电力变换设备（例如变频设备、ＵＰＳ、开关 电源等）在工作过程中，也会产生大量的电磁干扰。 ２）来自周围环境的干扰。来自周围环境的电 磁干扰极为复杂，其中以雷击引起的干扰最为严重， 雷击冲击电流高达几十千安培，雷击感应电压也高 达上万伏；高压输电线路和变压器也是很强的干扰 源；空中的无线电波、周围的射频设备（微波加热设 备、高频焊接设备、高频医疗设备等）干扰频谱范围 也很广 Ｊ。 南蜃鸵窒 学学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｎｃｈａｎｇ Ｈａｎｇｋｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ 自然科学版………・Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ 范围以外的有干扰源产生的干扰电子。在系统级 上，要利用好的组织方法、系统工程方法保证电磁兼 容性。 ２）减少设备电路的内部导线值间，或者各种部 件之间连接导线之间的耦合。最常见的改善电磁兼 容性的措施之一，就是要尽量减少设备电路的内部 导线之间，或者各种部件之间的耦合。而减少导线 之间的耦合，最为有效的办法就是对导线进行屏蔽 （方式详下）。 ３）电路接地。接地时，电气、电子设备和电子 系统的重要组成部分，其功能在很多材料中都能看 到，这里不再赘述。 ４）电磁屏蔽与滤波。电磁屏蔽要完成的功能 主要包括两个方面：如果屏蔽内部有干扰源，则屏蔽 的目的就是减弱内部干扰源对周围空间的电磁干 扰＿ｌ ；如果屏蔽内部没有干扰源，则屏蔽的目的是 减少外界电磁干扰对屏蔽内部电路的作用，并降低 设备的电磁敏感性。 滤波是为了预防电磁干扰经传导渠道传播到系 统或仪表内部，以下的情况应考虑采用滤波措施。 ①在高频系统中，为了抑制工作频带以外的频 带上的干扰； ②在信号电路中，为了消除无用的或无关的频 谱成分，可以采用吸收滤波器； ③在电源电路、操纵电路、控制电路及转换电路 中，消除产生的干扰作用。 １．４机内通信导线间的干扰及其抑制 在飞机内布设的机载通信线路间的干扰包括３ 种情况¨ ：第一种是电容性（电场）干扰，起因于电 ２０１２年９月 飞机通信系统内的中低频干扰抑制研究 １ ０５ 第２６卷第３期 路间电场的相互干扰；第二种是电感性（磁场）干 Ｕ ＝Ｕ （３） 扰，起因于两电路间的磁场的相互作用；第三种是电 从以上分析可以看出，如果屏蔽体不接地，则导 场与磁场的混合作用的干扰，成为电磁干扰。当分 线２上的干扰电压与未屏蔽时的干扰电压相同。所 析因场所产生的影响时，电场和磁场分开考虑比较 以对于屏蔽，要求屏蔽体接地，此时，如果导线２完 适合。 １．４．１ 电场干扰屏蔽 图１为平行导线之间的电容耦合干扰。其中 Ｃ。 为两导线之间的分布电容，Ｃ 和Ｃ 分别为导线 １、２与地面之间的分布电容，则导线２上的干扰电 压ｕｓ为： ｒ Ｃ１２麓 Ｕ１ ２ 图１ 平行导线间的电容耦合干扰 图２带金属屏蔽体平行导线间的电容耦合干扰 图２为导线２上套一个金属屏蔽体，Ｃ 和ｃ。 分 别是导线１和导线２与屏蔽体之间的分布电容，Ｃ 为屏蔽体与地面之间的分布电容。则屏蔽体上的电 压Ｕ 为： ＝ （２） 由于导线２被屏蔽，导线２与屏蔽体等电位，所 以导线２上的干扰电压为： 全在屏蔽体内，有Ｕｓ＝Ｕｇ＝０。对于导线２稍有暴 露在屏蔽体外的情况，ｕｓ不完全为零。 １．４．２磁场干扰屏蔽 设图３回路１中的干扰电压为Ｕｇ，Ｌ 为回路中 的自感，Ｍ为两回路之间的互感，则回路中的感应电 压为： ＝ｊｏ￣ＭＩ１－袅 （４） ２ ： 图３回路间的磁场干扰 当导线上套上一管状屏蔽体式，无论屏蔽体悬 空还是单点接地，都不会感应到回路２感应到的噪 声电压值（如图４）。而当屏蔽体两端接地，频率远 大于屏蔽体的截止频率时，流经屏蔽体的电流近似 于中心导体的电流，且方向相反。这两个电流在屏 蔽体外部产生的磁场相互抵消，使屏蔽体外部没有 磁场存在，从而起到防止低频磁场泄漏的作用，即达 到磁屏蔽。而当频率较低时，屏蔽体上的电流产生 的磁场不能抵消中心导体电流产生的磁场，导线的 磁屏蔽作用有限。要解决低频率问题，如图５所示。 １０６ ２０１２年９月 第２６卷第３期 图４带有屏蔽体的磁场干扰消除方案 ＡＣ 图５低频率下磁场干扰消除方案 将导体的一端与屏蔽体连接，并将屏蔽体的另 一端接地。这样，返回的电流就全部流经屏蔽体，所 以能够产生一个抵消导线磁场的磁场。 ２实验与数据分析 ２．１ 机载通信系统中的电磁干扰 ２．１．１ 电磁干扰现象 ． 某型飞机在一次夜间飞行中，发现飞机座舱中 的红光照明对机内通话器造成了较大的噪声干扰， 且干扰随照明亮度的增强而增大。此后对同批次飞 机进行详细检查，发现当交流机接通４００Ｈｚ交流负 载（包括座舱照明系统、航姿系统、高度表、罗盘）工 作时，机内通话器耳机背景均出现了程度不同噪音。 ２．１．２干扰源的确定 首先对飞机进行ＥＭＣ试验，目的在于摸清电磁 南‘巍室－ｋ謦学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｎｃｈａｎｇ Ｈａｎｇｋｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ 自然科学版………・Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ 飞机通信系统内的中低频干扰抑制研究 干扰的基本情况，为解决问题提供确切的依据。 １）确定辐射源。机内通话器供电包括＋２７Ｖ直 流电源和４００Ｈｚ／ＳＶ交流电源，前者为功能性电源， 后者为照明电源。接通两种电源，对相关特设舱、前 后座舱、机内通信电缆及耳机话音输出线进行辐射 发射检测，均发现了较强的４００Ｈｚ电平的干扰信号， 尤其在照明用５Ｖ／４００Ｈｚ电源变压器盒部位，存在 着强磁场辐射。切换不同设备工作，干扰信号的大 小各有不同，其中以座舱照明的干扰最为严重。为 了进一步确定干扰源是否就是４００Ｈｚ交流电源，将 照明电源系统换用＋５Ｖ直流电源供电，此时干扰现 象消失，证实了４００Ｈｚ／５Ｖ电源线的磁场辐射引起 了机内通话器敏感这一现象的存在。 ２）确定干扰的传输方式。电磁干扰的途径一 般有两种：传导干扰和辐射干扰。传导干扰是通过 电缆或导体传递的干扰，而辐射干扰是通过空间传 递的干扰。为了进一步确定传导路径，对飞机上与 机内通话器有关电源线、信号线进行传导发射检测。 ｄＢ／频谱 ４００Ｈｚ处出 现了Ｉ 舞谱 值 Ｉ．一 ｆｆ －＿ …Ｈ ＾ — ＳＲＱ— ｌ４０ ６０ ｄＩ ｆｉｎ 磊 ・ ｌＶ ’＾ ’＿ｒ１．－ ． ｋＨ－．／￣ 率 图６ ４００Ｈｚ干扰频率对应的频谱峰值 频谱分析仪检测和测试结果显示，信号线上没 有发现４００Ｈｚ感应电平；而在十２７Ｖ电源线上发现 了４００Ｈｚ干扰频率（图６），但由于机内通话器内部 在＋２７Ｖ转换成＋１８Ｖ时作了滤波处理，因此在 ＋１８Ｖ电源线上并没有检测到４００Ｈｚ的干扰电平信 号，由此可以基本排除传导干扰的可能。为了进一 ２０１２年９月 飞机通信系统内的中低频干扰抑制研究 １ ０７ 第２６卷第３期 对已经交付给部队的飞机进行现场 步确认，将机内通话器外接＋２７Ｖ电源，此时干扰依 的结论做出后，然严重，无法消除噪声，因此证实了飞机直流供电和 改装，然后对比试听，啸叫声已经消除，噪音干扰基 飞机４００Ｈｚ电源不存在传导干扰关系。 因此，某型飞机机内通话器干扰噪音异常的 本得到解决。 ５）电缆敷设改进。部队改装完成后，部分飞机 ＥＭＣ诊断表明：干扰源为４００Ｈｚ供电电路、敏感部 仍然存在一定的干扰现象。这是由于电缆敷设也与 件为机内通话器电缆及耳机话音输出线、干扰路径 干扰程度有关。这就要求将照明电缆、电台电缆、高 为机内通话器相关的信号线、干扰方式为辐射干扰。 度表电缆与机内通讯电缆在电缆槽内分层敷设。电 ２．２排除干扰实施方案 缆分层可以大大降低干扰程度，但具体实施难度 针对引起干扰的原因，可以制定以下几种排除 较大。 干扰的措施： ６）交流电源电缆采取双绞屏蔽线。进一步抑 １）提高机内通信电缆的抗干扰能力。针对 制照明系统的低频辐射干扰源外泄，可以将照明系 ＥＭＣ电磁兼容检测结果，对机内通信电缆采取屏蔽 统线由单根屏蔽线改为双绞屏蔽线。结果也同样证 措施，对机内通信接地点进行调整。经过ＥＭＣ测试 明：线路更改后，机内通信效果有了明显的改善。和试听结果表明：未屏蔽时干扰电平达１８１．９ｍＶ，屏 ７）交流电源采用双线供电体制，电缆采取双绞 屏蔽。线路改用双绞线屏蔽后，照明系统、航向姿态 蔽后降到２５．５ｍＶ，有１７ｄＢ的衰减。 ２）提高机内通信内部电路的抗干扰能力。通 系统、三轴加速度计使用的３６０Ｖ４００Ｈｚ交流线路对 过在机内通信放大盒加载滤波器、二极管，改善机内 机内通信的干扰问题基本得到解决。因此，决定对 通信放大盒电源抗干扰能力，从而有效地抑制 所有能够采取双线供电的设备从ＸＸ批ＸＸ架起开 ３．５ｋＨｚ＿－３．８ｋＨｚ干扰电平对机内通信的影响。 始均采用双线双绞屏蔽电源线。 ３）降低照明系统４００Ｈｚ交流磁场的辐射干扰 强度。由于机内通信电缆及机内通信接地点采取屏 蔽措施后，经检查有效，根据ＸＸＸ飞机技术质量协 ３结语 本文对测试阶段的机载通信系统的电磁干扰抑 会要求，决定对干扰源采取屏蔽措施，减少磁场的辐 制问题进行了研究，所述方法成功地解决了工程中 射干扰，在ＸＸ批ＸＸ架飞机实施对照明交流供电线 由于４００Ｈｚ供电电路的电磁辐射导致的电磁干扰问 路屏蔽措施。改进后的测试及试听结果表明， 题。当然，如果在飞机的设计前期，严格地执行 ４００Ｈｚ频率点辐射能量衰减达２５ｄＢ以上，从而有效 ＧＢｘｘｘＡ（（机载设备和分系统电磁发射和敏感度要 地抑制了干扰源。 求》及ＧＢｘｘｘＡ（（机载设备和分系统电磁发射和敏感 ４）部队改装及现场试听。对机内通信放大盒、 度测量》的相关规定，则可以在很大程度上减轻后 机内通信电缆及座舱照明不分电缆采取屏蔽和其他 面阶段工作的难度，从而为彻底解决飞机通信系统 抗干扰措施后，经过测试和现场试听效果明显改善 的电磁兼容问题提供了可能。 【参考文献】 ［１］区健昌．电子设备的电磁兼容性设计［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００４：２４—２７． ［２］巨改生．ＥＭＣ测量中不确定度的分析与评估［Ｊ］．电气传动自动化２０１０（１）：１５５—１５８． ［３］陈鸿．系统间电磁兼容性预测分析与仿真［Ｄ］．成都：电子科技大学，２００６：４５－４８． ［４］冯鹏．电磁兼容技术在某型导弹指挥通信中的应用［Ｊ］．中原工学院学报，２００３（８）：１７７－１７９ １０８ ２０１２年９月 第２６卷第３期 飞机通信系统内的中低频干扰抑制研究 ［５］虞昊，等．现代防雷技术基础［Ｍ］．北京：气象出版社，１９９５：１２５—１２７． ［６］林守霖．电子电器系统和设备电磁兼容设计［Ｒ］．北京：航空工业总公司第二研究院，１９９５：１７７—１７９． 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