基于軟件仿真技術分析電臺干擾油量表故障

■ 于占輝 薛磊 王倩 王鐵成 王慶/石家莊海山實業發展總公司 9403部隊

CST微波工作室是系統級電磁兼容及通用高頻無源器件仿真軟件，其應用范圍涵蓋電磁兼容、天線/RCS、高速互連SI、手機/MRI、濾波器等，可計算任意結構任意材料間的電磁問題。

EveryCircuit是一款電子電路模擬工具，可以建立任何電路，點擊播放按鈕即可觀看電壓和電流的動畫。

1 故障描述

某型飛機由于設計時考慮電磁兼容性試驗的等級較低，導致該型飛機普遍存在電臺干擾容量表問題。干擾現象與環境、電臺頻率有關。具體表現為：電臺在發射時，油量表顯示的總油量不同程度地增長50～300kg，個別飛機的增長量高達500～900kg，其中，主油量基本不受干擾。油量系統被干擾的飛參圖如圖1所示。通過飛參判讀，總油量跳變主要由副油量跳變引起。

2 原因分析

該型飛機電臺天線安裝于機身下部。由于地面的反射作用，飛機在地面時電臺發射的輻射功率得到了增強，使油量表的跳變更加明顯，加之線束的屏蔽等級偏低以及設計時的電磁兼容性試驗等級低等原因，導致干擾問題多發。現從電磁兼容三要素入手進行分析。

2.1 電磁騷擾源

電磁騷擾源為電臺天線，電臺天線的輻射信號干擾了油量系統。用CST微波工作室建立如圖2所示的天線模型，其中，W為1～128cm，H為6cm，h為1mm。仿真天線輻射方向圖見圖3、圖4、圖5。從圖中可知，天線地的直徑大于12cm時，輻射方向主要在Z軸方向，天線地的面積越大，效果越明顯。結合該型飛機的天線，地面積越大輻射方向越向下，在空中對機身產品的干擾就越小。

2.2 耦合途徑

電臺干擾油量表的耦合途徑有兩種：一是空中輻射，即天線發射的電磁波；一是地電流的磁耦合，即機身蒙皮中電流產生的磁信號。

2.3 敏感設備

本故障敏感設備為燃油系統。主要的被干擾設備為距離天線最近的20Q傳感器和20Q傳感器的電纜。將20Q傳感器插頭斷開，分別用示波器在機身電纜5號、1號、2號線上測量干擾信號，線束上均存在幅度約2V、頻率為電臺載頻的干擾信號（見圖6）。不過，此種情況下油量表顯示器并沒有跳變，說明電氣盒已將此干擾濾除。

圖1 油量系統被電臺干擾飛參圖

圖2 天線模型

圖3 2cm天線地的方向圖

圖4 12cm天線地的方向圖

圖5 128cm天線地的方向圖

將20Q傳感器連接后，再次用示波器在5號線上測量。圖7為油量表不跳變的信號圖，圖8為油量表跳變約700kg的信號圖。圖7為干擾信號為正、負的交流信號，說明油量表不跳變；圖8為干擾信號為負的直流信號，說明油量表跳變。

參照燃油系統原理圖制作20Q傳感器和電纜的模型圖（見圖9）。利用EveryCircuit軟件仿真三根線被干擾后的情況。圖10中1號、2號線干擾信號的相位、幅度不相等，出現類似圖8的跳變圖形。圖11中5號線干擾信號的相位、幅度與1號和2號線不相等，出現類似圖7的不跳變圖形。圖12中當1、2、5號線干擾信號的相位、幅度相等時，干擾信號為零。

圖6 干擾信號

圖7 油量表不跳變的信號圖

圖8 油量表跳變的信號圖

仿真說明，只要1、2、5號線上被干擾的信號同相且幅度相等，則不會跳變。如僅有1、2號線上被干擾的信號同相且幅度相等，也不會跳變。

電臺天線與20Q傳感器的距離約為3m，利用CST微波工作室仿真傳感器受到的電場輻射強度，如圖13所示，從中可以看出，不同頻率對于傳感器的干擾大小是不同的，因此在允許的情況下電臺應盡量選擇對傳感器輻射強度低的頻率。由于影響因素眾多，軟件仿真的結果存在一定的誤差，在實際應用中應予以考慮。

圖9 傳感器模型圖

圖10 1、2號線干擾信號相位及幅度不等的情況

圖11 5號線干擾信號相位及幅度不相等的情況

3 應對措施

1）提高電纜抗干擾等級

圖12 1、2、5號線干擾信號相位及幅度相等的情況

將20Q傳感器的三根線束更改為55A1131-22-3/6/9-9三絞屏蔽線，增強抗干擾性（傳感器改后見圖14）。更改為三絞線，不僅利用了絞線可以產生方向相反的磁場信號和相互抵消干擾信號的優點，而且三絞線上的干擾信號同相、同幅，類似圖12狀態。為了避免線束的屏蔽層形成回路，屏蔽層采取單端下地的方式連接，在傳感器端下地，插頭端絕緣。

2）減少天線后向輻射

認真打磨天線接觸處，保證電臺天線接地良好，完善天線輻射方向圖。

3）優化電纜鋪設

因天線是垂直極化方向，20Q線束敷設時應盡量水平敷設，盡可能減少垂直線束敷設的長度。為了減少地電流的影響，20Q線束不能緊貼蒙皮。

圖13 場強頻率圖

圖14 傳感器改后圖

4）等效措施

在允許的情況下，根據圖13選擇影響小的電臺頻率。

4 結束語

某型飛機電臺干擾油量表是因為電臺天線發射的電磁信號進入油量系統，且三根線束上的干擾信號幅度、相位不相等而引起的。采用上述措施后，干擾跳變的影響在3kg內，完全符合油量系統正常的跳變誤差。