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通過電磁模擬，預測和減少飛機降落時的5G干擾

通過電磁模擬，預測和減少飛機降落時的5G干擾

電磁干擾（EMI）是指由於自身或另一個電子系統產生的電磁場而導致的系統運行中斷。

EMI在電子系統中普遍存在，並對其總體EMC性能產生影響。根據它所影響的內容不同，其影響程度不同。例如，小到手機，大到飛機，甚至是拯救生命的醫療設備等，EMI可能是一個小麻煩，也可能直接危及生命。

由於電子通信系統的數量和複雜性不斷增加，EMI發生的概率也不斷增加。第五代移動技術（5G）也不例外。一方面，各大公司正在各地部署5G，並發布2022年令人振奮的規劃，從更好的連接性和新設備，到自動駕駛汽車和元宇宙。

但另一方面，5G的部署也可能會造成嚴重的EMI問題，正如最近美國某大型航空公司的首席執行官警告說：部署新的5G頻譜可能會在全國範圍內造成災難性的航班中斷。

EMI是一個會影響航空公司、飛機、乘客、國家航空局、手機用戶和無線網絡運營商的重要問題。美國兩家通信運營商為這些5G頻率（在被稱為C波段的部分頻譜）花費了689億美元。對每個參與的人員來講，都有很多事情要做，每個人都希望這些技術能夠發揮作用，同時將EMI降到最低。

飛機上的5G EMI 問題到底有多嚴重？

5G技術依賴於無線電信號。這些信號工作在C波段，與飛機上無線電高度表的工作頻率接近；飛機使用高度表來測量飛機離地高度，並為安全和導航系統提供數據。

5G涉及到的EMI問題包括：

- 5G傳輸干擾可能會影響無線電高度表的正常工作，並導致安全問題，特別是當飛機準備降落時。

- 更確切地講，5G C波段干擾可能會降低加速性能，增加著陸距離，並導致可能的偏出跑道。

在最壞情況下，干擾甚至可能導致飛機衝出跑道。這種情況並不是美國獨有的，其他國家的監管機構已經制定了減少干擾風險的措施。其中一些法規涉及5G基站天線的功率和主瓣指向，還有一些法規創建5G信號緩衝區。最新的美國安全法規可以點擊這裡查看。

新的C波段5G頻譜範圍與飛機無線電高度表使用的波段相比較

電磁模擬能否提前預測並解決這些問題？

答案是肯定的！Altair的5G電磁模擬解決方案非常適用於這項任務。為了證明這一點，讓我們假設這樣一個場景：一架飛機正在接近機場降落，而5G站點就在機場附近。

場景中的需要注意幾個關鍵點：

1. 由於電子通信系統的數量和復雜性不斷增加，EMI發生的概率也不斷增加。

正如航空監管機構所指出的，這些異常可能在非常低的高度才會顯現出來；

2. 這些異常可能影響飛行控制和警報系統：

自動油門可能會在飛機拉平(flare)期間增加推力或過早地減少到怠速，而推進器反轉或速度剎車可能在著陸後沒有展開。
發動機可能在著陸後或拒絕起飛期間保持在錯誤的推力設置。
因此，制動可能是唯一的減速選項，這就增加了超速的風險，特別是如果發動機仍然在超過正常推力設置的情況下運行，或者跑道被污染的話。

也就是說，我們建立的模型，需要考慮到從飛機的儀器開始傳送警報時高度非常低，而且我們還必須考慮到飛機在最後一英里內收到定期警報。

關鍵的著陸進近距離

模擬模型和結果

在這個典型的機場場景中，一個5G基站扇區（在下圖中以藍色箭頭表示）被放置在靠近機場區域的一個建築屋頂上，以便在機場內和周圍提供良好的5G無線電覆蓋。

該模擬考慮了5G基站的發射功率和天線方向圖。基於復雜的3D射線-電波傳播模型計算出5G無線電覆蓋，並考慮到場景中的所有對象--包括建築物和植被等。

基於對雷達高度表接收機帶寬和天線增益的假設，加上FCC定義的5G帶外和雜散發射限值，計算出了雷達高度表在典型的著陸進近時收到的5G干擾功率。

下圖顯示了相應的結果，並以彩色線顯示飛機路徑，顏色的不同表徵飛機遇到的干擾大小。當它接近地面和5G站點時，干擾功率越來越大（紅色和紫色表示較強的干擾），表明高度表發生故障的可能性較大。

借助於Altair的模擬工具，飛機製造商和機場飛行控制人員可以看到5G設備何時以及如何可能干擾飛機的機載儀器，以及如何調整5G基站的佈設位置把干擾風險降到最低。

彩色線條表示飛機著陸進近時受到的干擾程度
最右邊的藍色箭頭表示5G塔台的位置

更多5G EMI我們將走向何方？

幾年前，使用電磁模擬來預測和解決EMI問題是有限的，而現在情況已經改變，更多的組織在產品早期開發階段使用模擬來預測和解決潛在的干擾問題。

這種模擬熱潮對5G和其他如電氣化和自動駕駛等行業來講同樣是個好消息。

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