一種用於飛機hirf試驗的多天線輻照試驗系統其及應用的製作方法
2023-05-21 15:04:06
一種用於飛機hirf試驗的多天線輻照試驗系統其及應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於飛機HIRF試驗的多天線輻照試驗系統，包含多套相同的輻照分系統，所述輻照分系統包含信號源、高功放、發射天線，其特徵在於每一套輻照分系統還分別配置一臺數控移相器串接在各信號源輸出埠和高功放的輸入埠，再用一臺偽隨機數發生器連接各數控移相器的相移量數字控制埠。本發明模仿的電磁環境更接近來自各方位輻照的實際場景，同時又降低單臺功放容量過高的要求。
【專利說明】一種用於飛機HIRF試驗的多天線輻照試驗系統其及應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及應用於飛機的電磁兼容性試驗，特別是全機高強度電磁輻照HIRF試驗系統。
【背景技術】
[0002]目前電磁敏感度試驗可用市售寬帶高功率放大器,一般輸出功率最大為連續波3500ff/10kHz?30W/18/40GHz，通過配套天線可在I米遠處形成200?300V/m的連續波場強。但是飛機高強度電磁輻照HIRF試驗需要離發射天線幾十米外產生高達幾萬V/m的電磁環境，單臺高功放已無能為力。
[0003]一種直觀的解決方案就是進行多路功率合成，該技術在功放內部通過電路合併多路功率很常見和成熟，用單一信號源經過多路功分器分別放大後再合併即可實現，只要確保各分路的電長度相等，從而供各發射天線的輸入是同步(同時同頻同相)的。但是對於多發射源在空間某點進行功率合成就不那麼直接了當，即使保證各發射天線的輸入是同步(同時同頻同相)，由於某觀察點至各輻射源的空間距離不同且固定，各同步輻射源在觀察點產生的電磁場有固定的相位差，且隨觀察點的移動這些相位差也隨之變化，所以必定在關注空間形成一幅固定的很不均勻的立體幹涉圖樣，使空間某些點合成場強始終相互疊加增強，某些點合成場強始終相互抵消減弱，波峰與波谷間隔排列。這正是通常陣列天線的基本原理，通過控制天線陣元輸出間幅度、相位差的關係，使陣列總輻射能量主要集中於期望方向，實現能量賦值空間分布。但是這卻是輻射敏感度RS試驗要求的均勻電磁環境所不希望的。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的不足，本發明的發明目的在於提供一種用於飛機HIRF試驗的多天線輻照試驗系統，使各輻射源同時同頻但不同相輸出，使得觀察點各分場強同頻但相位差隨機變化，從而各觀察點的合成場強隨機變化，統計平均值相對穩定，關注空間呈隨機均勻電磁環境。
[0005]本發明的發明目的通過以下技術方案來實現:
[0006]一種用於飛機HIRF試驗的多天線輻照試驗系統，包含多套相同的輻照分系統，所述輻照分系統包含信號源、高功放、發射天線，每一套輻照分系統還分別配置一臺數控移相器串接在各信號源輸出埠和高功放的輸入埠，再用一臺偽隨機數發生器連接各數控移相器的相移量數字控制埠。利用偽隨機數發生器使各輻照天線同時發射的電磁場是同極化同頻而相位差隨機變化的，保證其疊加合成總電磁場的均勻性，避免在輻照空間形成固定的非均勻幹涉圖樣。
[0007]進一步，各儀器設備由一臺工控機通過數據總線統一操控。
[0008]本發明的另一目的在於提供一種用於飛機HIRF試驗的多天線輻照試驗方法，使用上述的多天線輻照試驗系統，包含以下步驟:[0009]I)依據所需最大電磁環境場強、飛機的大小，確定多天線輻照試驗系統中輻照分系統的數量；
[0010]2)把飛機置於與之絕緣的面積略大於飛機垂直投影輪廓的接地平面上；
[0011]3)在飛機的方位面及上方布置輻照分系統；
[0012]4)各發射天線同時對環境照射同頻而相位差隨機變化的電磁波，合成需要的總電磁環境。
[0013]作為優選，輻照分系統的布置應符合以下原則:
[0014]b)、方位面天線要儘量滿足發射天線至飛機的距離d:d≤2D2/ λ或d≤1.5倍飛機線度，取其中較小者，其中D是天線線度，λ是波長；
[0015]C)、務必保證各天線的極化方向一致，尤其注意上天線的姿態；
[0016]d)、設置各天線指向相互錯開，主瓣不能直接相互對準。
[0017]作為優選，在輻照分系統與飛機之間配備單向隔離器，保護髮射元器件。
[0018]與現有技術相比，本發明的有益效果在於:本發明生成的電磁環境較常規單天線法更接近來自各方位輻照的實際場景，同時又降低單臺功放容量過高的要求，雖然建設試驗設施費用上沒什麼優勢，但是可行性大大增強。同時試驗流程簡單，操作性強，具有很好的實用指導性，能顯著提高工程上進行此類評估的工作效率、降低費用。有助於我國正在起步推行的民用飛機的飛機級適航取、認證工作的開展。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明一種用於飛機HIRF試驗的多天線輻照試驗系統的系統框圖。
[0020]圖2為本發明實施例中小飛機多天線布置圖(俯視)。
[0021]圖3為本發明實施例中大飛機多天線布置圖(俯視)。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發明作進一步的描述。
[0023]本發明一種用於飛機HIRF試驗的多天線輻照試驗系統包含多套(一般4套以上)相同的輻照分系統，每一套輻照分系統依次串連信號源、數控移相器、高功放、發射天線、再用一臺偽隨機數發生器連接各數控移相器的埠，利用偽隨機數發生器使各輻照天線同時發射的電磁場是同極化同頻而相位差隨機變化的，保證其疊加合成總電磁場的均勻性，避免在輻照空間形成固定的非均勻幹涉圖樣。所有儀器設備由一臺工控計算機通過數據總線統一操控。系統組成連接框圖見附圖1。
[0024]在EMC輻射敏感度RS試驗、高電平場強HIRF試驗中，要求頻率掃描速率要慢到受試件有足夠時間做出響應，一般步進掃描的每頻點駐留時間大於等於I秒鐘，線性連續掃描速率與之相當或更慢。該秒級變化速率對於數控移相器而言不難實現。
[0025]使用時，I)依據所需最大電磁環境場強、飛機的大小，確定輻照分系統的數量。按單套輻射分系統能夠產生300V/m@連續波、3000V/m@脈衝波PW=I μ s/PRF=lkHz場強計，如在大飛機上使用，選用八套輻射分系統，合成總場強有望達2400V/m@連續波、24000V/m@脈衝波PW=I μ s/PRF=lkHz。這已經滿足了目前適航或GJB1389A的要求。
[0026]2)把飛機置於與之絕緣的面積略大於飛機垂直投影輪廓的接地平面上。發射輻照天線發射的電磁波在接地平面上的反射，使得機腹處合成電磁場較強，這與飛行中遭遇的電磁幹擾多來自於地面設施的情況一致；
[0027]3)根據飛機大小布置各輻照分系統；
[0028]對於小飛機在其前後左右各布置一套，天線波束寬度> 90°，高度與飛機水平軸線相同。正上方布置一套全向天線，從機頂上方10米處向下輻照(見附圖2)。
[0029]對於大型飛機在其方位面布置6~10套、天線波束寬度36°~60°，高度與飛機水平軸線相同。左右側上方布置2套，天線波束寬度≥180°，分別從上方10米處向下輻照(見附圖3)。
[0030]4)各天線同時對環境照射同頻而相位差隨機變化的電磁波，合成需要的總電磁環境，再按一般RS試驗程序實施HIRF試驗。
[0031]需要注意事項:
[0032]I)輻射天線至飛機的距離d應滿足遠場條件(D是天線線度，λ是波長)
[0033]d ≥ 2D2/ λ
[0034]或d≥1.5倍飛機線度，取其中較小者
[0035]方位面天線要儘量滿足該條件，除非場強幅度達不到可適當移近；上方天線則考慮到試驗現場的可行和便利性，就直接規定為10米。
[0036]2)務必保證各天線的極化方向一致，尤其注意上天線的姿態。
[0037]3)必須注意天線的「互易效應」，防止輻射能量倒灌損壞功放，即使功放具有全反射保護功能。應儘量設置各天線指向相互錯開，主瓣一定不能直接相互對準。同時發射通道配備隔離度足夠大的類似環行器的單向隔離器，保護髮射元器件。
【權利要求】
1.一種用於飛機HIRF試驗的多天線輻照試驗系統，包含多套相同的輻照分系統，所述輻照分系統包含信號源、高功放、發射天線，其特徵在於每一套輻照分系統還分別配置一臺數控移相器串接在各信號源輸出埠和高功放的輸入埠，再用一臺偽隨機數發生器連接各數控移相器的相移量數字控制埠。
2.根據權利要求1所述的一種多天線輻照試驗系統，其特徵在於各儀器設備由一臺工控機通過數據總線統一操控。
3.一種用於飛機HIRF試驗的多天線輻照試驗方法，使用權利要求1-2所述的任一多天線輻照試驗系統，其特徵在於包含以下步驟: 1)依據所需最大電磁環境場強、飛機的大小，確定多天線輻照試驗系統中輻照分系統的數量； 2)把飛機置於與之絕緣的面積略大於飛機垂直投影輪廓的接地平面上； 3)在飛機的方位面及上方布置輻照分系統； 4)各發射天線同時對環境照射同頻而相位差隨機變化的電磁波，合成需要的總電磁環境。
4.根據權利要求3所述的多天線輻照試驗方法，其特徵在於輻照分系統的布置應符合以下原則: a)、方位面天線要儘量滿足發射天線至飛機的距離d:d≤2D2/ λ或d≤1.5倍飛機線度，取其中較小者，其中D是天線線度，λ是波長； b)、保證各天線的極化方向一致； C)、設置各天線指向相互錯開，主瓣不能直接相互對準。
5.根據權利要求3所述的多天線輻照試驗方法，其特徵在於在輻照分系統與飛機之間配備單向隔離器，保護髮射元器件。
【文檔編號】G01R31/00GK103884937SQ201410106635
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月21日 優先權日:2014年3月21日
【發明者】方愔 申請人:中國航空無線電電子研究所