一种用于飞机hirf试验的多天线辐照试验系统其及应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于飞机HIRF试验的多天线辐照试验系统，包含多套相同的辐照分系统，所述辐照分系统包含信号源、高功放、发射天线，其特征在于每一套辐照分系统还分别配置一台数控移相器串接在各信号源输出端口和高功放的输入端口，再用一台伪随机数发生器连接各数控移相器的相移量数字控制端口。本发明模仿的电磁环境更接近来自各方位辐照的实际场景，同时又降低单台功放容量过高的要求。
【专利说明】一种用于飞机HIRF试验的多天线辐照试验系统其及应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及应用于飞机的电磁兼容性试验，特别是全机高强度电磁辐照HIRF试验系统。
【背景技术】
[0002]目前电磁敏感度试验可用市售宽带高功率放大器,一般输出功率最大为连续波3500ff/10kHz?30W/18/40GHz，通过配套天线可在I米远处形成200?300V/m的连续波场强。但是飞机高强度电磁辐照HIRF试验需要离发射天线几十米外产生高达几万V/m的电磁环境，单台高功放已无能为力。
[0003]一种直观的解决方案就是进行多路功率合成，该技术在功放内部通过电路合并多路功率很常见和成熟，用单一信号源经过多路功分器分别放大后再合并即可实现，只要确保各分路的电长度相等，从而供各发射天线的输入是同步(同时同频同相)的。但是对于多发射源在空间某点进行功率合成就不那么直接了当，即使保证各发射天线的输入是同步(同时同频同相)，由于某观察点至各辐射源的空间距离不同且固定，各同步辐射源在观察点产生的电磁场有固定的相位差，且随观察点的移动这些相位差也随之变化，所以必定在关注空间形成一幅固定的很不均匀的立体干涉图样，使空间某些点合成场强始终相互叠加增强，某些点合成场强始终相互抵消减弱，波峰与波谷间隔排列。这正是通常阵列天线的基本原理，通过控制天线阵元输出间幅度、相位差的关系，使阵列总辐射能量主要集中于期望方向，实现能量赋值空间分布。但是这却是辐射敏感度RS试验要求的均匀电磁环境所不希望的。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本发明的发明目的在于提供一种用于飞机HIRF试验的多天线辐照试验系统，使各辐射源同时同频但不同相输出，使得观察点各分场强同频但相位差随机变化，从而各观察点的合成场强随机变化，统计平均值相对稳定，关注空间呈随机均勻电磁环境。
[0005]本发明的发明目的通过以下技术方案来实现:
[0006]一种用于飞机HIRF试验的多天线辐照试验系统，包含多套相同的辐照分系统，所述辐照分系统包含信号源、高功放、发射天线，每一套辐照分系统还分别配置一台数控移相器串接在各信号源输出端口和高功放的输入端口，再用一台伪随机数发生器连接各数控移相器的相移量数字控制端口。利用伪随机数发生器使各辐照天线同时发射的电磁场是同极化同频而相位差随机变化的，保证其叠加合成总电磁场的均匀性，避免在辐照空间形成固定的非均匀干涉图样。
[0007]进一步，各仪器设备由一台工控机通过数据总线统一操控。
[0008]本发明的另一目的在于提供一种用于飞机HIRF试验的多天线辐照试验方法，使用上述的多天线辐照试验系统，包含以下步骤:[0009]I)依据所需最大电磁环境场强、飞机的大小，确定多天线辐照试验系统中辐照分系统的数量；
[0010]2)把飞机置于与之绝缘的面积略大于飞机垂直投影轮廓的接地平面上；
[0011]3)在飞机的方位面及上方布置辐照分系统；
[0012]4)各发射天线同时对环境照射同频而相位差随机变化的电磁波，合成需要的总电磁环境。
[0013]作为优选，辐照分系统的布置应符合以下原则:
[0014]b)、方位面天线要尽量满足发射天线至飞机的距离d:d≤2D2/ λ或d≤1.5倍飞机线度，取其中较小者，其中D是天线线度，λ是波长；
[0015]C)、务必保证各天线的极化方向一致，尤其注意上天线的姿态；
[0016]d)、设置各天线指向相互错开，主瓣不能直接相互对准。
[0017]作为优选，在辐照分系统与飞机之间配备单向隔离器，保护发射元器件。
[0018]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:本发明生成的电磁环境较常规单天线法更接近来自各方位辐照的实际场景，同时又降低单台功放容量过高的要求，虽然建设试验设施费用上没什么优势，但是可行性大大增强。同时试验流程简单，操作性强，具有很好的实用指导性，能显著提高工程上进行此类评估的工作效率、降低费用。有助于我国正在起步推行的民用飞机的飞机级适航取、认证工作的开展。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明一种用于飞机HIRF试验的多天线辐照试验系统的系统框图。
[0020]图2为本发明实施例中小飞机多天线布置图(俯视)。
[0021]图3为本发明实施例中大飞机多天线布置图(俯视)。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明作进一步的描述。
[0023]本发明一种用于飞机HIRF试验的多天线辐照试验系统包含多套(一般4套以上)相同的辐照分系统，每一套辐照分系统依次串连信号源、数控移相器、高功放、发射天线、再用一台伪随机数发生器连接各数控移相器的端口，利用伪随机数发生器使各辐照天线同时发射的电磁场是同极化同频而相位差随机变化的，保证其叠加合成总电磁场的均匀性，避免在辐照空间形成固定的非均匀干涉图样。所有仪器设备由一台工控计算机通过数据总线统一操控。系统组成连接框图见附图1。
[0024]在EMC辐射敏感度RS试验、高电平场强HIRF试验中，要求频率扫描速率要慢到受试件有足够时间做出响应，一般步进扫描的每频点驻留时间大于等于I秒钟，线性连续扫描速率与之相当或更慢。该秒级变化速率对于数控移相器而言不难实现。
[0025]使用时，I)依据所需最大电磁环境场强、飞机的大小，确定辐照分系统的数量。按单套辐射分系统能够产生300V/m@连续波、3000V/m@脉冲波PW=I μ s/PRF=lkHz场强计，如在大飞机上使用，选用八套辐射分系统，合成总场强有望达2400V/m@连续波、24000V/m@脉冲波PW=I μ s/PRF=lkHz。这已经满足了目前适航或GJB1389A的要求。
[0026]2)把飞机置于与之绝缘的面积略大于飞机垂直投影轮廓的接地平面上。发射辐照天线发射的电磁波在接地平面上的反射，使得机腹处合成电磁场较强，这与飞行中遭遇的电磁干扰多来自于地面设施的情况一致；
[0027]3)根据飞机大小布置各辐照分系统；
[0028]对于小飞机在其前后左右各布置一套，天线波束宽度> 90°，高度与飞机水平轴线相同。正上方布置一套全向天线，从机顶上方10米处向下辐照(见附图2)。
[0029]对于大型飞机在其方位面布置6~10套、天线波束宽度36°~60°，高度与飞机水平轴线相同。左右侧上方布置2套，天线波束宽度≥180°，分别从上方10米处向下辐照(见附图3)。
[0030]4)各天线同时对环境照射同频而相位差随机变化的电磁波，合成需要的总电磁环境，再按一般RS试验程序实施HIRF试验。
[0031]需要注意事项:
[0032]I)辐射天线至飞机的距离d应满足远场条件(D是天线线度，λ是波长)
[0033]d ≥ 2D2/ λ
[0034]或d≥1.5倍飞机线度，取其中较小者
[0035]方位面天线要尽量满足该条件，除非场强幅度达不到可适当移近；上方天线则考虑到试验现场的可行和便利性，就直接规定为10米。
[0036]2)务必保证各天线的极化方向一致，尤其注意上天线的姿态。
[0037]3)必须注意天线的“互易效应”，防止辐射能量倒灌损坏功放，即使功放具有全反射保护功能。应尽量设置各天线指向相互错开，主瓣一定不能直接相互对准。同时发射通道配备隔离度足够大的类似环行器的单向隔离器，保护发射元器件。
【权利要求】
1.一种用于飞机HIRF试验的多天线辐照试验系统，包含多套相同的辐照分系统，所述辐照分系统包含信号源、高功放、发射天线，其特征在于每一套辐照分系统还分别配置一台数控移相器串接在各信号源输出端口和高功放的输入端口，再用一台伪随机数发生器连接各数控移相器的相移量数字控制端口。
2.根据权利要求1所述的一种多天线辐照试验系统，其特征在于各仪器设备由一台工控机通过数据总线统一操控。
3.一种用于飞机HIRF试验的多天线辐照试验方法，使用权利要求1-2所述的任一多天线辐照试验系统，其特征在于包含以下步骤: 1)依据所需最大电磁环境场强、飞机的大小，确定多天线辐照试验系统中辐照分系统的数量； 2)把飞机置于与之绝缘的面积略大于飞机垂直投影轮廓的接地平面上； 3)在飞机的方位面及上方布置辐照分系统； 4)各发射天线同时对环境照射同频而相位差随机变化的电磁波，合成需要的总电磁环境。
4.根据权利要求3所述的多天线辐照试验方法，其特征在于辐照分系统的布置应符合以下原则: a)、方位面天线要尽量满足发射天线至飞机的距离d:d≤2D2/ λ或d≤1.5倍飞机线度，取其中较小者，其中D是天线线度，λ是波长； b)、保证各天线的极化方向一致； C)、设置各天线指向相互错开，主瓣不能直接相互对准。
5.根据权利要求3所述的多天线辐照试验方法，其特征在于在辐照分系统与飞机之间配备单向隔离器，保护发射元器件。
【文档编号】G01R31/00GK103884937SQ201410106635
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月21日 优先权日:2014年3月21日
【发明者】方愔 申请人:中国航空无线电电子研究所