CN103033708B - 一种飞机全机高强度辐照试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新的飞机全机高强度辐照试验方法，第一步用安全低电平测量飞机机身的电磁屏蔽效能SE，即找到飞机外加HIRF与辐照下飞机内部电磁场强之间的对应数量关系。再据规定施加的飞机外部高电平电磁场和实测的屏效，计算进行机内辐照试验的等价电平。第二步在飞机内部针对关注的受试件进行类似常规EMC试验室辐射敏感度RS试验的等价电平辐照，生成全面模拟替代机外高电平辐照场下的机内电磁环境，让受试件处于等价的电磁应力之下产生同样的响应。本发明方法替代目前因条件受限无法进行的飞机全机HIRF试验，使工程上得以开展此类试验，并显著提高试验效率、降低试验费用。

Description

一种飞机全机高强度辐照试验方法

技术领域

本发明涉及电磁兼容性试验领域，尤其涉及一种飞机全机高强度辐照试验的替代方法。

背景技术

在飞机全机高强度辐照HIRF试验中，传统试验方法是把宽带高功放HPA输出的射频能量经天线以自由空间平面行波形式，均匀照射于飞机，并在此电磁应力条件下监测飞机的工作状态是否符合相关规定要求。典型的HIRF应力包括模拟/数字各种调制的广播、通信发射、连续波/脉冲等体制的雷达、自然雷电、核爆脉冲、电子战恶意干扰等等。它们的共同特点是高能量。

飞机HIRF试验技术本质是辐照电磁场通过飞机蒙皮、门窗、机身孔缝，多种途径透射到飞机内部，形成机内电磁小环境；该二次辐射电磁场再通过场-线/场-壳耦合(电场、磁场、远场、近场、感应场)、线-线/线-壳/壳-壳耦合(电容性、电感性、电导性)、以及电路导线上的传导(公共阻抗、公共地电流)等方式耦合至机内系统/设备中敏感器件，干扰设备的功能性能，最终影响飞机整体工作状态。

飞机HIRF试验的频率范围覆盖10kHz～40GHz，频率低于5MHz时，整架飞机都是电小尺寸，蒙皮上感应电流主要沿飞机轴线或翼展方向流动，机内次生低频电磁场主要仅对机载设备/系统的互连电缆起作用；频率高于100MHz时，机身上孔隙起主要耦合作用，机内次生电磁场对机载设备/系统的机箱和互连电缆都有影响。

飞机全机高强度辐照试验规定，飞机应处于辐照电磁场的远场区，这与常规EMC试验时一致。工程中远场区的条件是取R＝2D²/λ或R＝3λ二者较大的，在低频段实际用后一关系。100MHz电磁波的波长3米，对应远场区距离为9米，该尺寸在飞机驾驶舱、设备舱等隔舱内已近极限，再大就难以做到。所以常以100MHz为频率界限分别处理。

EMC辐照试验中天线发射的能量只有较小部分照射在受试件上，且其中大部分又被反射掉，最终作用与受试件中敏感元器件的能量只是很小一部分，所以费效比极其低下。

开展飞机高强度辐照试验所需的场地设施、产生高能量电磁场的特大功率放大器一般需要数百上千万人民币的投入；高能量电磁辐射对试验人员的健康、生命的威胁以及对周围电磁环境的污染是必须注重的问题；进行一次高强度辐照试验的费用也高达十几万至数百万。

另外电磁波能量与传播距离平方成反比，与试验室1米测试距离比较，为在9米远受试件处产生同样场强，功放的输出功率必须提高近100倍，这样做代价太大甚至不能现实(况且HIRF电平远大于试验室的RS电平，至少目前国内还没有满足该要求的试验设施)。还有受试件操作受限、试验结果重复性较差、试验费效比低下等难以克服的技术、经济、安全层面的问题也不易解决。为此需要设计一种操作性强的变通替代试验方法，使工程上得以开展试验，并提高试验效率降低成本。

发明内容

针对已有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种新的飞机全机高强度辐照试验方法，该方法替代目前因条件受限无法进行的飞机全机HIRF试验，使工程上得以开展此类试验，并显著提高试验效率、降低试验费用。

本发明设计思路：把飞机整体看作一硕大的电磁屏蔽壳体，机身对辐照其上的外部电磁场呈现屏蔽衰落作用，如果能求出飞机机身的电磁屏蔽效能SE，即找到飞机外加HIRF与辐照下飞机内部电磁场强之间的对应数量关系，就可以在飞机内部以能量低得多的电磁场(EM强度＝HIRF－SE)辐照关注的机载系统/设备，并使其产生与飞机全机HIRF辐照同样的电磁效应。这样就用等价替代方法完成飞机HIRF试验。本发明专利仅涉及100MHz以上频段的试验。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的。

一种新的飞机全机高强度辐照试验方法，包括如下步骤：

1)在选定合适并移走飞机的开阔场地，放置接收天线或探头(全向)位于预定机内辐照天线的位置，置发射天线与接收天线对准并满足远场条件(发射天线与接收天线的间距≥3倍辐照电磁场的波长)；

2)以安全低电平E_外low电磁场发射，测量、记录接收电平E₁(dBμV/m)；

3)移入飞机，尽量保持发射、接收天线或探头(全向)的绝对、相对位置不变，并使发射天线距机身满足远场条件；

4)以同样的安全低电平E_外low电磁场发射，接收天线在与传播垂直方向上来回平行移动1/4波长距离，测量、记录最大接收电平E₂(dBμV/m)；

5)重复以上步骤1)～4)对试验全频段(≥100MHz)扫描测量；

6)对飞机各方位面(如机头、舱门等敏感部位每隔45°辐照一次)，重复以上步骤1)～5)；

7)统计处理全部接收电平值，找出步骤2)接收电平E1中的最小值E_1min，以及步骤4)接收电平E2中的最大值E_2max，计算屏效为

SE＝E_1min－E_2max(dB)

8)依据规定机外HIRF电平E_外HIRF计算机内辐照试验的等价电平为

E_内eq＝E_外HIRF－SE(dBμV/m)

类似常规EMC试验室RS试验，在飞机内部针对关注的受试件分别施加等价电平E_内eq的水平和垂直极化辐照试验。

当发射天线的发射波束宽度不能覆盖整架飞机时，应平移发射天线，以多个位置发射来实现空间覆盖；

步骤3)中避免舱内接收天线与其它导体(舱壁、结构件、电缆束等，≥0.5波长)平行或靠近，以不使测量接收值不切实际的低；

天馈电缆至少在距天线1米内应与极化方向垂直；

监测仪器等试验辅助设备应免受电磁波辐照的影响。

在飞机机身屏效的实际测量中，参考但不照搬国标GB12190-90《高性能电磁屏蔽室屏蔽效能的测量》推荐的方法。因飞机外形非简单正则几何面、体，难以准确计算飞机外部电磁场强度，且误差大，所以舍弃计算方法而全部采用实测值，通过保持发射、接收电磁场的传感器的位置和姿态，保证测量准确性。

本发明提供一种操作性强的实用等价试验方法，替代目前因条件受限无法进行的飞机全机HIRF试验，使工程上得以开展此类试验，并显著提高试验效率、降低试验费用。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

实施例

在飞机全机高强度辐照试验中，飞机外部施加的电磁场能量通过以下3条路径进入飞机内部：

①穿透飞机蒙皮把干扰传播至机内；

②通过机身上门窗、孔洞、缝隙把干扰二次辐射至机内；

③经天线把干扰直接耦合入机内；

进入受试件内部的干扰再继续以下列方式影响敏感元器件：

●二次辐射耦合到内部设备机箱和互联电缆上；

●导线或电路上感应的干扰直接传播、耦合至元器件上。

经各条途径进入机内的电磁场在进一步通过类似的方式耦合至机载设备内部及其关键元器件，最终影响设备/系统乃至飞机的功率性能。

无论在平台/系统/设备/部件哪种级别的电磁敏感度试验中，都可以把受试件看作一个黑盒子，任何外部电磁应力对它的影响都将也只能经其物理边界------壳体、对外接口从而互连电缆(含电源线)以某种形式(辐射或传导)耦合进入内部(这里不考虑天线，实际试验时可接假负载)，形成最终效应。

飞机全机高强度辐照试验的受试件是飞机整体，其物理边界只有机身壳体，(运动中)没有外接口及其互联电缆，可以看作一个大电磁屏蔽罩。因此，如果能求出飞机机身的电磁屏蔽效能SE，即找到飞机外加HIRF与辐照下飞机内部电磁场强之间的对应数量关系，就可以在飞机内部以能量低得多的电磁场(EM强度＝HIRF－SE)辐照关注的飞机内部机载系统/设备，并使其产生与飞机全机HIRF辐照同样的电磁效应，就可认为二者等效。这样就用等价变通替代方法完成飞机全机HIRF试验。

关键就是寻求飞机外部电磁场与内部电磁场之间的传递函数，找到它们之间的数量关系，即机身的屏蔽性能。本发明采用实际测量方法求出该屏效。

飞机全机HIRF替代试验大致分为两步：一是低电平屏效测试LLSET(LowLevel Shielding Effectiveness Test)，二是等价电平辐照试验ELIT(Equivalent Level Illumination Test)。第一步用安全低电平测量飞机机身的电磁屏蔽效能SE，即找到飞机外加HIRF与辐照下飞机内部电磁场强之间的对应数量关系。再据规定施加的飞机外部高电平电磁场和实测的屏效，计算进行机内辐照试验的等价电平。第二步在飞机内部针对关注的受试件进行类似常规EMC试验室辐射敏感度RS试验的等价电平辐照，生成全面模拟替代机外高电平辐照场下的机内电磁环境，让受试件处于等价的电磁应力之下产生同样的响应。归纳步骤如下：

1)在选定合适并移走飞机的开阔场地，放置接收天线或探头(全向)位于预定机内辐照天线的位置，置发射天线与接收天线对准并满足远场条件(间距≥3倍波长)；

2)以安全低电平E_外low电磁场发射，测量、记录接收电平E₁(dBμV/m)；

3)移入飞机，尽量保持发射、接收天线或探头(全向)的绝对、相对位置不变，并使发射天线距机身满足远场条件；

4)以同样的安全低电平E_外low电磁场发射，接收天线在与传播垂直方向上来回平行移动1/4波长距离，测量、记录最大接收电平E₂(dBμV/m)；

5)重复以上步骤1)～4)对试验全频段(≥100MHz)扫描测量；

6)对飞机各方位面(如机头、舱门等敏感部位每隔45°辐照一次)，重复以上步骤1)～5)；

7)统计处理全部接收电平值，计算屏效为

SE＝E_1min－E_2max(dB)

8)依据规定机外HIRF电平E_外HIRF计算机内辐照试验的等价电平为

E_内eq＝E_外HIRF－SE(dBμV/m)

类似常规EMC试验室RS试验，在飞机内部针对关注的受试件分别施加等价电平E_内eq的水平和垂直极化辐照试验。

注意：a.发射波束宽度不能覆盖整架飞机时，应平移发射天线，以多个位置发射来实现空间覆盖；

b.步骤3)时避免舱内接收天线与其它导体(舱壁、结构件、电缆束等，≥0.5波长)平行或靠近，以不使测量接收值不切实际的低；

c.天馈电缆至少在距天线1米内应与极化方向垂直；

d.监测仪器等试验辅助设备应免受电磁波辐照的影响。

Claims (2)

1.一种飞机全机高强度辐照试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在选定合适并移走飞机的开阔场地，放置接收天线或全向探头位于预定机内辐照天线的位置，置发射天线与接收天线对准并满足远场条件：发射天线与接收天线之间的间距≥3倍辐照电磁场的波长；

2)以安全低电平E_外low电磁场发射，测量、记录接收电平E₁；

3)移入飞机，保持发射、接收天线或全向探头的绝对、相对位置不变，并使发射天线距机身满足远场条件；

4)以同样的安全低电平E_外low电磁场发射，接收天线在与传播垂直方向上来回平行移动1/4波长距离，测量、记录最大接收电平E₂；

5)重复步骤1)～4)对大于100MHz的试验全频段扫描测量；

6)对飞机各方位面重复步骤1)～5)；

7)统计处理全部接收电平值，找出步骤2)接收电平E1中的最小值E_1min，以及步骤4)接收电平E2中的最大值E_2max，计算屏效为

SE＝E_1min－E_2max(dB)；

8)依据规定机外HIRF电平E_外HIRF计算机内辐照试验的等价电平为

E_内eq＝E_外HIRF－SE(dBμV/m)。

2.根据权利要求1所述的一种飞机全机高强度辐照试验方法，其特征在于，所述发射天线的发射波束宽度不能覆盖整架飞机时，应平移发射天线，以多个位置发射来实现空间覆盖。