技术分享丨飞机HIRF（高强度辐射场）试验解决方案

与自然界产生的闪电不同，HIRF（高强度辐射场）是由人类活动造成的电磁环境问题。对飞机而言，HIRF环境是由雷达、无线电台、广播电视发射台，以及其他地面、水面、空中的射频（RF）发射机等传输电磁射频能量而产生的，特点是频率覆盖范围广、电场强度高、作用时间长，会对各种飞行器的电气和电子系统的正常运行产生危害，是影响飞行安全的“隐形杀手”。随着现代飞机中的电子设备应用增多，HIRF防护的重要性日益凸显，成为飞机设计和机载设备装机的必要条件。

什么是HIRF和HIRF试验？

（High Intensity Radio Field，高强度辐射场）是指在单位面积内辐射能量比较高的一种电磁辐射，它是由电磁波的电场强度和磁场强度共同决定的。HIRF是复杂电磁环境的重要组成部分，可作为电磁干扰源通过飞机的门窗、天线、孔缝等耦合路径进入飞机内部，造成舱内设备的辐射干扰或传导干扰。

HIRF试验是在谐振腔体内注入电场射频能量，通过机械搅拌或者其他方式，产生一个统计均匀、各向同性的射频环境（均匀域），使被试品处于均匀域中运行时受到各向同性的射频能量干扰。通过模拟外部复杂电磁环境，验证被试品的HIRF防护能力。

为什么HIRF试验越来越重要？

电磁环境的复杂化是随着电子技术的发展和电子技术的不断运用而随之产生的，复杂电磁环境是未来信息化的重要特征。对飞机安全飞行来说，HIRF防护设计和适航验证的重要性日益显著主要源于以下因素：

1、现代外部环境中的射频发射机数量和功率迅猛增加，HIRF环境越来越严酷，早期飞机设计时可能并未考虑相关防护要求。

2、飞机本身执行关键功能的传统机械或机电控制系统，已逐渐被先进的数字式电子/电气系统取代，这些系统对外部电磁环境非常敏感，容易受到干扰。

3、现代飞机上低导电性的复合材料应用增多，使得飞机对外部电磁环境的屏蔽性能大大减低，使得电子电气系统更多暴露于外部电磁环境。

HIRF试验的相关法规标准

? RTCA DO-160：国内外认可的航空机载设备试验标准

? IEC 61000-4-21：国际上通常采用的电磁兼容性（EMC）国际标准

HIRF试验的应用和方法

试验应用范围：飞控系统、航电系统、刹车系统、驾驶舱内控制仪表、各类传感器等。

HIRF试验有两种主要方法：暗室法和混响室法。

面对目前HIRF防护验证的需求，使用暗室法试验时会受限于测试区域及高功率功放。

混响室法利用混响室所产生的宽频带、多极化、多模式、随机相位且强电场的复杂电磁环境进行辐射敏感 度试验，更加接近实际应用的情况，更能反映电子信息设备全面的抗干扰特性，为电子信息设备进行复杂电磁环境验证提供条件。

混响室法HIRF试验步骤

第一步校准：场均匀性确认

混响室中不布置样品和辅助设备，在特定的注入功率下测量测试均匀域的8个角以及中心，共9个点的场强。校准仅使用步进搅拌模式。

第二步校准：载荷确认

混响室中布置样品和辅助设备, 样品不上电，在连续波注入下记录注入功率Prevmax和场强Emax的线性关系。

混响室原理图

第三步测试：抗扰度测试

混响室中布置样品和辅助设备，样品上电，实现典型工作状态。根据上一步校准得到的线性关系，计算要求测试场强Edesire所需要的功率Ptarget，向混响室注入相对应的功率。测试使用连续搅拌模式或者步进搅拌模式。

广电计量HIRF试验解决方案

广电计量于2016年开始建设HIRF高场强混响室，测试频率为100MHz-18GHz，设计尺寸依据DO-160G的测试需求，长宽高为8m×5m ×3.65m。测试均匀域大小为3m×3m ×2m，场强最高为6000V/m（可以满足DO-160G除Cat L之外所有类别等级），满足HIRF试验的要求。此外，广电计量拥有多年的技术积累和沉淀，可满足包含雷电感应瞬态敏感度、电源输入、感应信号敏感度等在内的一系列航空机载试验需求。

服务案例

? 承担C919 A级系统级HIRF试验，是国内首次按DO-160G开展的民用飞机系统级HIRF试验，开启了国产飞机以系统为载体进行适航取证试验的新篇章。

? 为C919多款产品提供3000V/m的HIRF试验、间接雷电效应试验、电源特性试验等全套的航空机载检测服务。

? 承担ARJ21机载设备HIRF试验，助力客户排查敏感频段、定位问题、分析问题，最终顺利通过试验。

? 承担AG600飞机30余款产品的电磁兼容试验，为世界在研最大水陆两用飞机成功首飞提供技术保障。