衛星外部電磁環(huán)境效應分析與控制

　　圖2 發(fā)射天線(xiàn)在星外產(chǎn)生的電場(chǎng)環(huán)境分析示例

　　對于衛星普通單機設備在星外產(chǎn)生的無(wú)意弱電場(chǎng)環(huán)境分布，可通過(guò)對工程經(jīng)驗數據進(jìn)行歸納總結的方法進(jìn)行預估，即對星上所有單機設備EMC試驗中的電磁輻射發(fā)射[3](RE102)測試結果進(jìn)行歸納，將各單機設備在測試頻段內的輻射發(fā)射值進(jìn)行疊加，得到一幅完整的星外無(wú)意發(fā)射頻譜圖。需要注意的是，對于安裝于星內的設備，需考慮星體的屏蔽，將輻射值減去星體屏蔽效能，才是其在星外的電磁輻射值。另外，對于星上全新研制的單機設備，是無(wú)法得到這些EMC測試數據的。

　　相對于歸納總結方法所得到的較為粗略的結果而言，電磁場(chǎng)數值仿真的方法能得到更為精確的分析結果。我們可以使用電磁場(chǎng)仿真分析軟件(如Ansoft HFSS，CST等)對單機設備主要電磁發(fā)射途徑的互聯(lián)電纜進(jìn)行建模，將電纜中傳輸的信號作為激勵源，計算得到單機設備通過(guò)互聯(lián)電纜在輻射到星外的電場(chǎng)分布。

　　3. 衛星外部電磁環(huán)境效應的控制

　　對衛星外部電磁環(huán)境效應進(jìn)行控制，防止星外電磁環(huán)境干擾星上設備的正常工作，包括兩個(gè)方面的工作，一個(gè)是對星外電磁環(huán)境本身進(jìn)行控制，即針對強電場(chǎng)環(huán)境和弱電場(chǎng)環(huán)境分別進(jìn)行控制，改變電場(chǎng)環(huán)境的分布規律，在關(guān)注區域降低電磁輻射強度，另一個(gè)是在電磁環(huán)境不可改變的情況下，提高衛星射頻接收機和星外敏感設備的抗干擾能力。

　　3.1 星外電磁環(huán)境控制

　　對于大大功率射頻發(fā)射機產(chǎn)生的有意強電場(chǎng)分布，我們可以在衛星總體設計方案允許的范圍內，通過(guò)以下幾種方法對其進(jìn)行控制：

　　a. 調整天線(xiàn)安裝位置;

　　b. 調整天線(xiàn)副瓣方向圖;

　　c. 使用金屬板進(jìn)行電磁遮擋;

　　d. 使用吸波材料減小電磁反射。

　　在應用這幾種控制方法時(shí)，需使用電磁場(chǎng)數值仿真分析軟件對控制的效果進(jìn)行分析驗證。圖3顯示了使用一塊拐角金屬板對安裝太陽(yáng)敏感器的位置進(jìn)行遮擋的仿真分析，遮擋后該位置的電場(chǎng)強度下降了12V/m。

　　圖3 使用拐角金屬板對安裝太陽(yáng)敏感器的位置進(jìn)行遮擋的仿真分析示例

　　對于普通單機設備產(chǎn)生的無(wú)意弱電場(chǎng)分布，主要通過(guò)為其制定嚴格的電場(chǎng)輻射發(fā)射試驗限值來(lái)進(jìn)行控制，以使這些設備產(chǎn)生的無(wú)意電磁發(fā)射，不會(huì )干擾射頻接收機的正常工作。所依據的計算公式如下：

　　其中P為射頻接收機的靈敏度，L為從接收天線(xiàn)到接收機的射頻衰減量，AF為接收天線(xiàn)的天線(xiàn)系數。在計算得到的結果上再疊加一定的電磁干擾安全裕度和計算誤差，即可作為各設備在該頻段的電場(chǎng)輻射發(fā)射限值。值得注意的是此時(shí)還需考慮被測設備與射頻接收天線(xiàn)的相對安裝位置和電磁隔離特性(如星體表板的屏蔽作用)，從而可以對限值進(jìn)行進(jìn)一步的調整。

　　3.2提高敏感設備的抗干擾能力

　　經(jīng)過(guò)對星外強電磁環(huán)境的分析，能夠得到星外敏感設備周?chē)碾妶?chǎng)強度，衛星總體設計部門(mén)在該電場(chǎng)強度的基礎上疊加一定的余量(比如10dB，考慮到分析誤差和設備自身應具有的電磁干擾安全裕度)后作為電場(chǎng)輻射敏感度指標下發(fā)給設備研制單位，然后研制單位可根據該指標對設備采取相應的抗電磁干擾措施，主要包括以下幾個(gè)方面：

　　a. 設備互聯(lián)電纜改為屏蔽電纜;

　　b. 提高設備殼體屏蔽效能，使用導電襯墊、導電膠等消除機殼縫隙;

　　c. 在設備內部電路中使用有效的濾波器或濾波電路，并注意將濾波器(電路)的輸入/輸出進(jìn)行隔離;

　　d. 對有視窗的設備(如地球紅外敏感器、太陽(yáng)敏感器等的視窗)，視窗應使用導電玻璃，并保證導電玻璃四周與設備金屬殼體之間搭接良好。

　　4.結論

　　衛星外部電磁環(huán)境的存在直接影響著(zhù)星外敏感設備和射頻接收機的正常工作。衛星總體設計部門(mén)可在衛星方案階段對星外的電磁環(huán)境進(jìn)行有效的預估和分析，一旦發(fā)現電磁干擾隱患，則采取有效的電磁環(huán)境控制和提高星外設備抗電磁干擾能力的措施，消除電磁干擾隱患，保證初樣或正樣衛星的星外電磁環(huán)境不會(huì )影響衛星自身的兼容性。