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卫星通信
2010/10/21 14:33

卫星外部电磁环境效应分析与控制

中国电磁兼容网  李晓辉

卫星在运行过程中,不管是发射状态,还是在轨运行状态,都会在其外部产生一个复杂的电磁环境,该电磁环境既包括由卫星大功率发射机产生的有意强电场分布,也包括其它设备工作时所产生的无意电场分布,频谱分布通常从几十KHz,一直到射频设备的最高工作频率,甚至是其谐波。该电磁环境的存在,可能会导致卫星射频接收机,如测控接收机、转发器接收机,以及安装于卫星表面的设备,如红外地球敏感器、太阳敏感器等,受到电磁干扰而无法正常工作,这样的问题在以往的卫星型号上也确实发生过。

卫星外部的电磁环境看似复杂,但实际上是可预测分析的,也是可以通过相关的技术手段进行控制的,尤其是在卫星的方案设计阶段,通过有效的分析和控制,能够提前发现潜在 的电磁干扰问题并对其进行有效的控制,避免卫星投产后才暴露出电磁干扰而导致研制成本的增加和计划进度的延误。

1.卫星外部电磁环境的构成和效应

卫星外部电磁环境由多种因素构成,既由来自卫星自身的电磁发射,也有来自运载火箭或其它同轨道临近航天器的电磁发射,本文仅考虑卫星自身工作时在其外部产生的电磁环境,该电磁环境的构成及其产生的效应如下。  

1.1大功率射频发射机产生的有意强电场分布

大多数卫星都会使用大功率的射频发射设备,如数传、通信转发器、遥感等设备,功率从几十W到几百W之间,这些射频发射机工作时,发射天线所辐射的射频能量,主要集中在工作要求的主瓣区域内,其它能量则分布在天线与星体之间的天线旁瓣和后瓣区域,该区域内的电场强度通常在几十V/m至几百V/m之间。 

这种恶劣的电磁环境,对于安装与星外的单机设备而言,尤其是地球红外敏感器这种灵敏度较高的设备,是一种严重的威胁,同时也对这些设备的抗电磁干扰能力提出了更高的要求。 

1.2普通单机设备产生的无意弱电场分布 

普通单机设备,如供配电、推进、控制、结构、热控等分系统所使用的设备,在正常工作时,会通过设备机壳的缝隙、互联电缆等将设备内部的电磁信号辐射到设备周围,这些电磁信号的能量很低,幅度通常在几mV/m到几十mV/m,但其频谱覆盖范围很宽,可以从几十kHz一直到几GHz。

这种弱电场分布看似能量很低,但考虑到卫星射频接收机高灵敏度,有些接收机灵敏度高达-135dBm,仍然可能会发生弱电场环境被接收天线耦合到接收机内,导致接收机受干扰的问题。图1给出了卫星内部设备无意电磁辐射发射导致卫星射频接收机受扰的示例。

图1 单机设备无意电磁发射对射频接收设备的干扰示例

2. 卫星外部电磁环境的分析

我们可以使用多种方法对卫星外部的电磁环境进行分析,包括对工程经验数据的总结归纳、理论预估和电磁场仿真软件的精确分析等。

 

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