衛(wèi)星外部電磁環(huán)境效應(yīng)分析和控制

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

　　對于衛(wèi)星普通單機設(shè)備在星外產(chǎn)生的無意弱電場環(huán)境分布，可通過對工程經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行歸納總結(jié)的方法進行預(yù)估，即對星上所有單機設(shè)備EMC試驗中的電磁輻射發(fā)射[3](RE102)測試結(jié)果進行歸納，將各單機設(shè)備在測試頻段內(nèi)的輻射發(fā)射值進行疊加，得到一幅完整的星外無意發(fā)射頻譜圖。需要注意的是，對于安裝于星內(nèi)的設(shè)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(shè)備，是無法得到這些EMC測試數(shù)據(jù)的。

　　相對于歸納總結(jié)方法所得到的較為粗略的結(jié)果而言，電磁場數(shù)值仿真的方法能得到更為精確的分析結(jié)果。我們可以使用電磁場仿真分析軟件(如Ansoft HFSS，CST等)對單機設(shè)備主要電磁發(fā)射途徑的互聯(lián)電纜進行建模，將電纜中傳輸?shù)男盘栕鳛榧钤?，計算得到單機設(shè)備通過互聯(lián)電纜在輻射到星外的電場分布。

　　3. 衛(wèi)星外部電磁環(huán)境效應(yīng)的控制

　　對衛(wèi)星外部電磁環(huán)境效應(yīng)進行控制，防止星外電磁環(huán)境干擾星上設(shè)備的正常工作，包括兩個方面的工作，一個是對星外電磁環(huán)境本身進行控制，即針對強電場環(huán)境和弱電場環(huán)境分別進行控制，改變電場環(huán)境的分布規(guī)律，在關(guān)注區(qū)域降低電磁輻射強度，另一個是在電磁環(huán)境不可改變的情況下，提高衛(wèi)星射頻接收機和星外敏感設(shè)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)生的有意強電場分布，我們可以在衛(wèi)星總體設(shè)計方案允許的范圍內(nèi)，通過以下幾種方法對其進行控制：

　　a. 調(diào)整天線安裝位置;

　　b. 調(diào)整天線副瓣方向圖;

　　c. 使用金屬板進行電磁遮擋;

　　d. 使用吸波材料減小電磁反射。

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

　　圖3 使用拐角金屬板對安裝太陽敏感器的位置進行遮擋的仿真分析示例

　　對于普通單機設(shè)備產(chǎn)生的無意弱電場分布，主要通過為其制定嚴格的電場輻射發(fā)射試驗限值來進行控制，以使這些設(shè)備產(chǎn)生的無意電磁發(fā)射，不會干擾射頻接收機的正常工作。所依據(jù)的計算公式如下：

　　其中P為射頻接收機的靈敏度，L為從接收天線到接收機的射頻衰減量，AF為接收天線的天線系數(shù)。在計算得到的結(jié)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(shè)備在該頻段的電場輻射發(fā)射限值。值得注意的是此時還需考慮被測設(shè)備與射頻接收天線的相對安裝位置和電磁隔離特性(如星體表板的屏蔽作用)，從而可以對限值進行進一步的調(diào)整。

　　3.2提高敏感設(shè)備的抗干擾能力

　　經(jīng)過對星外強電磁環(huán)境的分析，能夠得到星外敏感設(shè)備周圍的電場強度，衛(wèi)星總體設(shè)計部門在該電場強度的基礎(chǔ)上疊加一定的余量(比如10dB，考慮到分析誤差和設(shè)備自身應(yīng)具有的電磁干擾安全裕度)后作為電場輻射敏感度指標下發(fā)給設(shè)備研制單位，然后研制單位可根據(jù)該指標對設(shè)備采取相應(yīng)的抗電磁干擾措施，主要包括以下幾個方面：

　　a. 設(shè)備互聯(lián)電纜改為屏蔽電纜;

　　b. 提高設(shè)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(shè)備內(nèi)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/輸出進行隔離;

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

　　4.結(jié)論

　　衛(wèi)星外部電磁環(huán)境的存在直接影響著星外敏感設(shè)備和射頻接收機的正常工作。衛(wèi)星總體設(shè)計部門可在衛(wèi)星方案階段對星外的電磁環(huán)境進行有效的預(yù)估和分析，一旦發(fā)現(xiàn)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(shè)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(wèi)星的星外電磁環(huán)境不會影響衛(wèi)星自身的兼容性。