CN107727942A - 一种卫星电推进系统电磁辐射特性模拟器 - Google Patents

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李博
徐军
周怀安
韩运忠
张华�
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刘晓
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开一种卫星电推进系统电磁辐射特性模拟器，属于航天器卫星电推进系统，其技术方案是：控制计算机用于进行测试系统的控制和数据处理；状态触发模块测量浪涌信号作为信号源模块触发信号；信号源模块将控制计算机导入的电磁辐射发射数据作为辐射源；波控网络接收信号源模块输出的干扰源辐射源信号，并基于测试频率进行信号放大和辐射通路的选通；功率放大模块用于将干扰源辐射源信号进行放大；辐射天线模块用于将干扰源辐射源信号辐射输出；场强反馈模块监测辐射天线模块输出的电场强度，并将电场强度反馈输入至控制计算机内；利用本发明可在常规的电磁兼容性实验室内验证电推进辐射发射特性对卫星系统的电磁兼容性影响。

Description

一种卫星电推进系统电磁辐射特性模拟器
技术领域
本发明涉及航天器卫星电推进系统，特别涉及一种针对卫星用的电推进系统的电磁辐射特性地面模拟器。
背景技术
随着航天器技术的进步，电推进系统开始在通信卫星和深空探测卫星领域越来越得到广泛的应用，电推进系统代替传统的化学推进系统，保证航天器更高的工作寿命。电推进在带来一系列技术进步的同时，其产生的等离子羽流体，会产生电磁辐射，给卫星带来电磁兼容性问题。因此，电推进系统与卫星的电磁兼容性必须进行充分评估。
由于电推进系统中的推力器必须工作在真空、低温环境中，一方面传统的电磁兼容性实验室不满足推力器的工作环境要求，另一方面推力器地面试验应用的真空罐尺寸不满足卫星的要求。由于这两方面的原因，电推进系统无法实施与卫星的直接电磁兼容性试验。而如果要建造一个满足真空低温环境需求的能够容纳卫星的大尺寸电磁兼容性试验环境，其技术难度和设计建造成本都是巨大的。
发明内容
本发明的目的是：为克服现有技术的不足，提供一种卫星电推进系统电磁辐射特性模拟器。
本发明的技术方案是：一种卫星电推进系统电磁辐射特性模拟器，包括：控制计算机、状态触发模块、信号源模块、波控网络、功率放大模块、辐射天线模块以及场强反馈模块；
所述控制计算机用于获取电推进系统处于工作状态时的电磁辐射发射试验数据，并通过傅里叶反变换将电磁辐射发射试验数据变换为时域特性数据后，发送至所述信号源模块作为辐射源；
所述状态触发模块用于测量电推进系统的电源输出线在工作状态切换过程中的浪涌信号，并将测量信号输出到所述信号源模块的触发端口，作为信号源模块的触发信号；
所述信号源模块对所述辐射源按设定频率采样后作为模拟器电磁辐射源信号；所述信号源模块触发后将所述模拟器电磁辐射源信号发送至所述波控网络；
所述功率放大模块包括两个以上功率放大器，每个功率放大器对应一个测试频段；所述辐射天线模块包括两个以上辐射天线，每个所述功率放大器连接一个辐射天线；
所述波控网络接收到所述信号源模块输出的模拟器电磁辐射源信号后，根据测试频段选通对应的功率放大器；与所述波控网络接通的功率放大器将干扰源辐射源信号放大后通过与之相连的辐射天线辐射输出；
所述场强反馈模块监测所述辐射天线模块辐射输出的电场强度，并将电场强度反馈至所述控制计算机；所述控制计算机将反馈的电场强度与预设的电场强度进行对比，基于差值控制当前接通的功率放大器的输出，保证所述场强反馈模块监测到的电场强度与预设的电场强度一致。
所述电推进系统的工作状态包括：DC/AC开机状态、中和器点火状态、放电室点火状态和束流引出状态。
所述状态触发模块包括：电流探头与示波器；所述电流探头的输入端与电推进系统电源输出端正极相连，输出端与所述示波器的输入端相连，所述示波器的工作模式为触发模式，所述示波器的输出端口通过一根一端为BNC接头另一端为SMA结构的电缆连接到所述信号源模块的触发端口。
有益效果：利用本发明可在常规的电磁兼容性实验室内，模拟卫星用电推进系统的电磁辐射特性，验证电推进辐射发射特性对卫星系统的电磁兼容性影响，无需设计专门的大尺寸低温真空电磁兼容性实验室。
附图说明
图1为本发明的结构组成框图；
图2为本发明实施例中波控网络基于不同测试频段选通的不同通路的示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
参见附图1，一种卫星电推进系统电磁辐射特性模拟器，它包括：控制计算机1、状态触发模块2、信号源模块3、波控网络4、功率放大模块5、辐射天线模块6以及场强反馈模块7；
卫星电推进系统进行单机级层面的电磁辐射发射测试，在电推进系统进行单机级层面测试过程中，采用一台ESMD接收机获取推力器电磁辐射特性测试的射频数据；
控制计算机1用于获取电推进系统处于工作状态时的电磁发射试验数据，并通过傅里叶反变换将电磁发射试验数据由频域数据变换为时域数据，即电磁辐射发射数据，并将该电磁辐射发射数据导入至信号源模块3。电推进系统工作状态包括：DC/AC开机状态、中和器点火状态、放电室点火状态和束流引出状态。
状态触发模块2由一台型号为DPO7054的示波器和电流探头组成，状态触发模块2用于测量电推进系统电源输出线在状态切换过程中的浪涌信号，并将测量信号输出到信号源模块3的触发端口，作为信号源模块3的触发信号。具体的连接关系为：将电流探头的输入端接到卫星电推进系统的电源输出端正线上，电流探头的输出端接到示波器的通道3输入端上，设置示波器为触发模式，并设置触发电平。将示波器的通道3输出端口通过一根一端为BNC接头另一端为SMA结构的电缆连接到信号源模块的触发端口。当卫星电推进系统进行工作时，随着工作状态的变化，反映到电推进系统电源输出端为浪涌电流变化，该浪涌电流触发示波器，并经过示波器隔直后，信号经示波器通道3输出，触发信号源模块3；示波器主要进行浪涌信号的监测、隔直和输出，保证信号的有效性和避免信号输出过压损坏设备。
信号源模块3为一台型号为AWG70001A的任意波形发生器，其将控制计算机1导入的电磁辐射发射数据作为辐射源，按设定频率采样后，作为干扰源辐射源信号；信号源模块3在接收到状态触发模块2的触发信号后将干扰源辐射源信号输出至波控网络4。
功率放大模块5包括两个以上功率放大器，辐射天线模块6包括两个以上辐射天线，每个功率放大器连接一个辐射天线，形成一个放大输出链路。
波控网络4接收到信号源模块3输出的干扰源辐射源信号后，基于测试频率进行放大输出链路的选通，如图2所示，即根据测试频段将干扰源辐射源信号发送至设定的功率放大器。
功率放大模块5用于将接收到的干扰源辐射源信号放大后通过与之相连的辐射天线进行电磁信号的辐射输出。
参见附图2，本例中，基于测试频段，将功率放大模块和辐射天线模块分别分为6个部分，即功率放大模块5包括六个功率放大器，每个功率放大器对应一个测试频段，辐射天线模块6包括六个辐射天线，如下表所示，波控网络4基于测试频段选通相应的放大输出链路。
场强反馈模块7包括一台型号为HI-6100的场强监测仪；在距离辐射天线模块6一定距离，如1m远处，放置场强监测仪；场强监测仪监测辐射天线模块6输出的电场强度，并将电场强度反馈输入至控制计算机1内；控制计算机1根据反馈的电场强度与要求的电场强度进行对比，基于差值控制功率放大模块5的输出，保证场强反馈模块7监测到的电场强度与要求的电场强度一致。
综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种卫星电推进系统电磁辐射特性模拟器，其特征在于：包括：控制计算机(1)、状态触发模块(2)、信号源模块(3)、波控网络(4)、功率放大模块(5)、辐射天线模块(6)以及场强反馈模块(7)；
所述控制计算机(1)用于获取电推进系统处于工作状态时的电磁辐射发射试验数据，并通过傅里叶反变换将电磁辐射发射试验数据变换为时域特性数据后，发送至所述信号源模块(3)作为辐射源；
所述状态触发模块(2)用于测量电推进系统的电源输出线在工作状态切换过程中的浪涌信号，并将测量信号输出到所述信号源模块(3)的触发端口，作为信号源模块(3)的触发信号；
所述信号源模块(3)对所述辐射源按设定频率采样后作为模拟器电磁辐射源信号；所述信号源模块(3)触发后将所述模拟器电磁辐射源信号发送至所述波控网络(4)；
所述功率放大模块(5)包括两个以上功率放大器，每个功率放大器对应一个测试频段；所述辐射天线模块(6)包括两个以上辐射天线，每个所述功率放大器连接一个辐射天线；
所述波控网络(4)接收到所述信号源模块(3)输出的模拟器电磁辐射源信号后，根据测试频段选通对应的功率放大器；与所述波控网络(4)接通的功率放大器将干扰源辐射源信号放大后通过与之相连的辐射天线辐射输出；
所述场强反馈模块(7)监测所述辐射天线模块(6)辐射输出的电场强度，并将电场强度反馈至所述控制计算机(1)；所述控制计算机(1)将反馈的电场强度与预设的电场强度进行对比，基于差值控制当前接通的功率放大器的输出，保证所述场强反馈模块(7)监测到的电场强度与预设的电场强度一致。
2.如权利要求1所述的一种卫星电推进系统电磁辐射特性模拟器，其特征在于：所述电推进系统的工作状态包括：DC/AC开机状态、中和器点火状态、放电室点火状态和束流引出状态。
3.如权利要求1或2所述的一种卫星电推进系统电磁辐射特性模拟器，其特征在于：所述状态触发模块(2)包括：电流探头与示波器；所述电流探头的输入端与电推进系统电源输出端正极相连，输出端与所述示波器的输入端相连，所述示波器的工作模式为触发模式，所述示波器的输出端口通过一根一端为BNC接头另一端为SMA结构的电缆连接到所述信号源模块(3)的触发端口。
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