CN108318763A - 一种基于电推进辐射发射模拟器的电磁兼容性验证方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于电推进辐射发射模拟器的电磁兼容性验证方法，在真空条件下，对配置完备的电推进系统单独进行电磁兼容性测试，获得在真实点火条件下电推进系统的辐射发射参数；其次根据所得参数搭建电推进电磁辐射发射模拟器；同时对卫星进行电磁兼容性测试与评估，根据电推进系统卫星的受扰情况判断卫星的电磁兼容性，通过上述三个步骤完成对电磁兼容性的验证，可靠性高，稳定性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于电推进辐射发射模拟器的电磁兼容性验证方法，属于电磁兼容试验技术领域。
背景技术
电推进系统作为一种先进的卫星推进技术，具有高比冲、小推力的特点，能够有效提升航天器的承载能力和控制精度，已成为各航天强国先进航天器的标准配置。
电推进系统点火要求在真空环境和配置等离子体防护设备的条件下进行，而卫星电磁兼容性验证应在专业的电磁兼容性实验室进行。专业的电磁兼容性验证试验设备不能提供真空环境，因此不能够在电推进真实点火条件下直接测量配置电推进系统的卫星的电磁兼容性。为完成配置电推进系统的卫星的电磁兼容性验证，需要设计利用地面模拟设备间接测量的方案。
未来电推进技术将广泛应用于载人空间站、高轨卫星、深空探测等领域，评估和解决电推进工作与卫星的电磁兼容问题是该技术普及应用的基础。当前对于新的电推进技术缺乏合理可行的兼容性直接测试评估手段，当前的技术不具备系统测试电推进在整星上的兼容性能力，急需依据电推进真实的电磁辐射特点设计一套对整星兼容的评估体系。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对现有技术中的对电推进工作卫星的电磁兼容性情况缺乏可行的测试评估方法及允许测试的真空点火环境的问题，提出了一种基于电推进辐射发射模拟器的电磁兼容性验证方法。
本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：
一种基于电推进辐射发射模拟器的电磁兼容性验证方法，步骤如下：
(1)通过测量获取电推力器点火状态下的辐射发射参数；
(2)根据步骤(1)所得的辐射发射参数搭建具备电推进卫星全工作频段内具有辐射发射能力的发射模拟器；
(3)对步骤(2)构建的发射模拟器进行电磁兼容性测试与评估，根据电推进卫星的受扰情况判断整星的电磁兼容性。
所述步骤(1)中，获取电推力器点火状态下的辐射发射参数的具体步骤如下：
(1a)将电推力器置于透波舱内并进行舱内抽真空；
(1b)进行真空环境下的电推力器点火；
(1c)分别于透波舱体外电推力器背面及侧面安装接收天线；
(1d)使用测量仪器测量接收天线收集电推进器电磁辐射发射数据特性，生成全频域的每个测量频点和对应频点的幅度信息，同时获取电推力器的辐射发射参数。
所述步骤(2)中，搭建发射模拟器的具体步骤如下：
(2a)根据步骤(1)所得的电推力器辐射发射参数为信号源提供辐射频段及辐射场强；
(2b)根据步骤(2a)所得参数，通过信号源、可调衰减器、功率放大器以及天线组成的电推进辐射发射模拟器，将天线的电磁信号通过放大处理后对外发射并实现模拟推力器工作特性的宽频发射。
所述步骤(3)中，对卫星进行电磁兼容性测试与评估的具体步骤如下：
(3a)根据步骤(2)所得辐射发射参数，将发射模拟器置于透波舱内并放置于EMC实验室环境下，分别于透波舱体外发射模拟器背面及侧面安装接收天线，对模拟在轨正常工作状态的发射模拟器水平方向施加辐射电磁干扰，所述辐射电磁干扰量为EMC实验室环境下电磁辐射试验测试范围最大值的两倍量级；
(3b)于距发射模拟器0.3m～1m处架设场强探头并确认在固定频段范围内场强数值为固定值；
(3c)通过透波舱体外接收天线接收到的电磁波场强随频率变化情况确认卫星受扰量级；
(3d)判断接收天线接收到的电磁波信号频段及电磁辐射是否高于预设阈值，若高于预设阈值则该卫星电磁兼容性不合格；否则，判定该卫星电磁兼容性合格。
所述步骤(3d)中，卫星电磁兼容性预设阈值为：
(S1)当发射模拟器发射频率大于等于30MHz且小于1GHz时，卫星允许辐射上限为120dBμV/m，电推进电磁辐射限值为70dBμV/m；
(S2)当发射模拟器发射频率大于等于1.60GHz且小于1.67GHz时，卫星允许辐射上限为25dBμV/m，电推进电磁辐射限值为25dBμV/m，频段为L频段；
(S3)当发射模拟器发射频率大于等于1.98GHz且小于2.01GHz时，卫星允许辐射上限为25dBμV/m，电推进电磁辐射限值为20dBμV/m，频段为L频段；
(S4)当发射模拟器发射频率大于等于5.85GHz且小于6.725GHz时，卫星允许辐射上限为35dBμV/m，电推进电磁辐射限值为35dBμV/m，频段为C频段；
(S5)当发射模拟器发射频率大于等于12.75GHz且小于13GHz、大于等于13.75GHz且小于14.5GHz、大于等于17.3GHz且小于17.8GHz时，卫星允许辐射上限为35dBμV/m，电推进电磁辐射限值为35dBμV/m，频段为Ku频段；
(S6)当发射模拟器发射频率大于等于18GHz且小于22.5GHz时，卫星允许辐射上限为120dBμV/m，电推进电磁辐射限值为55dBμV/m，频段为Ka频段；
(S7)当发射模拟器发射频率大于等于22.5GHz且小于26.5GHz时，卫星允许辐射上限为40dBμV/m，电推进电磁辐射限值为38dBμV/m，频段为Ka频段；
(S8)当发射模拟器发射频率大于等于26.5GHz且小于31GHz时，卫星允许辐射上限为40dBμV/m，电推进电磁辐射限值为38dBμV/m，频段为Ka频段。
所述发射模拟器发射频率大于等于30MHz且小于1GHz时，发射模拟器选用预放器和周期对数天线；所述发射模拟器发射频率大于等于1GHz且小于18GHz时，发射模拟器选用预放器和双脊喇叭天线实现；所述发射模拟器发射频率大于等于18GHz且小于26.5GHz时，发射模拟器选用预放和喇叭天线实现；所述发射模拟器发射频率大于等于26.5GHz且小于40GHz时，发射模拟器选用预放和喇叭天线实现。
所述电推力器供电电压为1000V±10V，屏栅电流为0.8A±0.05A。
所述电推力器供气流量为1.362±5％mg/s。
所述电推力器发射频率波动范围为30MHz～31GHz。
优选的，所述电推力器电磁辐射限值范围为10～70dBμV/m。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明提供了一种基于电推进辐射发射模拟器的电磁兼容性验证方法，解决了电推进系统只能在真空环境中点火的需求与现有的卫星电磁兼容性试验检测方法不能提供真空环境之间的矛盾，为配置电推进系统的卫星进行整星电磁兼容性的测试和评估提供了途径；
(2)本发明提供了卫星的电磁兼容判断准则，针对在固定范围内的发射电磁波信号频段及发射模拟器的辐射发射量，提供了辐射发射量限级值及卫星允许辐射值门限，保证了卫星在限定阈值内可以判断卫星其他设备工作过程中不会受到电推进工作的辐射量级影响。
附图说明
图1为发明提供的兼容性验证方法流程图；
图2为发明提供的透波舱结构布局示意图；
图3为发明提供的电推进系统配置布局示意图；
图4为发明提供的发射模拟器实际输出频段和强度曲线图；
具体实施方式
一种基于电推进辐射发射模拟器的电磁兼容性验证方法，基于EMC暗室中的测试系统进行测试，如图1所示，其中，被测对象为配置了电推进系统的卫星，同时需要将卫星放置在EMC暗室内，包括供电、供气系统，同时兼容性试验的实验为常温、常压条件，离子推力器负载模拟器两台设备摆放在星旁，通过通信电缆与上位机连接。离子推力器负载模拟器用于模拟离子推力器的电源负载特性，匹配ADU的带载特性，通过负载模拟器上位机实现对离子推力器模拟负载器的通信与控制；同时，在卫星+X面距离1米处布置天线组模拟器产生辐射电磁干扰，即电磁干扰接收机根据电推力器辐射发射参数，给预放器提供频率和场强的输入，预放器根据频率和场强利用天线对外发射电磁波，模拟电推力器点火状态下辐射发射的工况，并在距离电推进0.1m～3m处架设场强探头，保证场强探头监测到的干扰强度满足电推进电磁辐射量级要求，此时利用接收机记录测试结果，通过接收机接收信号数据与发射模拟器发射的电磁波信号数据监测卫星是否受扰，同时判断卫星的电磁兼容性是否合格。
具体方法流程如图2所示，步骤如下：
(1)通过测量获取电推力器点火状态下的辐射发射参数，其中操作流程如下：
(1a)将电推力器置于透波舱内并进行舱内抽真空，真空度优于1×10-3Pa；；
(1b)进行真空环境下的电推力器点火，电推力器点火要求保持稳定的供电和供气环境，供电屏栅电压稳定在1000V±10V，屏栅电流稳定在0.8A±0.05A，总供气流量稳定在1.362±5％mg/s；
(1c)分别于透波舱体外电推力器背面及侧面安装接收天线；
(1d)使用测量仪器测量接收天线分别接收得到的电推力器的辐射发射参数。
(2)根据步骤(1)所得的发射辐射参数搭建具备卫星全工作频段内具有辐射发射能力的发射模拟器，其中操作流程如下：
(2a)根据步骤(1)所得的电推力器辐射发射参数为信号源提供辐射频段及辐射场强；
(2b)根据步骤(2a)所得参数，通过信号源、可调衰减器、功率放大器以及天线组成的电推进辐射发射模拟器，将天线的电磁信号通过放大处理后对外发射并实现模拟推力器工作特性的宽频发射；
(3)对卫星进行电磁兼容性测试与评估，根据电推进系统卫星的受扰情况判断卫星的电磁兼容性，其中操作流程如下：
(3a)根据步骤(2)所得辐射发射参数，将发射模拟器置于透波舱内并放置于EMC实验室环境下，分别于透波舱体外发射模拟器背面及侧面安装接收天线，对模拟在轨正常工作状态的发射模拟器水平方向施加辐射电磁干扰，所述辐射电磁干扰量为EMC实验室环境下电磁辐射试验测试范围最大值的两倍量级；
(3b)于距发射模拟器0.3m～1m处架设场强探头并确认在固定频段范围内场强数值为固定值；
(3c)通过透波舱体外接收天线接收到的电磁波场强随频率变化情况确认卫星受扰量级；
(3d)判断接收天线接收到的电磁波信号频段及电磁辐射是否高于预设阈值，若高于预设阈值则该卫星电磁兼容性不合格；否则，判定该卫星电磁兼容性合格。
所述步骤(3d)中，发射模拟器发射的电磁波信号频段大致范围为30MHz～31GHz，辐射发射量级范围10～70dBμV/m，在同一频段范围内，接收机接收到的电磁波信号的电磁辐射值及卫星整体允许辐射上限均小于设定阈值，则视为电磁兼容性合格，否则视为不合格，具体判断标准如下表：
(S1)当发射模拟器发射频率大于等于30MHz且小于1GHz时，卫星允许辐射上限为120dBμV/m，电推进电磁辐射限值为70dBμV/m；
(S2)当发射模拟器发射频率大于等于1.60GHz且小于1.67GHz时，卫星允许辐射上限为25dBμV/m，电推进电磁辐射限值为25dBμV/m，频段为L频段；
(S3)当发射模拟器发射频率大于等于1.98GHz且小于2.01GHz时，卫星允许辐射上限为25dBμV/m，电推进电磁辐射限值为20dBμV/m，频段为L频段；
(S4)当发射模拟器发射频率大于等于5.85GHz且小于6.725GHz时，卫星允许辐射上限为35dBμV/m，电推进电磁辐射限值为35dBμV/m，频段为C频段；
(S5)当发射模拟器发射频率大于等于12.75GHz且小于13GHz、大于等于13.75GHz且小于14.5GHz、大于等于17.3GHz且小于17.8GHz时，卫星允许辐射上限为35dBμV/m，电推进电磁辐射限值为35dBμV/m，频段为Ku频段；
(S6)当发射模拟器发射频率大于等于18GHz且小于22.5GHz时，卫星允许辐射上限为120dBμV/m，电推进电磁辐射限值为55dBμV/m，频段为Ka频段；
(S7)当发射模拟器发射频率大于等于22.5GHz且小于26.5GHz时，卫星允许辐射上限为40dBμV/m，电推进电磁辐射限值为38dBμV/m，频段为Ka频段；
(S8)当发射模拟器发射频率大于等于26.5GHz且小于31GHz时，卫星允许辐射上限为40dBμV/m，电推进电磁辐射限值为38dBμV/m，频段为Ka频段。
在不同频段中，发射模拟器选用不同种类的接收天线，如图3所示，具体选择情况如下：
(a)所述发射模拟器发射频率大于等于30MHz且小于1GHz时，发射模拟器选用预放器和周期对数天线；
(b)所述发射模拟器发射频率大于等于1GHz且小于18GHz时，发射模拟器选用预放器和双脊喇叭天线实现；
(c)所述发射模拟器发射频率大于等于18GHz且小于26.5GHz时，发射模拟器选用预放和喇叭天线实现；
(d)所述发射模拟器发射频率大于等于26.5GHz且小于40GHz时，发射模拟器选用预放和喇叭天线实现。
(4)对卫星特定敏感设备的敏感度测试，根据电推进系统卫星特定载荷的受扰情况判断卫星的电磁兼容性，其中操作流程如下：
(4a)进行敏感设备场强监测，即在卫星星敏和地敏附近0.3～1m处架设场强探头，记录模拟电推进工作环境的干扰场强下，星敏和地敏位置处的场强，评估判断配置电推进系统的卫星敏感设备的兼容性。
(4b)如图4所示，进行接收机的接收频带影响监测，即测试电推进模拟工作环境下卫星频段的受扰情况时，其设置干扰场强阈值要求如下：通常卫星射频接收频带为测控接收频带时，在该测试频带内设置干扰场强阈值不应低于2V/m；通信涉及到的卫星射频接收频带为通信频带时，在该测试频带内设置干扰场强阈值不应低于4V/m；场强探头位于地敏位置处，整星加电过程最大场强阈值不应低于4V/m。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种基于电推进辐射发射模拟器的电磁兼容性验证方法，其特征在于步骤如下：
(1)通过测量获取电推力器点火状态下的辐射发射参数；
(2)根据步骤(1)所得的辐射发射参数搭建具备电推进卫星全工作频段内具有辐射发射能力的发射模拟器；
(3)对步骤(2)构建的发射模拟器进行电磁兼容性测试与评估，根据电推进卫星的受扰情况判断整星的电磁兼容性。
2.根据权利要求1所述的一种基于电推进辐射发射模拟器的电磁兼容性验证方法，其特征在于：所述步骤(1)中，获取电推力器点火状态下的辐射发射参数的具体步骤如下：
(1a)将电推力器置于透波舱内并进行舱内抽真空；
(1b)进行真空环境下的电推力器点火；
(1c)分别于透波舱体外电推力器背面及侧面安装接收天线；
(1d)使用测量仪器测量接收天线收集电推进器电磁辐射发射数据特性，生成全频域的每个测量频点和对应频点的幅度信息，同时获取电推力器的辐射发射参数。
3.根据权利要求2所述的一种基于电推进辐射发射模拟器的电磁兼容性验证方法，其特征在于：所述步骤(2)中，搭建发射模拟器的具体步骤如下：
(2a)根据步骤(1)所得的电推力器辐射发射参数为信号源提供辐射频段及辐射场强；
(2b)根据步骤(2a)所得参数，通过信号源、可调衰减器、功率放大器以及天线组成的电推进辐射发射模拟器，将天线的电磁信号通过放大处理后对外发射并实现模拟推力器工作特性的宽频发射。
4.根据权利要求3所述的一种基于电推进辐射发射模拟器的电磁兼容性验证方法，其特征在于：所述步骤(3)中，对卫星进行电磁兼容性测试与评估的具体步骤如下：
(3a)根据步骤(2)所得辐射发射参数，将发射模拟器置于透波舱内并放置于EMC实验室环境下，分别于透波舱体外发射模拟器背面及侧面安装接收天线，对模拟在轨正常工作状态的发射模拟器水平方向施加辐射电磁干扰，所述辐射电磁干扰量为EMC实验室环境下电磁辐射试验测试范围最大值的两倍量级；
(3b)于距发射模拟器0.3m～1m处架设场强探头并确认在固定频段范围内场强数值为固定值；
(3c)通过透波舱体外接收天线接收到的电磁波场强随频率变化情况确认卫星受扰量级；
(3d)判断接收天线接收到的电磁波信号频段及电磁辐射是否高于预设阈值，若高于预设阈值则该卫星电磁兼容性不合格；否则，判定该卫星电磁兼容性合格。
5.根据权利要求4所述的一种基于电推进辐射发射模拟器的电磁兼容性验证方法，其特征在于：所述步骤(3d)中，卫星电磁兼容性预设阈值为：
(S1)当发射模拟器发射频率大于等于30MHz且小于1GHz时，卫星允许辐射上限为120dBμV/m，电推进电磁辐射限值为70dBμV/m；
(S2)当发射模拟器发射频率大于等于1.60GHz且小于1.67GHz时，卫星允许辐射上限为25dBμV/m，电推进电磁辐射限值为25dBμV/m，频段为L频段；
(S3)当发射模拟器发射频率大于等于1.98GHz且小于2.01GHz时，卫星允许辐射上限为25dBμV/m，电推进电磁辐射限值为20dBμV/m，频段为L频段；
(S4)当发射模拟器发射频率大于等于5.85GHz且小于6.725GHz时，卫星允许辐射上限为35dBμV/m，电推进电磁辐射限值为35dBμV/m，频段为C频段；
(S5)当发射模拟器发射频率大于等于12.75GHz且小于13GHz、大于等于13.75GHz且小于14.5GHz、大于等于17.3GHz且小于17.8GHz时，卫星允许辐射上限为35dBμV/m，电推进电磁辐射限值为35dBμV/m，频段为Ku频段；
(S6)当发射模拟器发射频率大于等于18GHz且小于22.5GHz时，卫星允许辐射上限为120dBμV/m，电推进电磁辐射限值为55dBμV/m，频段为Ka频段；
(S7)当发射模拟器发射频率大于等于22.5GHz且小于26.5GHz时，卫星允许辐射上限为40dBμV/m，电推进电磁辐射限值为38dBμV/m，频段为Ka频段；
(S8)当发射模拟器发射频率大于等于26.5GHz且小于31GHz时，卫星允许辐射上限为40dBμV/m，电推进电磁辐射限值为38dBμV/m，频段为Ka频段。
6.根据权利要求5所述的一种基于电推进辐射发射模拟器的电磁兼容性验证方法，其特征在于：所述发射模拟器发射频率大于等于30MHz且小于1GHz时，发射模拟器选用预放器和周期对数天线；所述发射模拟器发射频率大于等于1GHz且小于18GHz时，发射模拟器选用预放器和双脊喇叭天线实现；所述发射模拟器发射频率大于等于18GHz且小于26.5GHz时，发射模拟器选用预放和喇叭天线实现；所述发射模拟器发射频率大于等于26.5GHz且小于40GHz时，发射模拟器选用预放和喇叭天线实现。
7.根据权利要求1所述的一种基于电推进辐射发射模拟器的电磁兼容性验证方法，其特征在于：所述电推力器供电电压为1000V±10V，屏栅电流为0.8A±0.05A。
8.根据权利要求7所述的一种基于电推进辐射发射模拟器的电磁兼容性验证方法，其特征在于：所述电推力器供气流量为1.362±5％mg/s。
9.根据权利要求8所述的一种基于电推进辐射发射模拟器的电磁兼容性验证方法，其特征在于：所述电推力器发射频率波动范围为30MHz～31GHz。
10.根据权利要求9所述的一种基于电推进辐射发射模拟器的电磁兼容性验证方法，其特征在于：所述电推力器电磁辐射限值范围为10～70dBμV/m。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180724 |