CN109298259A - 电推进电磁兼容测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电推进电磁兼容测试平台，包括真空主舱(1)、真空副舱(2)、透波副舱(3)以及电磁半屏蔽暗室(4)；所述真空副舱(2)和透波副舱(3)分别与真空主舱(1)连通；所述电磁半屏蔽暗室(4)分别与真空主舱(1)和透波副舱(3)连接。电推进电磁兼容特性测试是优化电推力器设计的途径之一，是电推进系统与航天器集成时电磁兼容性研究的重要组成部分。本发明提供的电推进电磁兼容测试平台是专门为配合电推进系统进行电磁兼容性试验，获得电推进系统的电磁兼容性数据，为新型号电推力器产品的研制提供设计依据，有利于缩短研制周期、节约研制费用，可以确保电推力器产品的质量和可靠性。

Description

电推进电磁兼容测试平台

技术领域

本发明涉及电推进技术领域，具体地，涉及电推进电磁兼容测试平台。

背景技术

电推进系统工作时具有高电压、大电流、较大的电压或电流变化率、以及复杂的等离子体环境，而电能在推进剂电离过程中静电场、磁场和等离子产生的振荡电磁场相互作用耦合。这些高能等离子体通过各种方式和途径向空间辐射，产生大量的电磁噪声，会对卫星有效载荷、通讯系统等造成影响。

电推进系统工作时会产生较强的电场和磁场，工作过程中对内对外均有较大的电磁干扰影响，因此电推进产品设计过程中需考虑电磁兼容设计，同时在地面测试过程中，对电推进系统进行电磁兼容性测试、验证与评价。

电推进系统与卫星间的电磁兼容性是电推进特有的关键技术，要获得电推进的电磁兼容性数据，分析其是否与卫星的其他设备兼容工作，应使用一种专业的电推进电磁兼容测试平台对其进行电磁兼容性测试。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电推进电磁兼容测试平台。

根据本发明提供的一种电推进电磁兼容测试平台，包括真空主舱、真空副舱、透波副舱以及电磁半屏蔽暗室；所述真空副舱和透波副舱分别与真空主舱连通；所述电磁半屏蔽暗室分别与真空主舱和透波副舱连接。

优选地，所述真空主舱内部设置有铝锥吸收体；所述铝锥吸收体为表面上设置有铝制角锥的屏风，所述铝制角锥上设置有厚度为60～80μm的石墨层。

优选地，所述真空副舱包括闸板阀、观察窗、供气穿舱接口以及供电穿舱接口；所述闸板阀、观察窗、供气穿舱接口以及供电穿舱接口均设置在真空副舱的舱体上。

优选地，所述透波副舱的主体材料能够透过电磁波；透波副舱内部设置有电推力器、支架以及导轨；所述电推力器设置在支架上；所述支架采用绝缘材料，设置在导轨上并且能够沿着导轨自由移动。

优选地，所述电磁半屏蔽暗室连接有传导测试室、功放室以及控制室；所述功放室和控制室相连且均与电磁半屏蔽暗室直接相连；所述传导测试室分别与功放室和控制室这两者相连，且通过两者与电磁半屏蔽暗室相连；所述电磁半屏蔽暗室内还设置有天线，所述天线包括拉杆天线、双锥天线、对数周期天线以及双脊喇叭天线中的任一种或任多种组合。

优选地，所述电磁半屏蔽暗室与真空主舱的连接为电磁屏蔽连接，所述屏蔽实现方法为第一连接方法；所述第一连接方法为通过设置在电磁半屏蔽暗室外的第一连接法兰和设置在真空主舱外的第二连接法兰连接，且第一连接法兰和第二连接法兰之间填充有压缩导电材料，第一连接法兰和第二连接法兰外部设置有屏蔽钢板。

优选地，所述电推力器能够发射等离子体羽流；所述等离子体羽流呈扇形延伸，扇形圆心为等离子体羽流的起始点，扇形圆心位于电推力器处。

优选地，所述供气穿舱接口包括接线法兰和设置有绝缘包裹的气路；所述供电穿舱接口包括接线法兰和设置有绝缘包裹的电路。

优选地，所述透波副舱的舱体、支架以及导轨上均设置有气密膜。

优选地，所述电磁半屏蔽暗室包括屏蔽主体、屏蔽门、吸波材料，所述屏蔽主体包括主体框架和屏蔽壳体，所述屏蔽壳体设置在主体框架上并由主体框架支撑；所述屏蔽门设置在屏蔽壳体上；所述吸波材料分别设置在主体框架和屏蔽门上。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明提供的电推进电磁兼容测试平台，能够配合电推进系统进行电磁兼容性实验，获得电推进系统的电磁兼容性数据，为电推力器产品的研制改进提供依据；

2、本发明提供的电推进电磁兼容测试平台高度集成，测试简便，有利于缩短研制周期、节约研制经费，保证电推力器产品的质量和可靠性；

3、本发明提供的电推进电磁兼容测试平台具有良好的兼容特性，能够满足多种测试需求。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的电推进电磁兼容测试平台示意图；

图2为本发明提供的电推进电磁兼容测试平台中真空主舱内铝锥吸收体布置的示意图；

图3为本发明提供的电推进电磁兼容测试平台中透波副舱的结构示意图；

图4为本发明提供的电推进电磁兼容测试平台中电磁半屏蔽暗室结构及设置在电磁半屏蔽暗室结构中天线布置的优选例示意图。

图中示出：

真空主舱 1

真空副舱 2

透波副舱 3

电磁半屏蔽暗室 4

铝锥吸收体 11

闸板阀 21

观察窗 22

供气穿舱接口 23

供电穿舱接口 24

电推力器 31

支架 32

导轨 33

等离子体羽流 34

传导测试室 41

功放室 42

控制室 43

天线 44

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的一种电推进电磁兼容测试平台，包括真空主舱1、真空副舱2、透波副舱3以及电磁半屏蔽暗室4；所述真空副舱2和透波副舱3分别与真空主舱1连通；所述电磁半屏蔽暗室4分别与真空主舱1和透波副舱3连接。

优选地，所述真空主舱1内部设置有铝锥吸收体11；所述铝锥吸收体11为表面上设置有铝制角锥的屏风，所述铝制角锥上设置有厚度为60～80μm的石墨层。所述真空副舱2包括闸板阀21、观察窗22、供气穿舱接口23以及供电穿舱接口24；所述闸板阀21、观察窗22、供气穿舱接口23以及供电穿舱接口24均设置在真空副舱2的舱体上。所述透波副舱3的主体材料能够透过电磁波；透波副舱3内部设置有电推力器31、支架32以及导轨33；所述电推力器31设置在支架32上；所述支架32采用绝缘材料，设置在导轨33上并且能够沿着导轨33自由移动。所述电磁半屏蔽暗室4连接有传导测试室41、功放室42以及控制室43；所述功放室42和控制室43相连且均与电磁半屏蔽暗室4直接相连；所述传导测试室41分别与功放室42和控制室43这两者相连，且通过两者与电磁半屏蔽暗室4相连；所述电磁半屏蔽暗室4内还设置有天线44，所述天线44包括拉杆天线、双锥天线、对数周期天线以及双脊喇叭天线中的任一种或任多种组合。所述电磁半屏蔽暗室4与真空主舱1的连接为电磁屏蔽连接，所述屏蔽实现方法为第一连接方法；所述第一连接方法为通过设置在电磁半屏蔽暗室4外的第一连接法兰和设置在真空主舱1外的第二连接法兰连接，且第一连接法兰和第二连接法兰之间填充有压缩导电材料，第一连接法兰和第二连接法兰外部设置有屏蔽钢板。所述电推力器31能够发射等离子体羽流34；所述等离子体羽流34呈扇形延伸，扇形圆心为等离子体羽流34的起始点，扇形圆心位于电推力器31处。所述供气穿舱接口23包括接线法兰和设置有绝缘包裹的气路；所述供电穿舱接口24包括接线法兰和设置有绝缘包裹的电路。所述透波副舱3的舱体、支架32以及导轨33上均设置有气密膜。所述电磁半屏蔽暗室4包括屏蔽主体、屏蔽门、吸波材料，所述屏蔽主体包括主体框架和屏蔽壳体，所述屏蔽壳体设置在主体框架上并由主体框架支撑；所述屏蔽门设置在屏蔽壳体上；所述吸波材料分别设置在主体框架和屏蔽门上。

具体地，所述真空主舱1作用是模拟太空环境，直径一般不小于电推力器放电室口径的15～20倍；真空度要求(推进工质校准后)一般优于2×10^-3Pa，最差不超过5×10^-3Pa。所述透波副舱3是一个既能保持真空，又能透过电磁波的设备。透波副舱3的频率高、频带宽、透波率要求高，电磁波透波率要求达到80％以上。透波副舱3的材料为高性能玻璃纤维，结构为圆柱型结构。玻璃纤维材料是无耗媒质，电磁波在该材料中传播时无能量损耗，对电磁波是“透明”的。透波副舱3一端封闭，一端与真空主舱1相连。所述电磁半屏蔽暗室4是测试电磁辐射发射特性测试较理想的测试场地，电磁半屏蔽暗室4包括屏蔽主体、屏蔽门、吸波材料，所述屏蔽主体包括主体框架和屏蔽壳体，所述屏蔽壳体设置在主体框架上并由主体框架支撑；所述屏蔽门设置在屏蔽壳体上；所述吸波材料分别设置在主体框架和屏蔽门上；其中，主体框架是屏蔽钢板、吸波材料和各种辅助设备的承载主体，主体框架采用型钢通过焊接构成具有足够强度和刚度的网格式结构。屏蔽壳体的材质采用优质冷轧低碳钢薄钢板，电磁半屏蔽暗室的屏蔽体四侧面和顶面由2mm冷轧钢板焊装而成，考虑地面承重，地面为5毫米厚冷轧钢板焊装而成，兼做反射地板；电磁半屏蔽暗室4的上侧或右侧空闲位置设置手动屏蔽门一个，用于人员、设备及EUT的进出，屏蔽门上装有吸波材料。所述屏蔽门为双刀三簧结构，具有性能稳定、屏效高的特点；根据电磁半屏蔽暗室4对吸波材料的要求，整个暗室除地面外满铺BPUFA600TP吸波材料。为了模拟开阔场的测试条件，电磁半屏蔽暗室4、功放室42、控制室43和传导测试室41场地尺寸应满足GJB 151B-2013的要求。电磁半屏蔽暗室4的屏蔽性能应满足标准GB/T12190-2006要求。所述铝锥吸收体11，是在真空主舱1的中部放置一铝锥屏风，屏风上挂有铝制角锥，铝锥体上涂有石墨，石墨层厚度60～80μm。在真空环境中，电磁波没有传输损耗，在几千赫兹到几十兆赫兹的频率范围内，铝锥吸收体用以减少电推力器31喷出的等离子体羽流34(氙离子)溅射和减少羽流反射，吸收氙离子束热量。

更具体地，透波副舱3的设计时考虑了被测件电推力器31安装的可操作性，在透波副舱3内两侧设计有便于电推力器31安装、移动和定位的支架32。为了不影响电推力器31产生的辐射电磁波正常传播，电推力器31的支架32必需用绝缘材料。电推力器31的安装位置靠近透波副舱3末端中心位置。被测件电推力器31安装在透波副舱3中测试时，需考虑电推力器31的束流发散角，得到等离子体羽流34出口平面到不锈钢真空主舱1入口平面的距离，加上电推力器31本身的厚度，推算支架32上的转接面板与透波副舱3出口的距离，这样可以保证等离子体羽流34不会直接溅射到透波副舱3的侧壁上。透波副舱3的舱体、支架32和导轨33表面均要求加贴气密膜，起辅助气密作用。透波副舱3及其与真空主舱1连接的法兰处应保证密封性，在舱内真空度达到1×10^-3Pa～1×10^-5Pa的情况下，最大漏率要小于等于1×10^-5Pa·m³/s。电推进电磁兼容测试平台在应用于电场辐射测量10kHz～18GHz频段来自电推力器及电源线和互连线的电场泄露，测试要求在电磁半屏蔽暗室4中进行，以排除外界电磁环境的影响。在整个测量频段，主要由四副天线44覆盖，不同频段需更换测量天线，分别为拉杆天线(10kHz～30MHz)、双锥天线(30～200MHz)、对数周期天线(200～1000MHz)和双脊喇叭天线(1～18GHz)。电场辐射测试时天线应取水平极化和垂直极化两种方法分别扫描以接收到电推力器最大电场辐射发射的信号强度。天线44位于在以电推力器31出口平面中心为圆心、半径为1m与电推力器31的轴线在同一水平面上的180°圆弧上。具体测量位置可位于与推力器出口平面夹角为0°、90°或180°处。其中拉杆天线(10kHz～30MHz)是一种有源拉杆天线，适用于低频段测试。典型尺寸的可拉伸长度为104cm完全拉伸，底板尺寸为60×60cm；双锥天线(30MHz～200MHz)由一个同轴缆的平衡—不平衡转换器和三维振子单元构成，频率范围很宽，既可用于发射，也可用于接收，随着频率的增加天线系数曲线大体是一条平滑的直线。典型的尺寸为：宽1400mm，深810mm，直径530mm；对数周期天线(200MHz～1000MHz)是由连接到一根传输线上的不同长度的偶极子组成的天线阵。有着较高的增益和较低的驻波比。典型尺寸为：高60mm，宽1500mm，深1500mm；双脊喇叭天线(1GHz～18GHz)产生线性极化电磁场，通常用在1GHz以上的频率。

进一步地，真空主舱1的尺寸为Ф4m×8m，真空主舱1为卧式结构，主泵采用低温泵配置，可使工作真空度优于2×10^-3Pa，并保持真空室洁净。真空主舱1用来对真空副舱2和透波副舱3抽真空，并在电推力器31工作时保持一定的真空度。透波副舱3外形尺寸为0.8m×1.6m，为圆柱型结构。电磁波透波率要求达到80％以上，一般壁厚在10mm左右。材料选择玻璃纤维，它的拉伸强度高，弹性模量高，在高温下有良好的强度保留率及高的疲劳极限。玻璃纤维的介电性能优良(介电常数和介电损耗正切值低)因此电磁波在透波副舱壁面反射小，穿壁时能量损耗小，即透电磁波性能好。达到了“最大传输”和“最小反射”的要求。透波副舱3一端封闭，一端与真空主舱1相连，同时被电磁半屏蔽暗室4所包围，以屏蔽周围电磁环境对推力器的干扰。透波副舱3舱体根部法兰面厚度18mm，法兰连接面周边有密封槽，用于和透波副舱3主体连接时安装密封橡胶条，同时在透波副舱3舱体内表面布置有两道导轨33，导轨33上装有4个M8的不锈钢螺套，以便于测试时固定安装支架32。工作时先将舱内设备通过4个M8的螺栓固定在支架32上，再将支架32沿透波副舱3舱体内的导轨33上推入，到位后再通过4个M8的支架32固定在透波副舱3舱体内的导轨33上。

更进一步地，由于电推力器31的束发散全角小于等于90°，为避免等离子体羽流34直接溅射到真空透波副舱3的侧壁上，根据透波副舱3的尺寸，推算得等离子体羽流34出口平面到不锈钢真空主舱1入口平面最大应有400mm的距离。加上电推力器31本身的厚度：≥127mm(按现有电推力器型号，电推力器厚度为127mm)，因此电推力器31的支架32上的转接面板与透波副舱3出口的距离应小于等于527mm，等离子体羽流34就不会直接溅射到真空透波副舱3的侧壁上。电磁半屏蔽暗室4是一座满足GJB151B-2013的EMC测试暗室。可用于电推力器31产品的电磁兼容性试验。电磁半屏蔽暗室4由屏蔽主体、屏蔽门、吸波材料、透波舱口、暗室轨道、移动平台、非金属透波舱托架、铝锥吸收体、暗室附属配套系统组成。电磁半屏蔽暗室4可以将内外两侧的电磁波进行隔离，为测试提供一个相对干净的电磁辐射空间；电磁半屏蔽暗室4具有良好的全反射地面，四壁及顶板装有吸波材料，在工作频段内可以对电磁波吸收，使房间基本保持无反射，从而模拟开阔场的测试条件。在真空环境中，电磁波没有传输损耗；在几千赫兹到几十兆赫兹的频率范围内，铝锥吸收体11对电磁波主要起散射作用。在真空主舱1的中部设置一铝锥吸收体11(防溅射屏风)，屏风尺寸为3m(宽)×4m(高)，屏风上挂有600mm高铝制角锥，锥角16°。铝锥体上涂有石墨，石墨层厚度60～80um。当防溅射屏风置于真空舱中部时返回透波副舱3的电磁波大约能衰减13dB，当防溅射屏风置于真空主舱1后部时返回透波副舱的电磁波大约能衰减18dB，故防溅射屏风放在真空主舱1的中部或后部都不会对电磁兼容测试产生大的影响。

经实践验证，采用本发明的电推进电磁兼容测试平台，已经为多个型号的电推进系统提供电磁兼容性测试，为不同航天器平台应用电推进系统提供参考。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种电推进电磁兼容测试平台，其特征在于，包括真空主舱(1)、真空副舱(2)、透波副舱(3)以及电磁半屏蔽暗室(4)；所述真空副舱(2)和透波副舱(3)分别与真空主舱(1)连通；所述电磁半屏蔽暗室(4)分别与真空主舱(1)和透波副舱(3)连接。

2.根据权利要求1所述的电推进电磁兼容测试平台，其特征在于，所述真空主舱(1)内部设置有铝锥吸收体(11)；所述铝锥吸收体(11)为表面上设置有铝制角锥的屏风，所述铝制角锥上设置有厚度为60～80μm的石墨层。

3.根据权利要求1所述的电推进电磁兼容测试平台，其特征在于，所述真空副舱(2)包括闸板阀(21)、观察窗(22)、供气穿舱接口(23)以及供电穿舱接口(24)；所述闸板阀(21)、观察窗(22)、供气穿舱接口(23)以及供电穿舱接口(24)均设置在真空副舱(2)的舱体上。

4.根据权利要求1所述的电推进电磁兼容测试平台，其特征在于，所述透波副舱(3)的主体材料能够透过电磁波；透波副舱(3)内部设置有电推力器(31)、支架(32)以及导轨(33)；所述电推力器(31)设置在支架(32)上；所述支架(32)采用绝缘材料，设置在导轨(33)上并且能够沿着导轨(33)自由移动。

5.根据权利要求4所述的电推进电磁兼容测试平台，其特征在于，所述电磁半屏蔽暗室(4)连接有传导测试室(41)、功放室(42)以及控制室(43)；所述功放室(42)和控制室(43)相连且均与电磁半屏蔽暗室(4)直接相连；所述传导测试室(41)分别与功放室(42)和控制室(43)这两者相连，且通过两者与电磁半屏蔽暗室(4)相连；所述电磁半屏蔽暗室(4)内还设置有天线(44)，所述天线(44)包括拉杆天线、双锥天线、对数周期天线以及双脊喇叭天线中的任一种或任多种组合。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电推进电磁兼容测试平台，其特征在于，所述电磁半屏蔽暗室(4)与真空主舱(1)的连接为电磁屏蔽连接，所述屏蔽实现方法为第一连接方法；所述第一连接方法为通过设置在电磁半屏蔽暗室(4)外的第一连接法兰和设置在真空主舱(1)外的第二连接法兰连接，且第一连接法兰和第二连接法兰之间填充有压缩导电材料，第一连接法兰和第二连接法兰外部设置有屏蔽钢板。

7.根据权利要求4所述的电推进电磁兼容测试平台，其特征在于，所述电推力器(31)能够发射等离子体羽流(34)；所述等离子体羽流(34)呈扇形延伸，扇形圆心为等离子体羽流(34)的起始点，扇形圆心位于电推力器(31)处。

8.根据权利要求3所述的电推进电磁兼容测试平台，其特征在于，所述供气穿舱接口(23)包括接线法兰和设置有绝缘包裹的气路；所述供电穿舱接口(24)包括接线法兰和设置有绝缘包裹的电路。

9.根据权利要求4所述的电推进电磁兼容测试平台，其特征在于，所述透波副舱(3)的舱体、支架(32)以及导轨(33)上均设置有气密膜。

10.根据权利要求1或5所述的电推进电磁兼容测试平台，其特征在于，所述电磁半屏蔽暗室(4)包括屏蔽主体、屏蔽门、吸波材料，所述屏蔽主体包括主体框架和屏蔽壳体，所述屏蔽壳体设置在主体框架上并由主体框架支撑；所述屏蔽门设置在屏蔽壳体上；所述吸波材料分别设置在主体框架和屏蔽门上。