航天器大功率天线部件的微放电试验方法

微放电效应是制约航天器系统功率容量的重要因素,为了精确获得微波产品的微放电性能,有必要提高微放电测试方法的性能.研究了不同天线馈源产品的微放电测试需求,提出了两种典型的辐射式微放电测试架构.这两种测试的典型构架分别为采用透波真空系统方式和采用非透波真空系统与大功率真空吸波箱相结合的实现方式.透波真空系统的微放电测试系统保证了真空测试环境,以常压环境大型吸波暗室作为功率吸收载体,保证了更高的功率吸收、更好的散热和驻波性能,适用于尺寸小的天线产品;非透波真空系统的微放电试验系统在常规的非透波真空罐中实现,不受透波真空系统尺寸限制,实现了大型天线的微放电测试.这两种微放电试验方法性能良好,覆盖了各种尺寸天线的微放电性能测试需求,顺利完成西安分院多型号天线微放电试验任务,包括国内首例大尺寸天线的微放电试验,获得了良好的效果,有力提升了我国航天器的设计研制和试验验证能力.     

星载设备中的微放电现象分析

在通信及广播卫星中,转发器输出部分的设备及发射天线部件需要同时经受多个高功率载波信号。其中最典型的部件就是输出多工器(包括通道滤波器,折叠波导)、谐波滤波器、大功率隔离器、天线的收发双工器、天线馈源等。如果设计不当,则当高功率射频信号通过这些设备时,会产生微放电现象,造成卫星设备的功能失常甚至损坏。因此,避免及消除微放电现象的发生,意义非常重大。本文描述了欧洲在星载设备微放电设计方面的进展并对其进行了分析。     

卫星天线及微波器件大功率微放电试验技术

卫星天线及微波器件在多载波工作时具有很高的瞬时功率,面临着大功率微放电的危险。文章针对卫星天线及微波器件在多载波输入下的工作状态,对天线及器件内的峰包功率量值进行了分析计算,得到了进行大功率微放电试验所需的功率量级,并提出了多载波状态下微放电试验的设备配置方案,为后续试验工作打下了基础。     

星载GPS天线相位中心偏差对定位精度影响的试验方法研究

介绍星载GPS天线相位中心偏差的概念,简要分析GPS天线相位中心变化对GPS定位精度的影响,并建立相应的数学模型。利用已有的多台星载GPS天线、载波相位测量方式的星载GPS接收机,进行GPS天线相位中心偏差测试以及接收机绝对定位精度、相对定位精度测试,测量、统计天线相位中心偏差与GPS接收机绝对定位精度和相对定位精度的对应数据,对误差模型进行验证。     

星载微波部件介质微放电理论研究现状及发展趋势

针对目前制约卫星有效载荷中大功率微波部件的功率提升及小型化的介质微放电瓶颈问题,对国内外介质微放电的研究进展进行了系统梳理,介绍了有关介质窗单表面微放电和介质加载平行平板双表面微放电两种理论模型的研究进展,总结了主要的研究结论。在此基础上给出了未来介质微放电研究的发展趋势分析,以期对国内介质微放电研究的推进提供参考。     

星载天线基础结构特性对振动响应的影响分析

文章通过对星载天线振劫响应问题的分析,提出了提高设计质量和改进设计方法的建议：首先,在抽象和归类的基础上,将上／下层天线结构简化为二级隔振系统：通过对上／下层二级隔振系统分析,推导了传递函数。然后,通过改变下层结构的阻尼特性、质量特性和刚度特性,定量地分析了不同参数情况下传递函数的变化情况,最后．根据分析和计算结果,提出了一般的设计规则和建议．     

一种对大功率器件微放电检测新方法的研究

文章提出了一种对大功率器件微放电检测的新方法,理论分析了这种方法的有效性,并对目前的微放电检测方法进行了分析,以表明这种新方法的优越性。     

周边桁架式大型星载天线的展开可能性分析

对某周边桁架式大型星载天线的展开可能性进行了研究.在其展开运动机理分析的基础上,建立了展开机构的力学分析模型,并推导了桁架杆内力的计算式.从桁架展开要满足的功能函数出发,给出机构运动可靠性的分析模型.综合考虑尺寸误差和太空环境因素的影响,将运动功能函数视为随机变量函数,利用二阶矩法导出可靠性计算公式.最后,对机构在整个展开过程中的运动可靠性进行预测和仿真.计算结果的变化趋势与实际进程比较吻合,表明本文方法是合理的、有效的.     

影响星载微波部件微放电阈值的Furman模型研究

星载微波部件的微放电效应是影响航天器微波传输系统独特的瓶颈问题之一。以星载微波部件微放电阈值仿真中广泛使用的Furman模型为研究对象,以平行平板传输线为例,研究并获得了Furman模型中本征二次电子、弹性散射电子、非弹性散射电子3类电子的模型参量对微放电阈值的影响规律,并通过对总二次电子发射系数的影响合理解释了微放电阈值的变化规律,为星载微波部件微放电阈值的精确仿真提供了规律指导。     

一种星载巴特勒矩阵微放电特性的分析与验证

作为星载雷达发射微波功率合成的关键部件,巴特勒矩阵的微放电性能直接决定了雷达载荷的功率容量。因此,有必要对其微放电特性进行分析与验证。针对该需求,提出了一种用于大功率动态合成网络的星载巴特勒矩阵,并对其在真空条件下的微放电特性进行了分析与验证。第一,提出了一款用于星载雷达的大功率巴特勒矩阵,对其功率合成性能进行了分析。第二,为了对巴特勒矩阵微放电性能进行详细研究,对提出的巴特勒矩阵进行了微放电功率阈值仿真和自由电子分布分析。第三,为了验证分析结果的正确性,对该巴特勒矩阵进行了峰值功率14kW的真空微放电试验,验证了其在大功率真空环境下的微波传输功率容量。提出的巴特勒矩阵性能优良,为未来的星载雷达大功率微波部件提供了理论方法和关键技术支持。     

一种抑制微放电的宽带大功率定向耦合器设计

在卫星有效载荷系统中,3dB定向耦合器作为微波工程关键器件已得到广泛应用,而此类器件在太空真空环境中,常因真空环境下大功率工况引发的微放电效应形成谐振放电现象,影响耦合器性能与寿命,对于卫星系统日益增多的小型化及大功率需求,在器件设计时应充分考虑微放电效应并兼顾小型化要求,采用有效抑制手段以确保器件在轨稳定可靠。通过分析定向耦合器工作原理与不同结构耦合器之间的差异,阐述了真空环境下的微放电效应产生机理,针对性地采取基于奇偶模分析法的耦合线结构耦合器设计方法,选用高导热材料Rogers TC350+作为耦合器介质,利用软基板多层混压方式进行产品加工,通过仿真试验与真空环境实测,表明此类设计既具有体积小、重量轻的特点,又可有效抑制器件微放电效应,确保了耦合器的工作性能,满足卫星系统使用工况。     

一种大功率圆极化交叉对称阵子天线

为了满足大功率反射面天线的馈源设计要求,文章设计了一种大功率圆极化交叉对称阵子天线,其工作频率在1.19GHz~1.285GHz,天线整体由交叉对称阵子和开槽线巴伦组成。通过开槽线巴伦实现平衡-非平衡馈电。为了实现圆极化,通过改变对称阵子结构,在对称阵子臂相邻90°处增添一对阵子臂,形成交叉对称阵子,并通过调整阵子臂的长度,使其实现90°自相移结构,并最终实现圆极化,由于天线整体均为金属,使得天线可以承受更高的功率。该天线在119GHz~1285GHz频带内电压驻波比(votage standing wave ratio,VSWR)<1.5,圆极化轴比<3dB,实测结果表明,实测和仿真结果基本一致,天线在该频段内实现了较好的圆极化特性。     

卫星充放电效应对典型星载电子设备影响的实验研究

充放电效应是导致卫星在轨异常与故障的重要原因。除太阳电池阵二次放电外,充放电效应主要通过放电产生的电磁干扰造成设备异常和故障。文章选用典型的星载光学设备,实验模拟中高轨环境中电子作用在设备上产生的表面与深层充放电效应,获得了表面和深层充放电效应的基本特征,观测到放电导致设备工作异常的实验数据。实验结果不仅支持该典型星载光学设备的充放电效应防护设计,对于其他星载设备的充放电效应防护设计亦有一定借鉴意义。     

星载大功率固放局部低气压放电的防控技术

文章介绍了星载大功率微波产品低气压放电的机理。选取典型大功率产品L频段850 W固放,对其低气压放电阈值进行计算,对导致产品内部电路低气压放电的因素进行了仿真分析,利用热真空试验验证了仿真计算的正确性。最后从设计、工艺方面提出了有效防控的措施。     

卫星扩频应答机抗单粒子翻转技术研究

对卫星扩频应答机抗单粒子效应的方法进行分析,设计了采用反熔断丝工艺的FPGA （A54SX32）,通过回读比对功能对FPGA 进行监控和处理。此方法大大降低了单粒子效应造成卫星扩频应答机发生功能性故障的可能性,并在系统中通过内部高可靠单机对易发生单粒子效应的扩频应答机进行监控,诊断出故障后进行修复,同时设计定时复位对应答机进行复位、开机操作,确保卫星在轨扩频应答机的正常稳定工作。     

馈源杯圆度误差对螺旋天线电性能的影响分析

馈源阵作为星载天线的核心部件,其馈源辐射杯圆度误差显著影响天线的馈电性能,因此,探究馈源单元电性能与圆度误差的关联性极为重要。以某卫星天线馈源阵三维单馈源为例,基于几何绕射理论,将圆度误差引入方向图函数,建立了电磁耦合模型;基于FEKO电磁软件,分析了圆度误差对馈源单体最大增益、波束宽度等主要馈电性能指标的影响规律。研究结果表明,频率越大,增益与波束宽度对圆度误差越敏感。当馈源杯直径存在尺寸误差时,圆度误差导致的电性能变化与尺寸误差之间为振荡关系。文章研究工作可为探求天线制造误差与电性能的关联性提供一定的借鉴与指引。