Орлов А.Г., Севастьянов Н.Н. Бортовой ретрансляционный комплекс (БРК) спутника связи. Принципы работы, построение, параметры (2014) (1152061), страница 14

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

В ВИПах современных ЛБВсодержатся специальные устройства, осуществляющие мониторинг этого тока иподдержание его постоянства путем подстройки электростатических активныхнапряжений в электронной пушке. В источнике питания ЛБВ расположены спе72циальные микропроцессорные схемы, осуществляющие особый порядок включения и выключения высоких напряжений, подаваемых на электроды ЛБВ стем, чтобы мощный электронный пучок не вышел из границ допустимой траектории и не повредил замедляющую и другие подсистемы ЛБВ.

Кроме того,ВИП осуществляет формирование всей номенклатуры низковольтных и высоковольтных напряжений ЛБВ, фильтрацию и защиту от помех первичной сети.Следует также иметь в виду, что в ВИПах ЛБВ осуществляется преобразованиепостоянного тока бортовой сети в переменный с помощью сильноточной транзисторной электроники (составляющей 1015 А) и к.п.д. должен составлятьсвыше 95% с тем, чтобы общий к.п.д. ЛБВ выдержать на уровне ≥50%.При формировании высоковольтных цепей ЛБВ (от 310 кВт), работающихв условиях открытой космической платформы, необходимо избегать незащищенных изоляцией высоковольтных цепей во избежание статических газовыхразрядов. Поэтому все высоковольтные цепи тщательно заливаются особымикомпаундами, обеспечивающими хорошую адгезию с металлическими конструктивными элементами отсеков.Номинальные напряжения для каждой ЛБВ подстраиваются индивидуально,поэтому сам ЛБВ и его ВИП обычно образуют единый комплект.С учетом вышеизложенного можно отметить следующие особенности ЛБВ,которые нужно иметь в виду при использовании в БРК КА связи:1.

При включении ЛБВ необходимо время порядка 45 мин для разогрева катода и получения на выходе требуемой мощности.2. В комплекте ЛБВ и ВИП и соединяющем их высоковольтном кабеле присутствуют высоковольтные напряжения от 45 кВ, поэтому любое повреждениеизоляции, нарушение инструкций монтажа, приводящее к повреждениям высоковольтных цепей, может стать причиной пробоя высоковольтных цепей вусловиях вакуума. Необходимо тщательно выполнять требования по нижнейгранице низких давлений, при которых могут развиваться статические газовыеразряды по закону Пашена.

Обычно опасные диапазоны низких давлений составляют 10–110 мм рт. ст. и многие производители не рекомендуют осуществлять включения на этих давлениях.3. Внутри колбы ЛБВ вакуум должен составлять ≈10–8 мм рт. ст. В процессехранения или натеканий вакуум может достигнуть больших значений. При этомвозникает внутренний газовый электростатический пробой. Как правило, онобнаруживается телеметрическими датчиками. Производитель дает алгоритмдействий потребителю, исходя из допустимого количества таких пробоев, частоты их появлений и т.д.

Для обеспечения ресурсных и надежностных характеристик ЛБВ эти рекомендации должны тщательно выполняться.4. Необходимо выполнять требования к параметрам согласования (КСВН)трактов, подключаемых на выходе ЛБВ. Превышение этих параметров можетстать причиной того, что волна отражения повредит внутренние поглотителиЛБВ, что приведет к нарушению его устойчивости. Обычно для гарантирован-73ной защиты ЛБВ в комплект всего усилителя мощности вводят ферритовыйциркулятор с поглощающей нагрузкой. Иногда его включают в комплект последующего устройства (например, OMUX).5. Следует иметь в виду, что мощные высоконадежные спутниковые ЛБВкритичны к внезапным изменениям напряжений бортовой сети и обычно ихВИПы снабжены специальными защитными схемами.

Тем не менее производители ЛБВ дают специальные алгоритмы по порядку повторных включений ЛБВпосле внезапных аварийных снижений питания бортовой сети, которые должнытщательно соблюдаться.6. Необходимо учитывать, что ЛБВ является нелинейным устройством РТР,имеющим нелинейную амплитудную и фазовую характеристику.

Поэтому прииспользовании его в режимах многочастотной загрузки могут наблюдаться нежелательные эффекты. Они будут подробно рассмотрены в главе 6.Типовые характеристики усилителя на ЛБВ, применительно к БРК «Ямал» вполной комплектации (ЛБВ, ВИП, согласующий ферритовый циркулятор,входной предусилитель) приведены в параграфе 4.6. Конструктивный вид приведен в главе 8.4.3. Входные и выходные мультиплексорыВходной мультиплексор РТР (IMUX) обеспечивает выделение частотныхстволов из группового сигнала, принятого в диапазоне fпр приемных АФУи приемным устройством. Типовая структурная схема восьмиканальногоIMUXа показана на рис. 4.4.Согласно приведенной схеме принятый групповой сигнал разделяется гибридным устройством на две равные части.

Далее каждая из этих частей поступает на свою ветвь. В одной ветви на базе ферритовых циркуляторов и полосовых фильтров выделяются четные стволы, в другой – нечетные. Ферритовыециркуляторы обеспечивают взаимную развязку полосовых фильтров. Фильтрыявляются многозвенными и создаются на базе диэлектрических резонаторов.Функции фильтров заключаются в обеспечении максимальной избирательностидля подавления смежных стволов и минимальной неравномерности АЧХ в рабочей полосе частот транспондеров. Кроме того, необходимо обеспечить минимальную неравномерность в рабочей полосе группового времени запаздывания.Обычно приоритет отдается указанным выше характеристикам и, в меньшеймере, активным потерям в рабочей полосе сигнала.

В результате суммарныеактивные потери в отдельных каналах IMUXа могут достигать ≈ 10 дБ. Онискладываются из потерь в гибридном устройстве, составляющем ≥3 дБ, потерив циркуляторах и самих фильтрах. Учитывая, что IMUX расположен за приемным устройством, тепловые шумы, вносимые самим IMUXом, а также увеличенные шумы УМ за счет ослабления IMUXом, при правильно выбранном коэффициенте усиления приемного устройства, не дают вклад в шумовую температуру устройства.74Рис. 4.4. Структурная схема 8-канального входного мультиплексора:ГД – гибридный делитель 1:2; ФЦ – ферритовый циркулятор;ПФ 18 – полосовой фильтрСледует отметить, что фильтровые устройства IMUX наряду с подавлениемсоседних стволов ослабляют внеполосные комбинационные помехи и гармоники гетеродина, возникающие в процессе преобразования.

Типовые электрические характеристики IMUXа, использованные в БРК, приведены в параграфе 4.6, а внешний вид – в главе 8.Выходной мультиплексор (OMUX), в противоположность IMUX, решает обратную задачу сложения сигналов отдельных усилителей мощности транспондеров в общий групповой сигнал, поступающий затем на передающее АФУ.В отличие от IMUXов, работающих на малых сигналах (порядка единиц мВт),OMUXы по определению работают с мощными сигналами.Так, если выходная мощность транспондера составляет около 100150 Вт, тов выходном тракте 8-канального OMUXа средняя мощность выходного сигналабудет составлять 8(100150)≈8001200 Вт, а пиковая мощность будет достигать значений 64(100150)≈610 кВт.

При таких мощностях из-за высокихнапряженностей электрического поля в трактах OMUXа могут появляться особые нежелательные физические процессы (различного рода разряды, пассивныеинтермодуляционные комбинации). Более подробно они будут рассмотрены в75главе 6. Следует отметить, что, в отличие от IMUXа, активные потери сигналовв рабочей полосе должны быть минимальными, так как они приводят к прямымпотерям выходной мощности РТР.Типовая структурная схема OMUXа приведена на рис. 4.5.Рис. 4.5. Структурная схема 6-канального выходного мультиплексораВ соответствии с этой схемой сигнал каждого ствола РТР подается на свойполосовой фильтр.

Все фильтры с помощью индуктивных диафрагм связываются с выходным короткозамкнутым волноводом (manyfold). Расстояния междувходами фильтров рассчитаны таким образом, чтобы они имели минимальнуювзаимную связь, максимальную развязку, обеспечивали на выходе OMUXа режим бегущей волны (на своих частотах) с минимальными потерями на рабочихчастотах стволов, а также минимальными неравномерностями АЧХ и ГВЗ нарабочих частотах стволов. На выходном конце суммирующего волновода устанавливается ФНЧ, в функции которого входит обеспечение минимальных потерь на частотах передачи и максимального ослабления на частотах приема.Наличие этого ФНЧ ослабляет паразитные сигналы на приемных частотах, могущие возникнуть в УМ на ЛБВ, а также PIM на приемных частотах, возникающие в трактах OMUXа.В зависимости от уровня мощности и частот полосовые фильтры OMUXаизготавливаются либо на базе высокодобротных диэлектрических резонаторов,либо на объемных резонаторах на волноводах круглого сечения с ортогональным типом колебаний, рассмотренных в главе 2.OMUX является одним из критических устройств РТР, часто определяющихмаксимальное количество стволов транспондеров, которое можно подвести кпередающей антенне.Типовые электрические характеристики OMUXа, использованные в БРК КА«Ямал», приведены в параграфе 4.6, внешний вид – в главе 8.764.4.

Специальные устройства СВЧ,используемые при построении РТРПри построении РТР широкое применение находит ряд специальныхустройств, принципы работы и область применения которых будут рассмотрены ниже.Ферритовые циркуляторы неоднократно упоминались ранее как примерневзаимных СВЧ многополюсников.

Наибольшее распространение получиливолноводные или полосковые циркуляторы, представляющие с точки зрениятеории СВЧ цепей 3-портовый симметричный шестиполюсник. Как показанов главах 2 и 3, матрица рассеяния Y-циркулятора может быть представленав виде  S    ,  где прямые потери  и обратные потери  отличаются значительно на величину от 15 до 30 дБ.В основе работы ферритовых циркуляторов лежат свойства гиротропныхсред, каковыми являются ферриты, намагниченные постоянным магнитным полем.

Из физики известно [13], что магнитная проницаемость гиротропной среды ik является тензором и, вообще говоря, обладает невзаимными свойствами ik  ki .В частности, она реагирует на направление вращения поляризациимагнитной составляющей электромагнитного поля. Вследствие этого фазоваяскорость волны, проходящей через ферритовый материал, находящийся в полепостоянного намагничивания H0, с правой поляризацией будет отличаться отфазовой скорости волны с левой поляризацией. На этом основан принцип работы ферритового Y-циркулятора, волноводный вариант которого показан нарис.

4.6.В центре волноводного тройника находится ферритовый диск, подмагниченный в поперечном направлении постоянным магнитным полем – дисковыммагнитом. Пусть сигнал поступает с порта 1. В центре тройника поступающаяволна сигнала расщепляется на две, каждая из которых огибает ферритовыйдиск с разных сторон. Направления вращения векторов поляризации магнитного поля Н этих волн в теле феррита будут противоположными относительнонаправления постоянного поля H0, поэтому магнитные проницаемости   и  для этих волн будут разными и соответственно разными будут фазовые скорости. Выбором размеров и параметров ферритовой вставки добиваются, что сигналы указанных волн складывались, скажем, в порте 3 в фазе, в порте 1 – в противофазе.

Это, по существу, приводит к отличиям в элементах матрицы рассея77ния. Так как Y-циркулятор обладает поворотной симметрией, то согласно разделу 2 матрица Y-циркулятора приобретает приведенный выше вид.Рис. 4.6. Волноводный Y-циркулятор:а – вид сверху на широкую стенку в разрезе волноводного Y-тройника;б – вид вдоль узкой стенки волноводного Y-тройникаАналогичный принцип работы лежит в основе полосковых Y-циркуляторов.На базе ферритовых циркуляторов строятся входные мультиплексоры, согласующие ферритовые вентили (ферритовые циркуляторы, одно из плеч которых нагружено поглощающей нагрузкой). В главе 3 отмечалось, что ферритовые циркуляторы обладают свойством транспонирования, т.е.

Характеристики

Список файлов книги