Орлов А.Г., Севастьянов Н.Н. Бортовой ретрансляционный комплекс (БРК) спутника связи. Принципы работы, построение, параметры (2014) (1152061), страница 20

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

Текст из файла (страница 20)

Из-за конечного размера отверстий процесс «откачки» внутренних объемов блоков, несмотря на высокий наружный вакуум, требует определенного (иногда даже значительного) времени. Вообще говоря, согласно [14] конечное давление внутриобъема устройства (блока) составляетP Qm  A,Sl111(6.1)где Qm – скорость газовыделения на единицу времени, А – площадь газовыделяющих поверхностей, S l – скорость откачки вентилирующими отверстиями,P – установившееся равновесное давление после длительной «выдержки» ввакуумной камере или на орбите.dЦилиндрическоевентиляционное отверстиеlВентилируемая камера объем V(x),площадь поверхности S (см2)Рис. 6.1. Модель вентилируемого устройства: d – диаметр вентиляционного отверстия (см);l – диаметр вентиляционного отверстияДля вентиляционного отверстия цилиндрического типа, показанного нарис. 6.1, в окружении глубокого вакуума S l  u , где u – значение газодинамической проводимости:u12  l  d 31 / с .(l  4  d / 3)(6.2)Время, необходимое для откачки внутреннего объема V от начального давления P1 до давления Р2, можно определить из соотношенияt  2,3  P P V log  1   .Sl P2  P (6.3)Из приведенных соотношений (6.1)–(6.3) вытекает важное значение параметра Qm , зависящего от выбора материалов и чистоты поверхностей.

Одним изпутей уменьшения дегазации, широко применяемых в технологической практике, является операция нагревания, которая значительно уменьшает дегазациювнутренних поверхностей от адсорбированных газов.При недостаточном времени выдержки давление внутри блоков может бытьзначительно выше наружного на 2  3 порядка. При этом в устройствах РТР иАФУ, работающих в условиях высоких напряженностей электрического поля,112могут создаться условия для газовых разрядов. Опасный диапазон давлений составляет 10  10 2 мм рт. ст.Статический газовый разряд может возникнуть в в/в цепях ЛБВ при повреждениях изоляции в в/в кабеле, при монтажных работах или при некачественных заливках изолирующими компаундами в/в цепей источников питания ЛБВ(брак производителя).Динамический газовый разряд вызывают электромагнитные электрическиеполя высокой напряженности, которые, как правило, возникают в резонаторахOMUXа и в устройствах АФУ (поляризаторах, поляризационных фильтрах) илив плохо вентилируемых выходных волноводных трактах.

Динамический газовый разряд возникает при пониженных давлениях остаточной газовой среды,при которых электроны газовой среды имеют длину свободного пробега, достаточную для того, чтобы набрать энергию в электрическом поле, необходимуюдля ионизации газов. При определенных условиях, зависящих от величины давления, состава газа, температуры, напряженности электромагнитного поля, вобласти внутреннего объема развивается лавинообразный процесс газового разряда, который может нарушить функционирование аппаратуры и даже вызватьеё деструктивные изменения.

Газовые разряды обоих типов подчиняются закону Пашена, согласно которому они не развиваются ниже давлений 10–3 мм рт.ст. и выше 50  100 мм рт. ст.6.2. Мультипакторный разряд в вакуумеМультипакторный (в отечественной литературе иногда называемый резонансным) разряд, в отличие от газового, возникает при достаточно глубокомвакууме (порядка 10–5 мм рт. ст. и ниже). Физическая природа этого разрядаследующая: он возникает в небольших зазорах устройств между металлическими поверхностями, где под воздействием мощного электромагнитного полясигнала из-за многократного отражения электромагнитных волн от металлических стенок создается сложная многомодовая структура распределения напряженностей переменного электрического поля (процессы, аналогичные происходящим в СВЧ резонаторах).

При определенных условиях, в частности нечетномчисле полуволн электрического поля, укладывающихся в промежутке междустенками зазора (полости), свободные электроны, имеющиеся в зазоре (полости), ускоряются электрическим полем, набирают необходимую энергию, соударяются с металлическими поверхностями стенок зазора (полости) и вызывают появление электронов вторичной электронной эмиссии.

При выполненииопределенных условий, прежде всего, при коэффициенте вторичной электронной эмиссии   1 , количество эмитированных электронов будет превышатьколичество падающих. Образовавшийся поток электронов при совпадении фазовых условий ускоряется переменным электрическим полем в обратном113направлении до соударения с другой стенкой зазора (полости), снова вызываяэлектронную эмиссию. При циклическом повторении этих процессов происходит лавинное размножение электронов, образующих мультипакторный разряд.Хотя энергетика мультипакторного разряда значительно ниже энергетики газового разряда (на порядок и более), он может оказать неблагоприятное воздействие на функциональные параметры БРК и его срок службы, а именно:– внести дополнительные потери мощности в трактах передачи;– привнести дополнительные шумы;– привести к разрушению материалов внутренних покрытий в линиях передачи и СВЧ устройствах;– спровоцировать за счет повышенного локального газовыделения болеемощные и разрушительные газовые разряды.В связи с этим американские и европейские стандарты, устанавливающиетребования на космическое радиооборудование, требует обязательных испытаний летного оборудования на устойчивость к мультипакторным разрядам.

Основные принципы этих требований и испытаний на соответствие этим требованиям обобщены в европейском стандарте ECSS-E-20-01А [14] и основываютсяна большом числе научно-экспериментальных работ, в частности [15, 16].Как следует из этих работ, для случаев простейших геометрий зазора (полостей), а именно планарной и коаксиальной, на основании следующих характеристических параметров: f  d (где f – частота сигнала, ГГц, d – величиназазора, мм) и известных материалов покрытий (серебро, золото, медь и т.д.),определяющих их физические свойства, по приведенным графикам можноопределить предельно допустимое пиковое значение напряжения в зазоре, припревышении которого возможно развитие мультипакторного разряда.Учитывая сложность математического описания реального развития мультипакторного разряда (влияние реальной геометрии, сложность механизмов взаимодействия электронных потоков с электромагнитным полем и поверхностямис учетом многомерной структуры стоячих волн в зазорах и полостях), американские и европейские стандарты требуют в полученные проектные оценкипредельных напряжений вводить запас 6 дБ.Как показали углубленные исследования мультипакторных разрядов, ограничение величины пиковых напряжений в зазорах должно учитывать формуамплитудной огибающей сложного (негармонического) сигнала.

Оказалось, чтоважное значение для возникновения мультипакторного разряда имеет не тольковеличина амплитудного выброса, но и его длительность. В «коротких» пиковыхвыбросах амплитуды сигнала активации мультипакторного разряда может непроизойти.В многоствольных БРК даже при загрузке каждого транспондера гармоническим сигналом выходной групповой сигнал на выходе OMUXа является многочастотным (рис. 6.2). Суммарное напряжение такого сигнала, состоящего из Nгармонических синфазных при t = 0 сигналов, дается формулой [17]:114 N    t   N  sin 2   exp j     N  1     t  ,v(t )  v0    02  sin    t    2  (6.4)где v0 – амплитуда отдельного сигнала,   2    f – разнос по частотемежду отдельными сигналами.Af1f2fNfРис. 6.2.

Многочастотный сигнал на выходном мультиплексореот транспондера 1, 2,…N; f1…fN – средние выходные частоты транспондеровКак следует из (6.4), суммарный сигнал можно представить в виде гармонической несущей с частотой, равной средней частоте ансамбля составных сигналов, модулированных по амплитуде огибающей, показанной в квадратныхскобках.

Амплитудная огибающая сигнала содержит пиковые выбросы сигнала1. Максимальная пиковаяfмощность в выбросах составляет N 2  P , средняя N  P , где P – средняя мощность отдельного сигнала. При большом числе стволов N и высокой выходнойвеличиной  V0  N , разнесенные на время Tн мощности транспондеров пиковые значения мощностей выходного многочастотного сигнала могут достигать десятки кВт, что может значительно превышать допустимую расчетную величину напряжения в зазоре.

С другой стороны,длительность пиковых выбросов мощности будет достаточно короткой. В связис этим на основании научных и экспериментальных работ упомянутый европейский стандарт [14] применительно к многочастотному сигналу сформулировалкритерий предотвращения мультипакторного разряда путем ограничения пико115вой мощности P20 максимальных выбросов сигнала с длительностью, не превышающей величины T20 . Величина T20 соответствует 20-кратному пересечению электронами разрядного зазора. Она получена эмпирическим путем из моделирования физических процессов образования мультипакторных разрядовпри многочастотном воздействии. Показано, что эта величина может быть рассчитана по формулеT20  20 m f ср ,2(6.5)где m – порядок моды электромагнитного поля в зазоре, который можно получить из таблиц, приведенных в [14] по известному параметру f  d и материалупокрытия; fср – средняя частота группировки сигналов, образующих многочастотный сигнал.Следует отметить, что указанный в формуле (6.4) вид огибающей суммарного сигнала соответствует случаю начального нулевого фазового рассогласования.

Характеристики

Список файлов книги