Орлов А.Г., Севастьянов Н.Н. Бортовой ретрансляционный комплекс (БРК) спутника связи. Принципы работы, построение, параметры (2014) (1152061), страница 23

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

Текст из файла (страница 23)

Порядок опасных PIM помехможно просчитать по средним частотам. Спектральная плотность этих PIMпомех должна быть на входе приемного устройства порядка его предельнойчувствительности, что в итоге приводит к оценкам допустимых уровней PIM,полученным для дискретных помех.Одним из типичных мест образования PIM являются волноводные фланцевые стыки в трактах АФУ и РТР. На фланцевых соединениях волноводов принедостаточной проводимости покрытий стенок фланцев при повреждении ихпри операциях стыковки (расстыковки) и образовавшихся в местах стыков металлических окислов металлов происходит значительное изменение или дажепрерывание токов проводимости, текущих по стенкам.

Сопротивление этимтокам проводимости из-за естественной микрошероховатости поперечнойстенки фланца будет зависеть от качества его механической обработки, распределения механических давлений при сочленении фланцев. При этом линииэлектронных токов проводимости будут иметь «плавающий» характер, зависящий от распределения шероховатости и локальных механических давлений.Кроме того, при больших мощностях и неоднородном распределении плотностей электрических токов могут иметь место локальные термические перегрузки, приводящие к спеканию или разрушению отдельных мостиков проводимостей. Все это в конечном итоге приводит к нелинейным вольтамперным128характеристикам контактных электронных токов проводимости, в результатечего появляются PIM при многочастотных сигналах.Вообще говоря, механизм переноса энергии в волноводах, как указывалосьв главе 2, полевой, определяемой плотностью электромагнитного поля, поэтомудаже в случае наличия между поверхностями стыкуемых фланцев тонкой изолирующей пленки перенос энергии будет осуществляться с плотностью энергии,соответствующей формуле Пойтинга, приведенной в главе 2, без прохожденияомических электронных токов, ответственных за появление PIM.

Однако, как показали углубленные исследования контактных явлений в волноводах [20], дажечерез тонкую изолирующую пленку между фланцами, благодаря квантомеханическому туннельному эффекту, возникают электронные токи. Вольтамперная характеристика этих токов нелинейна, они также порождают PIM.В настоящее время для уменьшения PIM во фланцах волноводов существуют следующие рекомендации:– использовать для сочленения передающих волноводов фланцев специальной конструкции (типа high pressure), обеспечивающих высокие равномерные давления по контактной площади;– примененять на стыкуемых фланцах поверхности, хорошо механическиобработанные, чистые, имеющие стабильное покрытие из проводящего металла (лучшие результаты дают серебряные покрытия);– ограниченные во время производства и испытаний числа стыковок / расстыковок фланцев.Следует отметить, что PIM помехи могут появляться не только в трактахсамого БРК, но и при облучении электромагнитными полями высоких напряженностей (излучаемыми антеннами БРК) окружающих конструкций другихподсистем КА, например солнечных батарей, радиаторов СОТР, элементовконструкции платформы.

При этом наводимые на элементах конструкций этихподсистем (особенно в области штырей, изломов конструкции, контактныхсоединений конструкций) поверхностные токи могут стать источниками вторичного излучения радиоволн с возникновением PIM. Вот почему зарубежныепроектанты сложных КА программу борьбы с PIM помехами вывели на уровень проектирования КА в целом [35].На основании вышеизложенного вытекает, что при проектировании и производстве мощных многоствольных БРК следует принимать во внимание возможность появления PIM. Их уменьшению способствует выполнение следующих мероприятий:– обеспечение максимальной развязки между приемными и передающимитрактами путем соответствующего построения АФУ;– тщательный выбор и анализ существующего частотного плана с цельюуточнения порядка PIM помех, поражающих приемный диапазон;– исключение (по возможности) использования в выходных трактах БРКферритовых согласующих устройств, являющихся повышенным источникомPIM помех;129– использование в выходных волноводных трактах для сочленения фланцевтипа high pressure с прочным поверхностным покрытием, максимальноеуменьшение стыковок / расстыковок фланцев;– тщательный контроль за чистотой выходных трактов, зеркал антенн,средств термозащиты, обеспечение чистоты зеркал антенн от воздействия загрязнения со стороны плазменных струй СПД при орбитальной эксплуатацииКА;– введение в спецификации на составные части выходных трактов РТР иАФУ жестких норм на уровень PIM с подтверждением их наземными испытаниями;– разработка конструкций КА, с учетом максимального снижения возможного появления PIM, например, путем исключения в полях излучения передающих антенн, штырей, изломов конструкции, плохих контактных соединений;– обязательный контроль PIM при комплексных испытаниях БРК в БЭК сраскрытыми антеннами и полной выходной мощностью транспондеров.130ГЛАВА 7.ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БРКВ настоящей главе будет рассмотрен ряд важнейших характеристик БРК, таких как электрические параметры, надежность функционирования, ЭМС, некоторые особенности при летной эксплуатации.

Все эти характеристики являютсярезультатом взаимодействия составных частей, которые рассматривались впредыдущих главах. Проектирование и создание БРК заключается в корректномраспределении параметров отдельных устройств и уменьшении взаимных паразитных влияний их друг на друга в процессе интеграции. Очевидно, конечныехарактеристики БРК определяют его коммерческую эффективность.7.1.

Электрические характеристикисоставных частей БРК – РТР и АФУПеречень электрических параметров РТР, обычно подтверждаемых наземными испытаниями, приведен в табл. 7.1. Перечень типовых параметров АФУприведен в табл. 7.2. В качестве примера порядки величин параметров взяты изпроектируемых БРК КА «Ямал».Т а б л и ц а 7.1Перечень основных радиотехнических параметров РТРПараметрВыходная мощность в режиме насыщения, ВтЦентральная частота стволов транспондеровШирина рабочей полосы частот транспондера, МГцДинамический диапазон сигналов по уровню плотностипотока мощности, дБВт/м2Уровень линейности по интермодуляциям 3-го порядкаОтносительная стабильность частоты сдвигаНеравномерность АЧХ в полосе рабочих частот, дБНеравномерность ГВЗ в полосе рабочих частот, нсИзбирательностьВходная шумовая температура, градОтносительный уровень PIM на выходе по уровню IM3-го порядка при 2-сигнальной загрузке, дБУровень паразитных спектральных помехв полосе транспондера, дБ131Значения параметра80150В соответствии с частотным планом36100−70−90–20–25 дБ при уровне выходноймощности –3 дБ относительнонасыщения1310-612575При расстройках от центральнойчастоты согласно ТЗ илиспецификации, более 90 дБна приемных частотах400600−140–150 относительномощности загрузки40–50 относительноуровня насыщенияТ а б л и ц а 7.2Перечень основных радиотехнических параметров АФУПараметрДиаграмма направленностив картографических координатах, ВтКоэффициент усиления на частотах стволовПоляризационная развязка на ортогональных поляризациях, дБОбратные потери на отражение входных / выходных портов, дБНеравномерность КУ по диапазону и по ЗО, дБУровень PIM, дБЗначения параметраСогласно спецификации––3040…20250,5−160−1707.2.

Характеристики БРКВажнейшими энергетическими характеристиками БРК являются: по выходу – эффективная изотропно излучаемая мощность (ЭИИМ), равная P  G, гдеP – мощность РТР в выбранном сечении выходного волноводного тракта; G –коэффициент усиления антенны, приведенный к выбранному сечению; по вхоG, где G – коэффициент усиления антенныду – добротность на прием, равнаяTв выбранном сечении, Т – шумовая температура БРК, приведенная к этому сечению. Температура шума БРК равнаТБРК = ТА + Тпр,(7.1)где ТА – температура антенны в выбранном сечении; Тпр – шумовая температураприемного устройства, приведенная к выбранному сечению.Выбор указанных параметров БРК вытекает из уравнений линии радиосвязина участках Земля – КА и КА – Земля. Действительно, как показано в главе 5,сигнал от земной станции с ЭИИМЗ создает на входе РТР (в выбранном сечении) сигнал с мощностьюЭИИМ з  G б,L(7.2)где Gб – коэффициент усиления бортовой антенны; L – затухание в радиолинии4 2на участке Земля – КА, равная затуханию в свободном пространстве Lсв  2Rи дополнительным потерям Lд, зависящим в основном от потерь в атмосфере.Отношение этого сигнала к спектральной мощности входного шума БРК будетЭИИМз Gб,L kT132(7.3)где k – постоянная Больцмана, равная 1,3810–23 Вт/Гц; Т – шумовая температуравходного тракта БРК в выбранном сечении.

Она определяется, очевидно, шумами приемного устройства и потерями во входном фидере. Из формулы (7.3)Gвидно важное значение параметрадля оценки энергетического потенциалаTрадиолинии Земля – КА.Таким же образом можно показать, что по нисходящей радиолинии КА –Земля отношение входного сигнала БРК к спектральной плотности мощностишума земной станции можно представить в виде( PG ) б G зL kТ з(7.4)Из формулы (7.4) видны функция и значение параметра ( PG)б для нисходящей радиолинии КА – Земля.Значения параметров PG иGне зависят от выбора сечения во входном иTвыходном фидерах.

Покажем это. На рис. 7.1 и 7.2 представлены фрагментывходного и выходного трактов БРК.ПередающаяантеннаВыходной фидерPвхP0G0P1G1потери α дБсечение «0»сечение «1»Рис. 7.1. Фрагмент волноводного тракта БРКПриёмный фидерT0G0потери α дБсечение «0»T1G1МШУсечение «1»Рис. 7.2. Фрагмент приемного тракта БРК133Пусть в сечении «0» ЭИИМ выходного тракта будет PG0 0 . При переходе всечение «1» фидера выходная приведенная мощность РТР уменьшится на величину  , т.е. P1 = P0–  (дБ), очевидно, при переходе к этому сечению возрастет коэффициент усиления антенны на величину потерь, т.е. G1 = G0+  (дБ).В итоге P1G1 = P0G0, т.е.

ЭИИМ сохраняется при изменении сечения в фидере сG. Пусть начальное сепотерями. Сохраняется также и величина добротностиTчение в фидере было выбрано на входе приемного устройства. Между выходомантенны «0» и входом приемного устройства «1» находится участок фидера сзатуханием  . В сечении («1») очевидноG0G1,T1 T   (1   )T0  TМШУ(7.5)где величина (1   )T0 показывает увеличение шума антенны Тα в сечении «1»за счет потерь в фидере.GОпределим добротность 0 в сечении «0» – сечении антенны.T0Очевидно,G0T0G0T TМШУ1  T0  .(7.6)В (7.6) два члена в знаменателе дают величину пересчитанной шумовой температуры приемного устройства к сечению «0» и дополнительный шум из-запотерь фидера.Сравнение (7.5) и (7.6) показывает, что, действительно, величины добротности не меняются от выбора сечения (при условии, что соответствующие значения G и Т приводятся к одному и тому же выбранному сечению).К другим важным характеристикам БРК относятся спектральные характеристики всех стволов.

Хотя спектральные характеристики всех транспондеровконтролируются на уровне РТР, наличие раскрытых антенн в комплексе БРК ипространственная связь между передающими и приемными АФУ могут усилитьнекоторые паразитные излучения в трактах РТР и АФУ. Особенно опасно попадание паразитных помех (включая РIМ) на высокочувствительный вход приемного устройства РТР. Поэтому в составе комплекса БРК должно контролироваться отсутствие PIM помех при полной загрузке всех транспондеров сигналами. При этом следует иметь в виду, что опасные помехи могут возникнуть из-заперекрестного взаимодействия на приемных антеннах излучаемых сигналов отпередающих антенн БРК различных диапазонов.134Общий энергетический потенциал БРК определяют его структурная схема ичастотно-поляризационный план.

Характеристики

Список файлов книги