Орлов А.Г., Севастьянов Н.Н. Бортовой ретрансляционный комплекс (БРК) спутника связи. Принципы работы, построение, параметры (2014) (1152061), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Показано, что для этого случаяnnnpc 1 1 p i (t ) (1)i 1 exp it ,i 1i 1i(7.17)nn!где – число сочетаний из n по i. i ( n i )!i !Сравнение интенсивностей отказов отдельных структурных единиц БРК –РТР и АФУ – показывает, что наименьшей интенсивностью отказов, как и следовало ожидать, обладают пассивные устройства: входные и выходные мультиплексоры, соединительные коаксиальные и волноводные тракты, электромагнитные СВЧ переключатели, гибридные соединения, АФУ. Поэтому к ним неприменяют «холодное резервирование», а используют его для повышениянадежности только активных устройств РТР, таких как МШУ, приемныеустройства, УМ ЛБВ.Для примера в табл.
7.3 приведены значения интенсивностей отказов дляустройств БРК КА «Ямал-300К» для диапазона С.139Т а б л и ц а 7.3Значения интенсивностей отказов от устройств БРК КА «Ямал-300К»Наименование устройстваКоличество в схеме, шт.Входной фильтр-преселекторНаправленный ответвительСВЧ переключательПриемное устройствоВходной мультиплексор (IMUX)Усилитель мощности (УМ ЛБВ)Выходной мультиплексор (OMUX)Волноводы, ВЧ кабели244632112129Антенна приемопередающая1Интенсивность отказа 106 1ч0,001000,002190,003000,376000,040950,892000,012350,00015Вероятность безотказной работы0,9982830Расчеты ВБР обычно производятся на основании структурной схемы надежности, которая составляется по структурной схеме БРК.На рис.
7.3 приведена структурная схема надежности БРК С-диапазона КА«Ямал-300К» [23], соответствующая его структурно-функциональной схеме,приведенной на рис. 9.6.Как видно из приведенных схем, при построении РТР использованы схемы«скользящего» резервирования, когда количество резервных устройств существенно меньше рабочих. Эти схемы резервирования широко используются всовременных многоствольных БРК, и их применение стало возможным благодаря разработке высоконадежных электромеханических СВЧ переключателей,на базе которых строятся многомерные матрицы резервирования.Используя формулы (7.16) и (7.17), данные интенсивностей отказа (типа показанных в табл. 7.3) и структурную схему (типа приведенной на рис. 7.3),можно произвести расчеты вероятности безотказной работы БРК для любоговремени в течение срока службы.
Пример таких расчетов для упомянутого БРКС-диапазона КА «Ямал-300К» приведен в табл. 7.4.Т а б л и ц а 7.4Расчётные значения БРК С-диапазона КА «Ямал-300К»Наименование группы устройствПриемные устройстваВходные мультиплексорыМатрицы резервированияУМ ЛБВВыходной мультиплексорВолноводные и коаксиальные кабелиАнтенна приемопередающаяБРК в целомВБР в течение 14–25 лет0,99843810,99997400,99997060,98699150,99999670,99758740,99828300,95762Полученное итоговое ВБР БРК соответствует требованиям ТЗ по допустимому количеству отказов транспондеров в течение всего срока службы.
Как иследовало ожидать из физических соображений, наибольший вклад в значениянадежности вносят УМ ЛБВ РТР.140141Рис. 7.3. Структурная схема надежности БРК-1 С-диапазона7.4. Электромагнитная совместимость БРКВ данном разделе будут рассмотрены вопросы обеспечения внутренней ЭМСБРК. Проблемы обеспечения ЭМС с другими подсистемами КА должны рассматриваться в рамках проектирования КА в целом.Рассмотрим вначале ЭМС по радиочастотам.В процессе функционирования РТР создается большое количество разнообразных частот различного происхождения. Некоторые из них могут попадать вполосы транспондеров через паразитные излучения радиочастот в устройствах(например, через оплетки кабелей, через соединители в линиях передач, черезсоединения в конструкциях корпусов и т.д.). Поэтому в конструкциях РТР иАФУ принимают все меры для подавления паразитных утечек сигнальных трактов до предельно возможного уровня (70100 дБ).
Одним из путей появленияповышенных утечек могут стать вентиляционные отверстия в блоках, о необходимости которых отмечалось в главе 6. Согласно электромагнитной моделивентиляционное цилиндрическое отверстие представляет отрезок круглого волновода, размеры которого должны выбираться таким образом, чтобы опасные, сточки зрения ЭМС, частоты находились ниже критической частоты отсечкиволновода, подвергаясь сильному затуханию при распространении вдоль отверстия.
Наиболее опасными (с повышенной восприимчивостью к радиопомехам)являются приемные тракты БРК. Поэтому одной из важнейших характеристикБРК при раскрытых антеннах является автосовместимость, заключающаяся втом, чтобы при максимальном усилении в транспондерах РТР усиленные собственные шумы и паразитные сигналы через конечную развязку между приемной и передающей антеннами не создали сигнал, сопоставимый с входнымуровнем шума. При нарушении этого условия на входе РТР могут создатьсясигналы положительной обратной связи с крайне нежелательными последствиями, такими как самовозбуждение или паразитные искажения передаточныххарактеристик. Для обеспечения внутренней радиоэлектромагнитной совместимости важное значение имеют тщательный анализ частотного плана с цельювыявления критических частот на паразитных частотах (типа PIM и комбинационных), правильное распределение усиления между устройствами, правильноераспределение внеполосных затуханий в фильтровых устройствах, а также взаимная компоновка приемных и передающих устройств и антенн.Следует отметить, что все входящие устройства РТР и БРК в ходе квалификационных наземных испытаний проходят тщательную проверку на радиоэлектромагнитной совместимости.
Как правило, эти испытания проводятся на соответствие требований и по методикам американского стандарта [24].Помимо ЭМС по радиочастотам, существуют требования по обеспечениюпроводной ЭМС. В этом случае имеются ввиду следующие явления: РТР БРКможет воспринимать радиопомехи, поступающие по бортовой сети, а также самявляться источником радиопомех. Основным источником радиопомех по бортовой сети являются частоты преобразователей постоянного тока бортовой сети142в переменный, которые используются практически во всех радиосистемах КА.В самом РТР БРК ВИПы приемных устройств имеют для уменьшения габаритов частоты преобразования свыше 100 кГц, в сильноточных ВИПах УМ ЛБВдля повышения к.п.д.
используются более низкие частоты преобразований – донескольких десятков кГц. Пульсации в ВИПах на частотах преобразования приводят к пульсациям амплитуд сигналов, ретранслируемых транспондерами, идалее через механизм АМ/ФМ преобразований в ЛБВ транспондеров приводятнеизбежно к случайным фазовым «джиттерам» сигналов, образующих помехидля обычно используемых в спутниковых каналах сигналов с фазовой манипуляцией (BSK, QBSK и др.).
В результате биений частот разных преобразователей, которые несинхронизированы, частотный спектр образующихся помех пошинам питания достаточно широк – от десятков герц до единиц МГц. Высокочастотные составляющие помех по шине будут эффективно подавляться фильтрами, которые всегда устанавливаются на выходе выпрямителей переменноготока преобразователей.Наибольшую сложность и опасность представляют радиочастотные помехии пульсации с частотами <50 Гц.
Обычные методы фильтрации таких помех спомощью ФНЧ из емкостей и дросселей непригодны из-за больших габаритов.Благодаря прогрессу в создании специальных транзисторов на входе современных ВИПов, включая ВИПы для ЛБВ, устанавливаются линейные стабилизаторы с высоким к.п.д., которые подавляют указанные виды помех.Следует отметить, что в любых спецификациях или ТЗ на БРК, как правило,оговаривается уровень помех, наводимый на гармоническую несущую в результате воздействия пульсаций ВИПа УМ.7.5. Принципы измерения параметров БРКПараметры БРК измеряются на установках, включающих приборы для стандартных измерений параметров сигналов, такие как мощемеры, анализаторыспектра, синтезаторы-генераторы частот, частотомеры.
Как правило, все этиприборы компонуются в составе единой контрольно-проверочной аппаратуры(КПА), в состав которой входят также средства управления РТР. В целом КПА спомощью входящих в состав компьютеров обеспечивает автоматизированныеизмерения характеристик.Характеристики БРК проверяют в специально оборудованных БЭК для создания для антенны режимов дальней зоны.
Ряд производителей БРК, имеющих соответствующее оснащение рабочих мест, проверяют ЭИИМ БРК с помощью техники малых полигонов или измерителей ближнего поля. Но чащевсего такие характеристики БРК, как G/T и ЭИИМ получают расчетным путемиз температуры входного шума и выходной мощности РТР, получаемых экспериментальным путем при испытаниях РТР, и коэффициентов усиленияАФУ, полученных при приёмосдаточных испытаниях (ПСИ) антенн.143В ходе летных испытаний БРК обычно проводятся измерения G/T и ЭИИМБРК.
Для этих измерений используется специально аттестованная ЗС с диаметром антенны не менее 1215 м, оснащенная необходимой измерительной аппаратурой. ЭИИМ рассчитывается на основании измерений плотности потока враскрыве антенны ЗС.Как было показано ранее, ЭИИМб можно вычислить по формулеЭИИМб = П+L,(7.18)где П – плотность потока в раскрыве ЗС, вычисляемая по уровню принятогосигнала; L – общее затухание сигнала на линии КА – Земля, связанное с потерями на распространение и дополнительными потерями в среде. ИзмеренияЭИИМ проводятся в режиме насыщения ЛБВ.Добротность на прием G/T вычисляется из измеренного отношения мощности сигнала к мощности шума в выбранной полосе f.В соответствии с формулой (7.3) она может быть рассчитана из соотношенияGз ЭИИМз L 10lg k 10lg f ,T(7.19)где ЭИИМз – эффективная излучаемая мощность земной измерительной станции; L – затухание на трассе ЗС – КА; k – постоянная Больцмана; f – выбранная полоса частот.
При измерениях G/T транспондер должен находиться в линейном режиме.Как видно из (7.18) и (7.19), точность измерения параметров БРК ЭИИМи добротности существенно зависит от точности калибровки наземной измерительной станции и погодных условий на трассе распространения. Наиболееточные данные будут получены в условиях так называемого чистого неба.С учетом реально достигаемых точностей калибровки ЗС и погодных условийточность измерения G/T и ЭИИМ составляет ≈1,52,5 дБ.Обычно для того чтобы не допустить перегрузки УМ РТР в ходе летных испытаний, вначале снимают амплитудную характеристику транспондера доуровня насыщения ЛБВ и далее используют ее как опорный уровень (например,при измерениях в линейном режиме G/T уровень загрузки входным сигналомберут ниже уровня насыщения 67 дБ).Следует отметить, что ЭИИМ БРК измеряют обычно на уровне насыщения,G/T – в линейном режиме.
В линейном режиме измеряются также спектральныехарактеристики стволов транспондеров, АЧХ, поляризационные развязки сигналов.7.6. Эксплуатационные особенности БРК в летных условияхИз принципов построения и работы устройств БРК вытекает ряд особенностей,которые необходимо иметь в виду для сохранения его функциональных и ресурсных характеристик.144При выводе на орбиту необходима длительная выдержка до включения приборов РТР с целью дегазации внутренних полостей приборов. Во избежание газовыхи мультипакторных разрядов в УМ ЛБВ, выходных мультиплексорах, выходныхволноводных трактах и АФУ вакуум во внутренних полостях, согласно рекомендации европейских стандартов, должен быть порядка 10–5 мм рт. ст.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
