При проектировании регулирующей аппаратуры систем электропитания космических аппара¬тов, осуществляющей распределение и регулирование потоков энергии между первичными источ¬никами, промежуточными накопителями и нагруз¬кой, большое внимание уделяется обеспечению электромагнитной совместимости (ЭМС). Это свя¬зано с тем, что наблюдается тенденция роста мощ¬ностей, рабочих частот, усложняется функционал и состав бортовой аппаратуры, уменьшаются ее массогабаритные размеры и увеличивается плотность компоновки, что приводит к увеличе¬нию уровня излучаемых электромагнитных помех (ЭМП).

Эффективной мерой, позволяющей улучшить характеристики ЭМС, является проведение пред-варительной теоретической оценки и расчетов ЭМП регулирующей аппаратуры космических ап¬паратов путем моделирования электромагнитных процессов.

Для расчета уровней ЭМП разработана методика проектного анализа ЭМС, обеспечивающая, в отличие от традиционных методов исследования, основанных на формировании эквивалентных схем замещения и моделей сигналов для анализа различных видов помех, расчет амплитудно-частотного спектра помех во всем заданном диапазоне частот на основе использования высокочастот¬ных моделей, учитывающих паразитные параметры и связи элементов схемы и конструкции.

Проектный анализ ЭМС в соответствии с требованиями стандартов Европейского космическо¬го агентства включает: оценку требований технического задания по допустимым пиковым значениям напряженности электрического и магнитного полей узкополосных и широкополосных помех на расстоянии 1 м от поверхности функционирующего прибора в заданном диапазоне частот, ранжирование источников помех, расчет уровня излучаемых помех по напряженности электрического и магнитного полей.

В регулирующей аппаратуре основными источниками помех являются токовые контуры, включающие транзисторы, диоды, дроссели, входные и выходные конденсаторы.

Напряженности электрического и магнитного полей будем рассчитывать исходя из предположения, что:

Так как реальный ток элементов в контуре имеет явно выраженный несинусоидальный характер и для анализа ЭМС используются его амплитудно – частотные спектры, а также спектры напряженностей электрического и магнитного полей, то для их построения с учетом описания тока контура по результатам моделирования в виде цифрового массива данных необходимо дискретное преобразование Фурье. Для построения спектров Еи Н непосредственно перед процедурой разложения в ряд Фурье необходимо произвести численное дифференцирование исходной функции тока.

Шаг расчета электромагнитных процессов при заданной ширине спектра функции выбирается в соответствии с теоремой Котельникова. В расчете результирующая напряженность поля определялась путем арифметического сложения полей, излучаемых источниками помех, работающими одновременно. На практике поля складываются с учетом их фаз, и результат будет меньше, но для оценки наихудшего случая такой подход является правомерным.

Полученные при расчете спектры Е и Н зарядно-разрядного устройства сравнивались с экспериментальными, измеренными в диапазоне частот от 0 до 30 МГц [3,4] с помощью квазипикового анализатора спектра Р5Р 30 в ОАО «НПЦ «Полюс».

Заключение

Методика проектного анализа электромагнит¬ной совместимости регулирующей аппаратуры автономных систем электропитания позволяет рассчитать амплитудно-частотный спектр излучаемых помех во всем заданном диапазоне частот по вычисленному на имитационной модели току и полученной по результатам конструкторской проработ¬ки устройства площади контура, что дает возможность управлять уровнем помех на стадиях конструкторской проработки аппаратуры. Адекват¬ность моделей и методики анализа в целом под-тверждается совпадением расчетных и экспери-ментальных данных, полученных при испытаниях.

Литература

1. Барнс Дж. Электронное конструирование. Методы борьбы с помехами: пер. с англ. – М.: Мир, 1990. – 238 с.
2. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. – М.: Советское радио, 1971.– 354 с.
3. ГОСТ Р 51319-99. Совместимость технических средств электромагнитная. Приборы для измерения индустриальных радиопомех. Технические требования и методы испытаний. – М.: Госстандарт РФ, 2000. – 65 с.
4. ГОСТ Р 51320-99. Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные. Методы испытаний технических средств – источников индустриальных радиопомех. Технические требования и методы испытаний. – М.: Госстандарт РФ, 2000. – 27 с.