空间中的EMC测试

文章：Martin Rowe

在地球上，每件电子设备必须与其电磁环境相悖。如附近的设备，广播信号等系统意味着您需要在屏蔽的机箱中测试或找到一些远程区域。您的设备必须在它周围的所有内容玩。然而，在太空中，许多外部干扰的许多来源都不存在。将卫星放入太空时，您是否需要根据您的地线系统执行相同的排放和敏感性测试？

这是美国宇航局脸上的EMC工程师的问题。NASA用作EMC测试的基础的EMC标准，写着重点是土地设备。在太空中，主要干扰源是同一航天器上的系统。NASA戈达德太空飞行中心（GSFC）首席EMC工程师John McCloskey花了大部分他的职业测试James Webb Space Telescope（JWST），更换哈勃太空望远镜。JWST预计将于2021年从Ariane 5 Rocket的法国圭亚那推出。

JWST（图1）将具有由六角形的反射板组成的镜子，该模板将在轨道中展开一次。关于网球场的大小的防晒屏蔽，将使望远镜在达到必要的敏感性所需的低温温度下运行。望远镜的主要镜子组件后面是集成科学仪器模块（ISIM），包括四种科学仪器。McCloskey和其他人负责确保JWST的电子系统不会干扰卫星的无线电接收器，也不会彼此干扰。

图1：James Webb Space望远镜进入热真空室进行测试。（来源：美国宇航局）

因为卫星在空间中花了他们的运行寿命，所以它是载体系统，其具有干扰卫星接收器的最大潜力。但是，没有对航天器的特定EMI标准。NASA EMC工程师使用基于MIL-STD-461G的限制和测试程序。如果航天器无线电接收器不会在空间中的完整电磁频谱击中，您是否需要测试在平台上接收器使用的那些频率之外的排放？麦克罗斯基说不，为什么为什么花钱不必要的测试？如果在在空间部署之前，JWST的无线电接收器不使用，那么应该没有理由在有意接收器的频率之外测试辐射的发射和易感性。JWST的子系统之间的干扰测试专注于来自电缆的串扰。

“当然，您必须测试故意接收器的RF频带内的排放水平，”McCloskey说。“但在那些接收频段之外的排放通常不是一个重要因素。”

另一个问题是为了在综合仪器或航天器水平对单位水平上进行排放测试。在综合仪器或航天器级别测试需要更多的人。McCloskey估计每日测试成本高于单位水平的至少10倍，其中每个“盒子”分别测试。在单位级别测试让工程师诊断并解决任何潜在的问题，而不是在较高的集成水平上进行昂贵。图2显示了GSFC的EMC团队，工程师测试单位级别和仪器级别。

NASA工程师在戈达德太空飞行中心在JWST上使用了洁净室内的腔室进行了EMI测试。（来源：美国宇航局）

McCloskey更喜欢执行单位测试，其中每个单元在带出最高排放的配置中运行。“我们希望让每个单位成为罪魁祸首，”他说。“这可能需要两个或三次测试不同频率的最高排放量。”EMC工程师咨询设计师寻找这些条件。例如，当主计算机向电机发送命令或发送大量数据时，这种情况可能会发生这种情况。“只有测试的模式，如用于移动电机或高数据强度的状态，可以获得仅测试的模式，以获得最坏情况条件。”

JWST单位级测试对辐射排放的频率范围：2.0898521 GHz至2.0916521 GHz。此外，需要测试以确保必须在发射序列期间必须操作的JWST电子不会干扰从任务控制到发射车辆命令破坏接收器 - 420MHz至480 MHz的UHF上行链路在35 dBμV/ m中。在该频段之外，仍然进行测试以确保单位不会相互干扰，并且该电缆和机箱被正确地构造。

单位级排放测试是用几个覆盖不同频率范围的EMI天线进行，距离EUT的1米。表1列出了那些天线。

表1：JWST辐射排放频率和天线。

与任何其他电子设备一样，JWST中的单元必须通过辐射敏感性测试，这更耗时地耗时的排放测试。由于所有JWST设备以单位级别测试到18 GHz，因此只能将ISIM测试到仅集成到仪器级别。

图3：双脊波导喇叭覆盖从1 GHz到18 GHz的频率。（来源：ETS-LINDGREN）

JWST也没有故意发射器，在1 GHz以下工作。尽管如此，工程师选择测试到30 MHz，以便他们可以在这些频率下表征探测器系统的敏感性。

在太空中的EMC并不是关于干扰无线电的排放。诸如计算机和科学仪器之类的非RF设备必须与航天器正确运行。进行排放和易感性测试让工程师测试单位和系统如何相互干扰。电缆之间的串扰可能导致信号耦合到意外的系统中。在这里，问题是共模电流，其中McCloskey使用当前探测器测量。对于易感性测试，工程师注入共模电流并查找可能导致的错误。

工程师还寻找罪犯和敏感电缆之间的最坏情况情况。在这种情况下，距离很重要。为了确定是否存在潜在的问题，工程师计算敏感电缆位置的任何违法者的场强。排放水平不仅必须满足标准，但足够低，无法扰乱航天器功能。

除了测试辐射/进行的排放和易感性外，工程师还必须确保系统级别的电力质量不会破坏JWST功能。自定义线路阻抗稳定网络（LISN）有助于从电池到电子设备上的电源总线上的线路阻抗，如电机如电机的开启，电流浪涌与线路阻抗相结合以产生电压倾斜。将示波器连接到电源网络让工程师在时间和频率域中查看电源总线。

从EMC的角度来看，空间对电子设备置于电子的独特条件，其中一些更容易与基于地球的设备相比。在太空中，环境电磁环境由板载设备主导。