20cm离子推力器羽流对微波通信影响的试验研究

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1、第29卷第1期航天器环境工程2012年2月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING7920cm离子推力器羽流对微波通信影响的试验研究112322杨福全，顾左，张华，杨争光，张亚洁，陈海波（1.兰州空间技术物理研究所真空低温技术与物理重点实验室，兰州730000；2.中国空间技术研究院，北京100094；3.航天东方红卫星有限公司，北京100094）摘要：离子推力器工作时产生的等离子体羽流会对穿过其间的电磁波产生影响。为了解通信微波在羽流中的传输特性，在带有透波真空舱的专用设备上进行了羽流对微波通信影响的

2、试验。采用的方法是将一对发射和接收双脊喇叭天线口紧贴透波舱两侧并正对放置来测试穿过羽流的通信微波的变化情况。试验结果表明：在1～5GHz微波通信频段范围内，离子推力器所产生的羽流对电磁波的波幅和相位影响较小，幅度衰减不超过4dB，相位偏差不超过80°。关键词：离子推力器；羽流；微波通信；试验中图分类号：TN925；V556.1文献标识码：A文章编号：1673-1379(2012)01-0079-04DOI：10.3969/j.issn.1673-1379.2012.01.01720引言enef=≈9n(1)pee24πεm0电

3、推力器可用于卫星轨道插入、位置保持和阻[5]尼补偿等任务。电推力器工作时产生的羽流具有等表示，式中：e为电子的电量；ne为电子密度；ε0为真空中的介电常数；m为电子质量。离子体性质，与化学推力器羽流有很大区别。电推力器羽流由离子、电子和中性粒子组成，宏观上呈等离子体中的电子是影响电磁波通信的主要电中性。对于使用电推力器的航天器，其微波通信因素。电子振荡频率是等离子体的一个特征量，它链路如果与羽流有交叉，穿过羽流后的微波波幅、直接影响射入等离子体的电磁波的传播。实验证相位会发生变化[1-4]。为了充分了解20cm离子推明，当频率

4、低于等离子体电子振荡频率的电磁波射力器羽流对航天器微波通信的影响，利用地面专用入等离子体时会被反射。试验设备进行了试验。电磁波在等离子体中传播时由于被吸收而造本文介绍了等离子体对电磁波传播的影响，成的能量损失L由公式20cm离子推力器羽流的基本特性，以及20cm离18nfsepe(2)L=22子推力器羽流对通信影响的试验方案、试验过程及fmp+fe其试验结果等。表示[6]，式中：f为电磁波频率；s为电磁波m1等离子体对电磁波影响的理论在等离子体中的传播距离。由式(2)可以看出，当fpe与fm比较接近或fm≤fpe时电磁波会被强

5、烈吸收；等离子体作为物质的第四态，其物理性质和规而当fm>>fpe时，等离子体对电磁波的吸收较小。律与固态、液态和气态各不相同。等离子体由离子、电磁波在等离子体中传播时的相位变化由公式电子组成，宏观上呈电中性。电磁波在等离子体中πfSnme传播时会受到等离子体的吸收、反射以及发生等离∆≈φ∫ds(3)cn0c子体时延和色散等。[7]等离子体的显著特性之一是等离子体振荡，分表示，式中：c为光速；nc为临界电子密度，即为电子振荡和离子振荡。电子振荡频率fpe由公式等离子体频率等于在其中传播的电磁波频率时的————————————收

6、稿日期：2011-09-19；修回日期：2011-11-18基金项目：真空低温技术与物理重点实验室基金项目（编号：9140C55040590C55）作者简介：杨福全（1969—），男，高级工程师，主要从事电推进系统技术和流量控制技术研究。联系电话：（0931）4585298。80航天器环境工程第29卷等离子体电子密度。由式(1)和式(3)可以得出，当示），即收发天线指向与推力器喷口中心线垂直以保fm≤fpe时电磁波的相位变化较大，而当fmfpe时证微波穿过羽流中心，收发天线中心位置到推力器电磁波的相位变化较小。喷口面的距离约

7、为0.5m；二是收发天线放置在透波副舱两侧的斜对角线位置（如图2所示），即收发天220cm离子推力器羽流基本特性简介线指向与推力器喷口中心线的夹角约为30°，两者对20cm离子推力器等离子体羽流的基本特性的交点到推力器喷口面的距离约为0.5m。进行了测试。根据羽流特性测试得到距推力器出口20.5m截面上的束流密度约为3.5mA/cm，等离子1516-3密度为10～10m，电子温度变化范围为1.1～1.5eV，因此等离子体电子振荡频率在285～900MHz之间。随着与推力器出口距离的增大，等离子体密度下降很快，电子振荡频率也变得

8、很低。3试验介绍图1收发天线正对布局图虽然可以对等离子体对微波通信的影响程度Fig.1Antennasinperpendicularfacetofaceposition进行理论上的估算和分析，但是理论公式是在诸多假设和简化基础上得出的，并不能完全准确地反映实际的等离子体特性。