射電望遠(yuǎn)鏡電磁屏蔽指標(biāo)估算方法

射電望遠(yuǎn)鏡電磁屏蔽指標(biāo)估算方法摘要：電磁兼容性是衡量射電望遠(yuǎn)鏡的重要性能指標(biāo)，也是保障其工作效能和影響其可靠性的重要因素。為充分發(fā)揮望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)效益，需要對(duì)大孔徑射電望遠(yuǎn)鏡自身的電磁兼容特性進(jìn)行分析和研究，進(jìn)行射電望遠(yuǎn)鏡電磁兼容設(shè)計(jì)之前，首先要確定望遠(yuǎn)鏡的干擾保護(hù)限值，干擾源到達(dá)饋源口面的干擾功率，考慮電磁波隨距離的損耗，根據(jù)干擾源與天線的位置關(guān)系確定天線對(duì)干擾信號(hào)的增益，才能得出各個(gè)干擾源需要的電磁屏蔽指標(biāo)要求。本文根據(jù)以上方法，確定射電望遠(yuǎn)鏡電磁屏蔽指標(biāo)的估算方法。關(guān)鍵詞：干擾功率；保護(hù)限值；傳播損耗；天線增益；屏蔽指標(biāo)大口徑全可動(dòng)射電望遠(yuǎn)鏡是專門用來(lái)接收來(lái)自宇宙中非常微弱的無(wú)線電信號(hào)的專用設(shè)備。大口徑全可動(dòng)射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)內(nèi)、系統(tǒng)間、臺(tái)址內(nèi)及周圍環(huán)境中電子電氣設(shè)備眾多，并且大口徑全可動(dòng)射電望遠(yuǎn)鏡以被動(dòng)接收宇宙天體電磁輻射的方式來(lái)工作，自身不會(huì)向外界發(fā)射電磁輻射。我們?nèi)粘Ｊ褂玫臒o(wú)線電廣播、移動(dòng)電話、集群對(duì)講等眾多無(wú)線通信系統(tǒng)，以及雷達(dá)、無(wú)線電信標(biāo)等人造發(fā)射源對(duì)射電望遠(yuǎn)鏡造成許多有害干擾。另外，大孔徑全可動(dòng)射電望遠(yuǎn)鏡是由從多精密電子設(shè)備組成的復(fù)雜系統(tǒng)，這些設(shè)備如電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、控制器、傳感器和接收機(jī)等相互之間都有可能產(chǎn)生傳導(dǎo)耦合和輻射耦合干擾E。這些干擾可能通過(guò)天線反射面、天線饋源、高靈敏接收機(jī)和綜合布線系統(tǒng)進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡。而且射電天文觀測(cè)波段覆蓋了無(wú)線電干擾影響最為嚴(yán)重的移動(dòng)通信頻段，嚴(yán)重影響了望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)質(zhì)量和科研產(chǎn)出，甚至損害設(shè)備。為保障望遠(yuǎn)鏡的正常運(yùn)行，需要對(duì)大孔徑全可動(dòng)射電望遠(yuǎn)鏡自身的電磁兼容特性進(jìn)行分析和研究，進(jìn)行射電望遠(yuǎn)鏡電磁兼容設(shè)計(jì)之前，首先要確定望遠(yuǎn)鏡的保護(hù)限值，干擾源到達(dá)饋源口面的干擾功率，考慮距離造成的損耗，才能得出各個(gè)干擾源需要做的電磁屏蔽指標(biāo)Z電磁屏蔽指標(biāo)確定方法

假設(shè)設(shè)備輻射發(fā)射功率（干擾源功率）為；，單位dBm；其路徑衰減為，，單位dB；望遠(yuǎn)鏡饋源口面干擾保護(hù)限值為;’，單位dBm；天線增益為一，單位dBi；則電子設(shè)備需要的電磁屏蔽指標(biāo)S按圖1流程計(jì)算，計(jì)算公式如下：圖2屏蔽指標(biāo)計(jì)算步驟電磁干擾保護(hù)限值國(guó)際無(wú)線電聯(lián)盟建議書ITU-RRA.769[3]給出了射電天文在連續(xù)譜、普線和甚長(zhǎng)基線觀測(cè)模式下干擾保護(hù)限值的計(jì)算方法，將系統(tǒng)能夠測(cè)量的最小功率的十分之一作為射電望遠(yuǎn)鏡的干擾保護(hù)限值，即電磁干擾的強(qiáng)度不能超過(guò)引起射電望遠(yuǎn)鏡測(cè)量結(jié)果發(fā)生最小變化的功率強(qiáng)度的0.1倍，并給出了射望遠(yuǎn)鏡敏感性電平的計(jì)算方法。根據(jù)ITU-RRA.769的方法，射電望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)系統(tǒng)的靈敏度定義為A尸 I'3（公式1）“一系統(tǒng)能夠測(cè)量的最小功率變化量，式中，/■—系統(tǒng)輸入功率，H—帶寬，單位為HZ■一觀測(cè)積分時(shí)間，單位為s。，、，?,?與溫度有如下關(guān)系：■,—波爾茲曼常數(shù)：■JI：，T為開爾文溫度，單位K。米用dB單位制:1 ””"一（公式3）"為干擾功率保護(hù)門限，單位為dBW。設(shè)備電磁輻射評(píng)估由于射電望遠(yuǎn)鏡臺(tái)址內(nèi)電子設(shè)備眾多，對(duì)于一般的辦公電子設(shè)備采用GJB-151A［嗷定的電子設(shè)備電磁輻射限值作為標(biāo)準(zhǔn)。在電子設(shè)備進(jìn)場(chǎng)前就應(yīng)該按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試統(tǒng)計(jì)，根據(jù)RE102地面設(shè)備測(cè)試，該項(xiàng)目適用頻率范圍為2MHz-18GHz，根據(jù)地面設(shè)備的RE102極限（RE102-3）中的海軍（移動(dòng)的）和陸軍限值進(jìn)行取值。對(duì)于功率特別大的，干擾影響較大干潛在擾源單獨(dú)進(jìn)行測(cè)試和電磁屏蔽處理。就可以得到各個(gè)干擾源的電磁輻射功率值P。電磁波空間傳播損耗傳播損耗是電磁波傳播過(guò)程中發(fā)生的，表現(xiàn)為接收到的輻射強(qiáng)度低于發(fā)射的輻射強(qiáng)度，通常受傳播距離、地面情況、天氣等因素的影響。由于能量隨電磁波不斷擴(kuò)散，空間增大，導(dǎo)致能量密度減小。臺(tái)站內(nèi)的干擾源相當(dāng)于無(wú)方向性的天線，其輻射功率為L(zhǎng)，由于電波在自由空間傳播時(shí)，隨著距離增加能量逐漸擴(kuò)散，輻射功率均勻分布在以發(fā)射天線為球心的球面上，在距離干擾源r處的功率密度是：s=-^4打距離干擾源r的天線饋源口面的接收功率為:自由空間路徑損耗：發(fā)射功率與接收功率之差:氣=吧一底.米用dB單位制：月｛如)_|。也附.10也芳弓_31&坦(4^r) a '--4J-I.■ (公式4)'為自由傳播距離，單位dB;f為頻率，單位MHz；r為傳播距離，單位為km。天線增益計(jì)算干擾源所在位置不同，電磁干擾通常通過(guò)天線主波束或旁瓣進(jìn)入接收系統(tǒng)，電磁輻射到達(dá)射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面處的天線增益存在較大差異，為更加準(zhǔn)確地提出電子設(shè)備電磁兼容控制要求，有必要考慮天線增益的影響。干擾源輻射方向與望遠(yuǎn)鏡主波束軸的夾角分為兩種情況，第一種情況，干擾源位置低于天線饋源口面高度，此時(shí)干擾源通過(guò)天線旁瓣進(jìn)入接收系統(tǒng)。第二種情況，干擾源位置高于天線饋源口面高度，此時(shí)干擾源通過(guò)天線主瓣進(jìn)入接收系統(tǒng)。第一種情況：干擾源低于饋源口1)對(duì)于一般不好確定干擾源與望遠(yuǎn)鏡位置關(guān)系的情況，ITU-RRA.769建議書針對(duì)大口徑拋物面天線給出了天線增益為G=0dBi.2)ITU-RSA.509-3[5建議書針對(duì)大口徑拋物面天線給出了天線增益模型，該模型適合于，此建議書提出了單干擾源和多干擾源進(jìn)入接收系統(tǒng)的旁瓣增益模型，模型如下：

也Wg燹-S1348￡心T"-S13C："^ " 單位為度。干擾源位置低于天線饋源口面高度，如圖2所示，A點(diǎn)為干擾源，B點(diǎn)為饋源口面的中心，廣為望遠(yuǎn)鏡俯仰角，d為電磁干擾源到射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面中心與地面投影的水平距離，h為電子設(shè)備到射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面中心的垂直距離），按照下式進(jìn)行計(jì)算：頓中Iarctan(—)圖2干擾源和望遠(yuǎn)鏡饋源口面的位置關(guān)系（1）第二種情況：干擾源位于饋源艙主焦點(diǎn)上，干擾源可能通過(guò)主波束進(jìn)入饋源，此時(shí)天線增益計(jì)算公式為：1)對(duì)于絕大多數(shù)臺(tái)址內(nèi)的電子設(shè)備，其位置低于射電望遠(yuǎn)鏡饋源口面，其電磁干擾僅能通過(guò)天線旁瓣進(jìn)入接收系統(tǒng)。這種情況下，俯仰角僅考慮射電望遠(yuǎn)鏡運(yùn)行過(guò)程的最低俯仰角5°，且在射電望遠(yuǎn)鏡指向電子設(shè)備所在位置的方向時(shí)干擾對(duì)望遠(yuǎn)鏡影響最大，按照上述模型計(jì)算天線增益。位于饋源艙以及天線主面板以上的電磁干擾源按照天線主波束的增益進(jìn)行估算。干擾源需要屏蔽的指標(biāo)根據(jù)上述幾個(gè)步驟，就可以估算出各個(gè)干擾源對(duì)射電望遠(yuǎn)鏡的影響程度，從而可以確定在后續(xù)電磁兼容設(shè)計(jì)中各自需要進(jìn)行電磁屏蔽的指標(biāo)要求。本文中無(wú)線電傳播損耗采用空間自由傳播計(jì)算，忽略了地形、地表及空間障礙物、天氣等的影響，計(jì)算得到的損耗值比實(shí)際值要大得多。天線增益考慮了主瓣和旁瓣增益影響，給出了最大干擾情況的限值。上述計(jì)算按照最大限度保護(hù)望遠(yuǎn)鏡不受干擾為原則考慮，實(shí)際結(jié)果偏保守。針對(duì)不同的望遠(yuǎn)鏡已知條件的不同，選擇不同的方法計(jì)算，結(jié)果會(huì)準(zhǔn)確。工[1]劉奇，王凱，王洋等.射電天文終端電子設(shè)備輻射特性測(cè)試[J].天文研究與技術(shù)，2014,11(3):218-223.[2]李穎，劉琦等.電子設(shè)備電磁輻射評(píng)估軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].天文研究與技術(shù)，2016,13(1):133-142.[3]RECOMMENDATIONITU-RRA.769-2.Protectioncriteriausedforradioastronomicalmeasurement*].2003.[4]國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì).中華人民共和國(guó)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB151A：軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求[S].1997.[5]RECOMMENDATIONITU-RSA.509-3.GeneralizedSpaceResearchEarthStationandRadioAstronomyAntennaRadi