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为太空探测器设计接收天线时,如何测试每个偶极天线的实体完整性?

时间:2019-02-26 作者:John Dunn 阅读:
在为太空探测器设计接收天线时,由于馈线连接可能与其偶极脱离,因此,如何测试每个偶极天线的实体完整性?

1960年代,我曾经参与一项开发‘Sunblazer’太空探测器的计划。我当时是为此太空探测器开发接收器的工作人员之一,并与美国麻省理工学院(MIT)合作开发。该计划原本的目的在于开发研究太阳的探测器。我说它「原本的目的」,是因为这项计划后来由于国会削减预算而最终未能实现。在Gunter的Space Page中详细地介绍了这项计划。

几十年后,我们有了IRIS太阳探测器,这在美国太空总署(NASA)的太阳观测IRIS任务中有更多的讨论;而且不久后,欧洲太空总署(ESA)也将推出太阳轨道探测器。这部份可参考《ESA太阳轨道探测器准备进行高温任务》(ESA’s Solar Orbiter preps for a high-temp mission)一文介绍。

让我们回过头来看看Sunblazer,当时它曾经遇到一个有关天线的问题。该探测器的工作频率为40MHz。接收天线是一个半波偶极数组,排列在美国德州的一大片土地上。每个偶极天线中馈入了一个75奥姆的双引线,每条引线中都有一条可变延迟线。讯号从每个偶极传播到其接收器连接的时间是可变的。适当地选择各个延迟时间,该偶极天线数组即成为可操控的数组。只要选择每条馈线的延迟时间,就可以让主瓣的接收方向指向不同的方向。

20190226_Sunblazer_TA01F

图1:用于40MHz接收的可控数组

当时,MIT研究人员关注的问题之一在于如何测试每个偶极天线的实体完整性。最主要的顾虑在于馈线连接可能会脱离其偶极组件。而其罪魁祸首应该就是恶劣的天气。

20190226_Sunblazer_TA01F2

图2:损坏的馈线连接

这就变成了一个重大的问题。有人想过使用倾角振荡器以确认天线共振、使用时域反射计以及其他一些看似聪明的办法,但有数百个偶极天线都得进行测试,因此,当时他们想出的任何办法似乎都不切实际。

我后来告诉他们不要担心共振频率会发生变化。除非有一只任性的鸟儿冲撞到偶极组件而造成破坏,否则偶极调谐并不会改变。就算是有任何组件损坏了,从地面就可以轻易地看到了。

为了测试馈线的完整性,每个偶极天线都可以透过连接到馈线上方偶极子组件的高值电阻进行分流。由于每个电阻器的实体尺寸太小,因而不至于影响RF性能,如果每个电阻器的电阻为100K,则在40MHz的偶极阻抗则不受影响。

从每条馈线底部地面上的奥姆表读数,可以快速地确认馈线完整性。

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图3:可测试的偶极和馈线

MIT的研究人员当时并未想到这个可能性,但有时最简单的才是最好的。

(原文发表于ASPENCORE旗下EDN美国版,参考链接:Designing the Sunblazer space probe,编译:Susan Hong,EETTaiwan)

 

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John Dunn
John Dunn是资深电子顾问,毕业于布鲁克林理工学院(BSEE)和纽约大学(MSEE)。
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