Page 23 - 《真空与低温》2026年第2期

142 真空与低温 第 32 卷 第 2 期

推力器是利用电磁场约束电子并加速离子来 位时间内到达壁面的电子数恰好等于离子数，净电
产生推力。推力器工作时，通道内形成高温、高密 流为零，此时的电位被称为悬浮电位。由于推力器
度的等离子体。这些等离子体由带正电的离子和 金属外壳与陶瓷壁面机械接触而电气绝缘，因此通
电子组成，在电磁场和磁场等因素的作用下，高能 常将阴极地到推力器壳体的电位等效为悬浮电位。
离子束会轰击通道壁面，并发散、溅射到放电通道 而压力传感器的信号参考地（阴极地作为参考地电
绝缘器表面，轰击壁面的离子数量越大，侵蚀速率 位）在内部与外壳相连，采集地则与卫星结构地相
也越快，长期的溅射会导致放电通道逐步侵蚀积累。 连，压力传感器信号地与采集地通过电缆连接，这
随着侵蚀的加剧，推力器出口（离子能量高、通量大） 时形成了巨大的、时变的电位差，也即共模电压，
磁极暴露，形成异常侵蚀形貌，引起等离子振荡 [7-10] ， 这个电压作用于压力传感器输出端时，会被转换成
离子振荡示意图如图 5 所示，等离子体电位时间演 差模噪声，被称作地回路耦合，也会对压力传感器
化如下： 精度造成影响。
∑
V plasma (t) = V 0 + A n sin(2πf n t +φ n )+ξ(t) （2） 2 电推进系统压力传感器共模干扰抑制措施及
式中： V 0等离子体电位的直流平均分量，霍尔推力 验证
( fn − f 0 ) 2
器约为 20～50 V， A n = A 0 e − 2σ f 2 （洛伦兹型频率包 2.1 电推进系统压力传感器共模干扰抑制措施
络）； A 0为中心频率处的振荡幅度峰值； 为主振荡 电推进系统内存在共模干扰，由开关电源及推
f 0
的中心频率； f n为第 n 个离散频率的分量； φ n为第 力器的固有特性决定。
n 个频率分量的初始相位； ξ(t)为宽带噪声。 在电源控制单元内部采用软开关抑制技术、开
关频率调制技术、屏蔽抗干扰抑制技术等方法 [11] ，

4.0
都可以使共模干扰得到有效减弱。改变推力器通
3.5
道入口处离子密度和中性离子进入放电通道的速
3.0
放电电流/A 2.5 度 ，在霍尔推力器与电源间串联低通滤波器 [13] ，
[12]
2.0
能在一定程度内抑制推力器放电电流振荡，这些方
1.5
1.0 法都可以降低电推进系统内共模干扰的影响，但仍
0.5 不可避免。
−2.0 −1.5 −1.0 −0.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0
时间/ms 在电推进系统内，电源控制单元、推力器以及
地回路作为干扰源产生共模干扰，共模干扰产生的
图 5 离子振荡示意图
电压或电流干扰波，通过导线和空间辐射等耦合形
Fig. 5 Schematic diagram of ion oscillation
式进入压力传感器，通过压传内部放大器放大，影
离子振荡会引起放电电流大幅度、周期性脉 响传感器的正常工作或精度，影响电推进系统的压

动，从而导致等离子体与推力器壁、电极之间电势 力控制。
高频波动，产生较大电压变化率，电压变化率作用 电推进系统内使用的压力传感器通常为四线
在内部信号线之间的寄生电容上，产生共模干扰， 制，即供电+、供电−、信号+、信号−，使用时供电地
这是容性耦合。同时，推力器放电电流快速变化会 和信号地导通，输出端口电路图如图 6（压传信号
感应出高频电压波动，电压波动施加在推力器内部 与机壳无连接）所示。供电一般为 28 V，来自电源
（阳极区）和机壳地之间，会通过放电通道、阳极等 控制单元的 DC/DC 模块。推力器工作期间，开关
高压高动态部件与机壳之间的寄生电容产生很大 电源高频率开关、推力器等离子体负载不稳定的
的共模干扰，这是磁场耦合。 振荡以及悬浮电位波动通过容性耦合等原因，会导
另外，推力器点火过程中，由于高速运动的电 致功率模块功率地上出现较大共模干扰。功率地
子比离子更快撞击到陶瓷通道表面，使到达壁面的 上的共模干扰传导到 DC/DC 压传供电地上，再通
电子通量远大于离子通量，陶瓷壁面积累负电荷， 过压传供电地传导到压力传感器信号地上，进入压
积累负电荷的壁面会排斥带负电的电子，吸引带正 力传感器内部，在传感器内部产生共模电压，由共
电的离子，最终壁面会稳定在特定的负电位上，单 模电压转换而来的电压差会直接叠加在微弱的真