空间光学串并转换模块的热管理及抗辐照特性研究

空间激光通信技术相比于微波通信技术具有速度快、体积小、保密性强、发散角小等优点,是解决通信速率难题的关键技术。空间激光通信受恶劣天气影响被迫中断的情况下,需要启用微波通信实现星地信息的实时传输。然而星地微波通信单通道信息传输速率受频带资源限制,目前,即使在Ka波段信息的传输带宽也只有1.5 GHz。高速激光通信数据需要经过降速处理才能通过微波通信传输到地面站。因此空间激光通信和微波通信传输能力的不匹配问题亟待解决。利用光学串并转换模块将高速串行的光信号转换为多路低速并行的光信号,然后再进行处理是一种有效的解决方案。光学串并转换单元作为卫星有效载荷,在真空工作环境下的模块的热耗将严重影响模块工作性能,因此空间中的光学串并转换模块的热管理就显得意义重大。针对光学串并转换模块散热问题,本文利用ANSYS软件,对光学串并转换模块中部分高发热器件：电源、FPGA、放大器、激光器、光模块进行了充分的热分析后,对模块二层放置的器件,激光器和光模块进行组合热分析,进而对串并转换模块整体进行热分析。为提升热管理效果,选用了导热系数较高的铜导热板,保证系统运行过程中温度维持在正常工作范围内,同时使系统重量控制在一定限度。根据现有串并转换模块结构,研究了恒温板的温度对光学串并转换模块整体热场分布的影响,在恒温板15℃情况下,模块整体温度上升控制在10℃以内,能够在空间环境下正常工作。与此同时,考虑到空间特殊环境,需要对光学串并转换模块的抗辐照能力进行研究,选取激光器为对象进行辐照实验。在不同辐照总剂量下,测试激光器的性能变化,以便将此应用于光学串并转换模块空间辐照特性研究。