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衛星通信電波傳播特點

瀏覽:5663  來源:通信人在線  日期:2007-10-18
 

隨著無線通信業務的不斷增多,人們在不斷地開發新的工作頻段,目前己確定將宇宙通信的頻段擴展到275GHz

衛星通信中收、發天線間的距離約為40000km,而大氣層的厚度一般認為約16km,電磁波主要在大氣層以外的自由空間中傳播。所以,一般把衛星通信中的電波先按在自由空間中傳播,然后再考慮大氣層的影響,最后對自由空間傳播中的衰耗加以修正。

在自由空間的傳播損耗為

LS92.44 + 20 1og d (km) + 20 1og f (GHz)

同步衛星與地面站之間單程(d約為4000km)的衰減量可達200dB以上。

衛星通信的電波傳播大部分行程為自由空間,但也必須通過地球周圍的大氣層,因此要受到電離層中自由電子和離子的吸收,受到對流層中的氧分子、水蒸氣分子和雨、霧、云、雪和冰雹等的吸收和散射,從而形成損耗。這種損耗與電波的頻率、波束的仰角以及氣候條件有密切的關系。人們通過大量的分析和實測,給出了在晴朗天氣條件下,大氣吸收損耗與頻率的關系曲線,如圖1所示。從圖中可以看出,0.1GHz以下自由電子或離子吸收起主要作用,頻率越低越嚴重,頻率高于0.3GHz時,其影響可以忽略。水蒸氣分子在21GHz左右發生諧振吸收出現一個更大的損耗峰。氮沒有諧振峰,二氧化碳的諧振峰在300GHz。地球站所處位置使天線波束仰角越大,無線電波通過大氣層的路徑越短,則吸收損耗越小。頻率低于l0GHz,仰角大于50°時,其影響基本可以忽略。

1大氣中電子、離子、氧分子和水蒸氣分子對電波的吸收

    由圖1可見,在0.3GHz~l0GHz頻段,大氣損耗最小,故稱此頻段為“無線電窗口”。另外在30GHz附近也有一個損耗低谷,通常稱此頻段為“半透明無線電窗口”。選擇工作頻段時應考慮選在這些“窗口”附近。

另外,從外界噪聲影響來考慮,當頻率降低到0.1GHz以下時,宇宙噪聲會迅速增加,如圖2所示。所以最低頻率不能低于0.1GHz。通常在1GHz以上,宇宙噪聲和人為噪聲對通信影響較小;而大氣噪聲,其中包括氧氣、水蒸氣、雨、云、霧噪聲等在l0GHz以上,對通信影響較大。因此,從降低接收系統噪聲角度來考慮,衛星通信工作頻段最好選在1GHz~l0GHz之間。

2外部噪聲對接收信號的影響

包圍地球的大氣層,其厚度達5000km左右,根據其特征可把大氣細分為5層,如圖3所示。

3地球外大氣層分布圖

對流層離地面0~l0km,同溫層l0km~50km,中間層50km~70km,熱層70km~500km,外大氣層500km~3000km。距地面40km~800km高度的大氣層里是被電離的空氣層,稱為電離層,共有4層:D層為60~80kmE層為100km~140kmF1層為160km~200kmF2層為220km~400km

電波在地球外層空間傳播時要受到各層影響,具體如下,

1)對流層的影響:在對流層中傳播的電波,受到氧氣及水蒸氣分子的吸收而產生衰減。在1GHz~l0GHz的頻率范圍內,當地球站天線仰角為3°時,其衰減量在1. 5dB以下;仰角為0°時,其衰減在5dB以下。由于云霧等引起的衰減,在4GHz時為ldB以下,在l0GHz時為6dB以下。降雨引起的衰減,頻率為4GHz時,降雨量為2. 5mm/h,其衰減量為0. 3 dB左右。

2)電離層的影響:電波穿過電離層時,其衰減隨入射角而變化,垂直入射時,衰減量在(50l f)2以下,其中f的單位為MHz

3)外層空間的影響:衛星通信的電波,主要在外層空間傳播,大氣層的衰減與外層空間傳播衰減相比是很小的。在靜止軌道衛星通信系統中電波傳輸的最遠距離約為8.4×104 km(發與收的距離),其衰減約在400dB左右。

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