影響衛(wèi)星信號(hào)傳輸?shù)闹饕蛩胤治?/h1>
2013-06-07 06:18:30楊偉斌
衛(wèi)星電視與寬帶多媒體 2013年9期
楊偉斌
衛(wèi)星通信越來越深入到社會(huì)的角角落落，不僅民用的衛(wèi)星電視節(jié)目、現(xiàn)代教育廣泛利用衛(wèi)星通訊技術(shù)，而且大量的應(yīng)用于GPS、測(cè)繪、氣象、軍事等專業(yè)領(lǐng)域。對(duì)于影響衛(wèi)星信號(hào)傳輸?shù)默F(xiàn)象也成為越來越關(guān)注的焦點(diǎn)，然而衛(wèi)星通信質(zhì)量受到氣候、大氣、天體等因素的影響，了解以上諸因素的影響，可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償，對(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和使用有非常重要的意義。
衛(wèi)星通信使用微波波段的高頻電磁波，將數(shù)據(jù)打包由地面發(fā)射站（地球站）送上衛(wèi)星，再通過衛(wèi)星下發(fā)到覆蓋內(nèi)的地面接收站，衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)需要穿透大氣層到達(dá)衛(wèi)星或地面。不同頻段用不同代號(hào)表示即波段，目前國(guó)際上主要使用的Ku波段（工作頻率范圍為12.24-18GHz）和多媒體廣播的衛(wèi)星通信的經(jīng)典波段C波段（工作頻路范圍為4-8GHz）工作。衛(wèi)星通信的特點(diǎn)是：頻率高、功率大，通信距離遠(yuǎn)，建站成本與通信距離無關(guān)；以廣播方式工作，便于是想多址聯(lián)接，通信容量大，能傳送的業(yè)務(wù)類型多；方便架設(shè)和接收，地面環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。以下就影響衛(wèi)星信號(hào)傳輸?shù)闹饕蛩丶右苑治觯⑨槍?duì)具體因素進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償和應(yīng)對(duì)。
1.衛(wèi)星蝕
衛(wèi)星蝕或衛(wèi)星食，是指人造衛(wèi)星被其圍繞著的天體擋住，得不到陽光照射的現(xiàn)象。衛(wèi)星食主要影響依靠太陽能發(fā)電的人造衛(wèi)星。低軌道、短周期的人造衛(wèi)星在運(yùn)行期間經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)衛(wèi)星食，但為時(shí)通常不多于1小時(shí)，衛(wèi)星上的蓄電池一般能夠應(yīng)付。但同步軌道衛(wèi)星這一類軌道高、長(zhǎng)周期的衛(wèi)星，一旦出現(xiàn)衛(wèi)星食，可維持?jǐn)?shù)小時(shí)，有可能需要關(guān)閉衛(wèi)星上部分設(shè)備減少耗電。而衛(wèi)星食時(shí)會(huì)造成的急速降溫，也是設(shè)計(jì)衛(wèi)星時(shí)必須考慮在內(nèi)的。
衛(wèi)星進(jìn)入地球的陰影區(qū)，我們稱此現(xiàn)象為衛(wèi)星蝕，它出現(xiàn)在每年春分（3月21日）和秋分（9月23日）前后，每次連續(xù)出現(xiàn)45天，共90天。而且春分和秋分這兩天，衛(wèi)星蝕的時(shí)間最長(zhǎng)，為72分鐘。
在星蝕期，星上太陽能電池不能提供電源，只能啟用備用電池供電。
2.日凌現(xiàn)象
每年春分和秋分前后，在衛(wèi)星地球站所在地，衛(wèi)星將處在太陽與地球之間的直線上。這時(shí)衛(wèi)星地球站天線在對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的同時(shí)也對(duì)準(zhǔn)太陽，使太陽產(chǎn)生的強(qiáng)大的電磁波直接投射在地球站天線上。由于太陽產(chǎn)生的電磁波頻譜很寬，因此，對(duì)地球站來說，該電磁波是一個(gè)巨大的噪聲源，對(duì)其所接受的衛(wèi)星信號(hào)造成干擾從而使接收鏈路嚴(yán)重惡化甚至中斷，這種現(xiàn)象即稱為日凌現(xiàn)象。
日凌與地球站電氣特性關(guān)系：
①日凌與接收頻率的關(guān)系：接收頻率越高，天線3dB波束寬度越窄，則日凌持續(xù)時(shí)間越短。
②日凌與天線口徑的關(guān)系：天線口徑越大，天線3dB波束寬度越窄，則日凌持續(xù)時(shí)間越短。
對(duì)一個(gè)地球站來講，其日凌干擾最強(qiáng)時(shí)間從太陽進(jìn)入其天線3dB波束寬度開始，以離開其3dB波束寬度結(jié)束。因此，地球站的日凌持續(xù)時(shí)間與其接收頻率和天線口徑大小有關(guān)。
對(duì)地球站來說，收東經(jīng)度越高的衛(wèi)星，每天日凌開始和結(jié)束的時(shí)間越早，可利用日凌發(fā)生先后順序?qū)?jié)目信號(hào)進(jìn)行選擇切換。
3.Ku波段衛(wèi)星廣播中雨衰現(xiàn)象
雨衰的機(jī)理及影響： 當(dāng)電波穿過降雨的區(qū)域時(shí)，雨滴會(huì)對(duì)電波產(chǎn)生吸收和散射，故而造成衰減。在1～50GHz的頻帶內(nèi)，雨衰值是雨滴半徑與電波波長(zhǎng)比值的增函數(shù)。Ku波段內(nèi)電波的波長(zhǎng)比C波段內(nèi)電波的波長(zhǎng)短，所以Ku波段的雨衰大于C波段的雨衰。在Ku波段內(nèi)，短時(shí)間 （數(shù)分鐘內(nèi)）大降雨的衰減可高達(dá)20dB，顯然如此大的衰減量將使廣播線路暫時(shí)中斷?？紤]到雨衰現(xiàn)象，在Ku波段中整個(gè)系統(tǒng)的G/T值就要留有較大的余量。
根據(jù)雨衰曲線可以對(duì)衛(wèi)星Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器天線的波束圖進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，也可以對(duì)衛(wèi)星接收系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)以減少降雨產(chǎn)生的影響。
鑫諾一號(hào)衛(wèi)星Ku波段天線波束的設(shè)計(jì)工作考慮到了雨衰的影響，它的波束中心大致位于福州，EIRP為53dBW；在浙江、福建、江西、廣東、廣西、海南等省的EIRP為52dBW；在北京的EIRP為46dBW。北京雨衰為6dB，福州為15dB，兩者相差9dB；而衛(wèi)星的等效全向輻射功率在兩地相差7dB，兩種差別可大致相互抵消掉。與亞洲二號(hào)相比，鑫諾一號(hào)衛(wèi)星Ku波段天線波束的設(shè)計(jì)是比較成功的。
4.雪衰現(xiàn)象
一般情況下，除非是暴雪，饋源上面的積雪不太厚，降雪對(duì)Ku及其以下頻段的衛(wèi)星信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生明顯的衰減，但是在雨夾雪、化雪過程中，對(duì)于C波段及Ku波段的衛(wèi)星傳輸影響非常顯著，造成天線饋源及主反射面凹凸不平的積雪對(duì)電磁波產(chǎn)生不同的散射和吸收，嚴(yán)重破壞衛(wèi)星天線口面場(chǎng)分布均勻性，大大降低了天線的增益，同時(shí)也增大了天線的噪聲溫度，上行鏈路的EIRP值或接受系統(tǒng)的G/T值均會(huì)因此而大大減小，因此無論是上行站和下行站，均須對(duì)此采取積極的預(yù)防和克服措施。
5.同步衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)方式
由于受太陽、月球、地球引力的影響，同步衛(wèi)星會(huì)在一個(gè)與地球赤道平臺(tái)夾角不斷變化的傾斜軌道上運(yùn)行。假設(shè)衛(wèi)星軌道的東西位置保持不變，則從地球赤道表面觀察衛(wèi)星的日漂移軌跡，同步衛(wèi)星在其軌道定點(diǎn)上以24小時(shí)為一周期呈8字形軌道不停地運(yùn)動(dòng)著，這會(huì)影響衛(wèi)星信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定。通過對(duì)衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)姿態(tài)控制，使衛(wèi)星保持在赤道平面內(nèi)，有利于衛(wèi)星信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定。
小結(jié)
衛(wèi)星信號(hào)傳輸是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，影響衛(wèi)星信號(hào)傳輸?shù)囊蛩睾芏啵覀冎挥袑?duì)這些影響因素有了深刻的理解，不斷完善系統(tǒng)，針對(duì)具體因素制定有效的措施，克服、預(yù)防一切影響衛(wèi)星信號(hào)傳輸?shù)那闆r發(fā)生，才能讓衛(wèi)星信號(hào)傳輸?shù)玫礁玫膽?yīng)用，不斷推進(jìn)衛(wèi)星傳輸事業(yè)的不斷發(fā)展。
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衛(wèi)星通信使用微波波段的高頻電磁波，將數(shù)據(jù)打包由地面發(fā)射站（地球站）送上衛(wèi)星，再通過衛(wèi)星下發(fā)到覆蓋內(nèi)的地面接收站，衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)需要穿透大氣層到達(dá)衛(wèi)星或地面。不同頻段用不同代號(hào)表示即波段，目前國(guó)際上主要使用的Ku波段（工作頻率范圍為12.24-18GHz）和多媒體廣播的衛(wèi)星通信的經(jīng)典波段C波段（工作頻路范圍為4-8GHz）工作。衛(wèi)星通信的特點(diǎn)是：頻率高、功率大，通信距離遠(yuǎn)，建站成本與通信距離無關(guān)；以廣播方式工作，便于是想多址聯(lián)接，通信容量大，能傳送的業(yè)務(wù)類型多；方便架設(shè)和接收，地面環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。以下就影響衛(wèi)星信號(hào)傳輸?shù)闹饕蛩丶右苑治觯⑨槍?duì)具體因素進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償和應(yīng)對(duì)。
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對(duì)一個(gè)地球站來講，其日凌干擾最強(qiáng)時(shí)間從太陽進(jìn)入其天線3dB波束寬度開始，以離開其3dB波束寬度結(jié)束。因此，地球站的日凌持續(xù)時(shí)間與其接收頻率和天線口徑大小有關(guān)。
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根據(jù)雨衰曲線可以對(duì)衛(wèi)星Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器天線的波束圖進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，也可以對(duì)衛(wèi)星接收系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)以減少降雨產(chǎn)生的影響。
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小結(jié)
衛(wèi)星信號(hào)傳輸是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，影響衛(wèi)星信號(hào)傳輸?shù)囊蛩睾芏啵覀冎挥袑?duì)這些影響因素有了深刻的理解，不斷完善系統(tǒng)，針對(duì)具體因素制定有效的措施，克服、預(yù)防一切影響衛(wèi)星信號(hào)傳輸?shù)那闆r發(fā)生，才能讓衛(wèi)星信號(hào)傳輸?shù)玫礁玫膽?yīng)用，不斷推進(jìn)衛(wèi)星傳輸事業(yè)的不斷發(fā)展。
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