信息与通信工程学院通信技术研究所1第八章第八章卫星通信无线电传播卫星通信无线电传播本章主要内容卫星通信的电波传播大气对电波传播的影响其他影响工作频率的选择2卫星通信的电波传播卫星通信的电波传播卫星通信线路的传播特性由自由空间传播特性和近地大气的各种影响来确定；卫星通信线路的传输损耗包括自由空间损耗、大气吸收损耗、天线指向误差损耗、极化损耗和降雨损耗等。3(1)无线电波在自由空间传播的损耗卫星通信中电波主要是在大气层以外的自由空间传播，这部分损耗在整个传输损耗中占绝大部分，其他因素引起的损耗，可以考虑在自由空间损耗的基础上加以修正。电波在自由空间以球面形式传播，电磁场能量扩散，接收机只能接收到其中一小部分所形成的一种损耗。4定义发射功率和接收功率之比为自由空间传输损耗Lf，有2⎛⎞4πdLf=⎜⎟⎝⎠λ⎡⎤kmGHzdB⎣⎦Lf=+92.4420lgdf(km)+20lg(GHz)(dB)5(2)大气对电波传播的影响传输路径穿过大气层，由此引起其他一些附加损耗，如大气吸收损耗、雨衰，以及由于折射、散射、绕射、电离层闪烁与多径等引起的附加损耗。6大气对电波传播的影响大气对电波传播的影响大气层分为对流层、同温层、电离层，对穿过的电波会产生影响，每一层不同的物理差别造成对电波不同的影响。对流层（10-12km）：含有各种气体、大量水蒸气及水气凝结物，受地面加热，空气温度随高度而减小；存在水气、雨、雪、雾的吸收和散射；同温层（12-60km）：几乎没有水蒸气，所含臭氧强烈吸收太阳紫外线，空气温度较高；电离层（60km以上）：含有大量的电子和离子，存在自由电子和离子的吸收。7A.对流层对电波的影响影响因素：大气的温度、湿度及压力等物理性质；大气在对流层内受到地球变化着的加热而使空气发生垂直方向的运动；由于在地球不同地区的温度差别而发生水平方向的运动；在上述运动中伴随着水气的冷凝、云雾雨雪的形成；空气有规律的气流运动及强度不等的不规则湍流运动等。上述因素对电波的影响是通过对流层的电气参量(介电常数和电导率)起作用的；气体的介电常数与电波的频率有关，所以大气对电波传播的影响随电波的波长而变化；8影响表现电波的折射；对流层不均匀性引起的散射；大气吸收损耗；水气凝结物的散射等。大气吸收损耗：氧气、水蒸气以及水气凝结物对电波的吸收产生的损耗；9雨衰雨滴吸收入射电波的一部分能量，转换为热能消耗掉，同时又把部分电波能量散射到周围空间(雨滴变为二次辐射源)；雨滴对微波能量的吸收和散射产生的衰耗，随着频率的增高而增大，Ku段及以上的频段雨衰的影响不能忽视；雨衰的大小与雨量和电波传播穿过雨区的有效距离有关；雨衰不能精确预告，进行链路设计时可根据该地区历年雨衰的统计数据作出估计，或者实现留有发射功率余量。10雨衰影响的补偿措施增加卫星链路的发射功率余量，以消除由于雨衰引起的性能降低；采用备份站，即采用两个同类型的站设置在相隔几十千米处；增加信道纠错编码；采用数字压缩技术。11工作频率与天线尺寸、带宽、雨衰的关系小结高宽小高低窄大低频率带宽天线雨衰B.电离层对电波传播的影响电离层中浓度的不均匀性，造成了穿越其中的电波的散射，使得电磁能量在时空中重新分布，造成电波信号的幅度、相位、到达角、极化状态等发生短期不规则变化；电离层闪烁发生的频率和强度与时间、地区、太阳活动有关，衰落强度还与工作频率有关；闪烁引起的衰落在1GHz以上频率可以忽略，对400MHz以下频率必须予以考虑。13其他影响其他影响A.多径衰落和阴影遮蔽效应电波在移动环境中传播时，会遇到各种物体，经反射、散射、绕射，到达接收天线时，已成为通过各个路径到达的合成波，即多径传播模式，各传播路径分量的幅度和相位各不相同，合成信号的起伏很大，造成多径衰落。电波途经建筑物、树林等时受到阻挡被衰减，这种阴影遮蔽对陆地移动卫星通信系统的电波传播影响很大。14移动卫星通信电波传播示意图15B.多普勒频移当卫星与用户终端之间、卫星与基站之间、卫星与卫星之间存在相对运动时，接收端收到的发射端载频发生频移，即多普勒效应引起的附加频移，即多普勒频移；多普勒频移对采用相关解调的数字通信危害较大。在LEO通信系统中是有害成分，在定位系统中是有用的信息；若已知卫星精确位置，根据多普勒频移可进行地面定位。16C.电波传播延迟