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影响卫星信号传输的主要因素分析
亚洲卫视 | 杨伟斌 | 2013-06-04 09:33
卫星通信越来越深入到社会的角角落落。不仅民用的卫星电视节目、现代教育广泛利用卫星通讯技术,而且大量 的应用于GPS、测绘、气象、军事等专业领域。对于影响卫星信号传输的现象也成为越来越关注的焦点。然而卫星 通信质量受到气候、天气、天体等因素的影响,了解以上诸因素的影响,可以对信号进行适当补偿,对卫星系统 的设计和使用有非常重要的意义。

 卫星通信使用微波波段的高频电磁波,将数据打包由地面发射站(地球站)送上卫星.再通过卫星下发到覆盖内的 地面接收站,卫星通信数据需要穿透大气层到达卫星或地面。不同频段用不同代号表示即波段,目前国际上主要 使用的Ku波段(工作频率范围为12.24—18GHz)和多媒体广播的卫星通信的经典波段c波段(工作频路范围为4— 8GHz)工作。卫星通信的特点是:频率高、功率大,通信距离远,建站成本与通信距离无关;以广播方式工作,便 于是想多址联接,通信容量大,能传送的业务类型多;方便架设和接收,地面环境适应性强。以下就影响卫星信 号传输的主要因素加以分析,并针对具体因素进行适当补偿和应对。

 1.卫星蚀

 卫星蚀或卫星食,是指人造卫星被其围绕著的天体挡住,得不到阳光照射的现象。卫星食主要影响依靠太阳能发 电的人造卫星。低轨道、短周期的人造卫星在运行期间经常会出现卫星食,但为时通常不多于l小时,卫星上的蓄 电池一般能够应付。但同步轨道卫星这一类轨道高、长周期的卫星,一旦出现卫星食,可维持数小时,有可能需 要关闭卫星上部分设备减少耗电。而卫星食时会造成的急速降温,也是设计卫星时必须考虑在内的。

 卫星进入地球的阴影区,我们称此现象为卫星蚀,它出现在每年春分(3月21日)和秋分(9月23日)前后,每次连续 出现45天,共9H0天。而且春分和秋分这两天,卫的时间最长,为72分钟。

 在星蚀期,星上太阳能电池不能提供电源,只能启用备用电池供电。

 2.日凌现象

 每年春分和秋分前后,在卫星地球站所在地,卫星将处在太阳与地球之间的直线上。这时卫星地球站天线在对准 卫星的同时也对准太阳,使太阳产生的强大的电磁波直接投射在地球站天线上。由于太阳产生的电磁波频谱很宽 ,因此,对地球站来说,该电磁波是一个巨大的噪声源,对其所接受的卫星信号造成干扰从而使接收链路严重恶 化甚至中断,这种现象即称为日凌现象。

 日凌与地球站电气特性关系:

 ①日凌与接收频率的关系:接收频率越高,天线3dB波束宽度越窄.则日凌持续时问越短。

 ②日凌与天线u径的关系:天线口径越大,天线3dB波束宽度越窄.则日凌持续时间越短。

 对一个地球站来讲.其日凌干扰最强时间从太阳进入其天线3dB波束宽度开始,以离开其3dB波束宽度结束。因此 ,地球站的日凌持续时间与其接收频率和天线U径大小有关。

 对地球站来说,收东经度越高的卫星,每天日凌开始和结束的时间越早.可利用日凌发生先后顺序对节目信号进 行选择切换。

 3.Ku波段卫星广播中雨衰现象

 雨衰的机理及影响:当电波穿过降雨的区域时,雨滴会对电波产生吸收和散射,故而造成衰减。在l~50GHz的频 带内,雨衰值是雨滴半径与电波波长比值的增函数。Ku波段内电波的波长比c波段内电波的波长短,所以Ku波段的 雨衰大于c波段的雨衰。在Ku波段内,短时间(数分钟内)大降雨的衰减可高达20dB,显然如此大的衰减量将使广播 线路暂时中断。考虑到雨衰现象,在Ku波段中整个系统的G,T值就要留有较大的余量。

 根据雨衰曲线可以对卫星Ku波段转发器天线的波束图进行优化设计,也可以对卫星接收系统进行合理的设计以减 少降雨产生的影响。

 鑫诺一号卫星Ku波段天线波束的设计工作考虑到了雨衰的影响,它的波束中心大致位于福州,EIRP为53dBW;在浙 江、福建、江西、广东、广西、海南等省的EIRP为52dBW;在北京的EIRP为46dBW。北京雨衰为6dB,福州为15dB, 两者相差9dB;而卫星的等效全向辐射功率在两地相差7dB,两种差别可大致相互抵消掉。与亚洲二号相比,鑫诺 一号卫星Ku波段天线波束的设计是比较成功的。

 4.雪衰现象

 一般情况下,除非是暴雪,馈源上面的积雪不太厚,降雪对Ku及其以下频段的卫星信号不会产生明显的衰减,但 是在雨夹雪、化雪过程中,对于c波段及Ku波段的卫星传输影响非常显著,造成天线馈源及主反射面凹凸不平的积 雪对电磁波产生不同的散射和吸收,严重破坏卫星天线口面场分布均匀性,大大降低了天线的增益,同时也增大 了天线的噪声温度,上行链路的EIRP值或接受系统的G,T值均会因此而大大减小,因此无论是上行站和下行站, 均须对此采取积极的预防和克服措施。

 5.同步卫星的运动方式

 由于受太阳、月球、地球引力的影响,同步卫星会在一个与地球赤道平台夹角不断变化的倾斜轨道上运行。假设 卫星轨道的东西位置保持不变,则从地球赤道表面观察卫星的日漂移轨迹,同步卫星在其轨道定点上以24小时为 一周期呈8字形轨道不停地运动着,这会影响卫星信号传输的稳定。通过对卫星实现姿态控制,使卫星保持在赤道 平面内,有利于卫星信号传输的稳定。

 小结

 卫星信号传输是一个复杂的系统,影响卫星信号传输的因素很多,我们只有对这些影响因素有了深刻的理解,不 断完善系统,针对具体因素制定有效的措施,克服、预防一切影响卫星信号传输的情况发生,才能让卫星信号传 输得到更好的应用,不断推进卫星传输事业的不断发展。

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