第三章 衛(wèi)星通信線

第三章衛(wèi)星通信線路根據(jù)衛(wèi)星通信的任務(wù)，1條衛(wèi)星通信線路包括無線電波到基帶信號(hào)在內(nèi)的整個(gè)線路，即由發(fā)送端地球站、上行線路、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器、下行線路和接收端地球站所組成的整個(gè)線路。其中，上行線路和下行線路就是無線電波傳播的路徑3.1星-地線路傳輸損耗衛(wèi)星通信線路的傳輸損耗：自由空間傳播損耗主要大氣吸收損耗饋線損耗天線指向誤差損耗法拉第旋轉(zhuǎn)3.1.1自由空間損耗電磁波在自由空間傳播時(shí)，在相距波束中心d(m)處，信號(hào)接收功率：為發(fā)射功率（W）為發(fā)射天線增益

自由空間傳播損耗3.1.2大氣吸收損耗電離層中自由電子和離子的吸收，對(duì)流層中氧分子和云霧雪等的吸收和散射1)晴朗天氣時(shí)的大氣損耗2)壞天氣時(shí)要留有一定的余量3.1.3饋線損耗接收天線和接收機(jī)之間的連接部分如連接波導(dǎo)、濾波器、耦合器存在著一定的損耗連接發(fā)射機(jī)高功放（HPA）輸出端和發(fā)射天線的濾波器、耦合器、波導(dǎo)中也存在3.1.4天線指向誤差損耗理想情況：地球站天線和衛(wèi)星天線都指向?qū)Χ说淖畲笤鲆娣较蜉S向偏離導(dǎo)致增益下降：故工作在4GHZ/6GHZ的10m站為例，接收天線的半功率點(diǎn)寬度若天線跟蹤精度則3.1.5法拉第旋轉(zhuǎn)

線極化波通過電離層時(shí)極化面會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度與頻率的平方成反比，旋轉(zhuǎn)與電離層的離子密度有關(guān)，與時(shí)間、季節(jié)和太陽激活情況有關(guān)使用圓極化波，不管天線方向如何改變，總能將信號(hào)電平保持常數(shù)3.1.6電離層閃爍

電磁波在通過電離層時(shí)，受到電離層結(jié)構(gòu)不均勻和隨機(jī)的時(shí)變性影響發(fā)生散射，使得能量在時(shí)空中重新分布，造成電磁波信號(hào)的幅度、相位、到達(dá)角、極化狀態(tài)等發(fā)生短期不規(guī)則的變化，稱為“電離層閃爍”現(xiàn)象3.1.7降雨衰減降雨衰減指的是電磁波在雨中傳播時(shí)由于雨滴吸收和散射信號(hào)的能量而產(chǎn)生的衰減。降雨區(qū)單位長(zhǎng)度的衰減（dB/km）電磁波經(jīng)過降雨區(qū)的有效路徑長(zhǎng)度，與雨層厚度、降雨范圍及地球站天線仰角等有關(guān)不同仰角時(shí)的降雨衰減與頻率關(guān)系插入圖3-43.1.8多徑衰落1）一般漫反射情況：陸地或非平滑海面形成的沒有遮蔽。接收信號(hào)是幅度恒定的直射信號(hào)與漫反射的多徑干擾信號(hào)（瑞利分布）的合成信號(hào)（萊斯分布）萊斯因子C/M（dB）（直射信號(hào)的載波功率與平均的多徑干擾功率之比）多徑衰落深度與萊斯因子關(guān)系關(guān)系插入表3-2或畫表2）鏡面反射情況3）有遮蔽情況3.2衛(wèi)星通信線路的噪聲和干擾宇宙噪聲大氣噪聲太陽噪聲降雨噪聲天電噪聲（輸入信號(hào)+噪聲）無損耗天線無損耗饋線理想接收機(jī)輸出）天線罩噪聲人為噪聲饋線損耗噪聲接收機(jī)噪聲干擾噪聲信號(hào)+噪聲地面噪聲天線損耗噪聲1）天線噪聲天線固有的電阻性損耗宇宙噪聲圖太陽噪聲大氣噪聲和降雨噪聲地面噪聲：地球熱輻射及經(jīng)地面反射的其他輻射2）交調(diào)噪聲多個(gè)載波通過非線性器件時(shí)會(huì)發(fā)生交調(diào)現(xiàn)象

衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器幾乎都采用行波管功率防盜器作為發(fā)射部件，其輸入、輸出特性非線性，并且在多個(gè)載波工作時(shí)，若多個(gè)載波的總輸入功率等于某單載波的輸入功率，其輸出總功率會(huì)小于單載波的輸出功率，它的相位特性也是非線性的。當(dāng)輸入多個(gè)載波信號(hào)時(shí)，這種非線性就會(huì)使它們相互調(diào)制產(chǎn)生新的頻率成分，落入信號(hào)頻帶內(nèi)形成干擾，稱之為交調(diào)噪聲。3)其他干擾

系統(tǒng)間干擾共道干擾正交極化干擾碼間干擾3.3衛(wèi)星通信線路中的載噪比1）上行線路載噪比與衛(wèi)星品質(zhì)因數(shù)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器接收機(jī)輸入端的載噪比

一般性表示，便于不同帶寬的系統(tǒng)比較為了說明上行線路C/T值與轉(zhuǎn)發(fā)器輸入信號(hào)功率的關(guān)系，引入轉(zhuǎn)發(fā)器靈敏度的概念：當(dāng)使衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器達(dá)到最大飽和輸出時(shí)，轉(zhuǎn)發(fā)器輸入端所需要的信號(hào)功率，通常用功率密度表示（即單位面積上的有效全向輻射功率）上面講的是轉(zhuǎn)發(fā)器只放大一個(gè)載波，多載波情況時(shí)輸出補(bǔ)償：行波管放大單個(gè)載波時(shí)的飽和輸出電平與放大多個(gè)載波時(shí)工作點(diǎn)的總輸出電平之差輸入補(bǔ)償：放大單個(gè)載波時(shí)達(dá)到飽和輸出的輸入電平與放大多個(gè)載波時(shí)工作點(diǎn)的總輸出電平之差單100將上兩式結(jié)合得2)下行線路載噪比與地球站品質(zhì)因數(shù)通過類比得到下行鏈路的C/T值

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)地球站多載波時(shí),為了減小交調(diào)噪聲，輸出功率也要補(bǔ)償。此時(shí)行波管有效全向輻射功率

對(duì)于全波束：

對(duì)于點(diǎn)波束：3)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器載波功率和交調(diào)噪聲功率比[C/T]I[C/T]U[C/T]D[C/T]T100[C/T](dBW/K)-1504）衛(wèi)星通信線路總載噪比[C/T]I[C/T]U[C/T]D[C/T]T100[C/T](dBW/K)-1505）門限備余量和降雨備余量門限備余量降雨備余量m為降雨時(shí)下行線路容許惡化的倍數(shù)或者說多大余量門限備余量與降雨備余量的關(guān)系r折算到地球站接收輸入端的上行噪聲、互調(diào)噪聲和其他干擾噪聲功率之和與下行噪聲功率之比，即噪聲溫度比3.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)線路設(shè)計(jì)與計(jì)算1）設(shè)計(jì)步驟一個(gè)單衛(wèi)星通信系統(tǒng)線路的設(shè)計(jì)可按以下幾個(gè)步驟來完成，返回的線路設(shè)計(jì)也遵循相同的步驟確定系統(tǒng)必須運(yùn)行的頻段確定衛(wèi)星通信的參數(shù)，估計(jì)所未知的值確定傳輸和接收地球站的參數(shù)從傳輸?shù)厍蛘鹃_始，建立一個(gè)上行線路的預(yù)算，和一個(gè)應(yīng)答器噪聲功率預(yù)算來找出應(yīng)答器的