【正文】 極化和右旋圓極化兩種情況 ， 在它們之間也存在著極化隔離 。 采用頻率復用可以充分地利用寶貴的頻譜資源 ， 因此衛(wèi)星廣播和衛(wèi)星通信均采用了此種方式 。 廣播衛(wèi)星的電參數(shù) 極化方式 (2) ? 圖 1A衛(wèi)星 C波段轉(zhuǎn)發(fā)器的頻率配置情況 ， 從中可以準確無誤地看到頻率復用的情況 。 圖中的字母 V代表垂直極化 ， H代表水平極化 ， 數(shù)字代表轉(zhuǎn)發(fā)器的中心頻率 ，每個轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬為 36MHz， 兩個相鄰的轉(zhuǎn)發(fā)器頻率相差 40MHz， 也就是說兩個頻帶之間存在 4MHz的間隔 。 廣播衛(wèi)星的電參數(shù) 極化方式 (3) 3660 3760 3820 3860 3900 3940 3980 4020 4060 4100 4140 4180 3660 H 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 8A 9A 10A 11A 12A V 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B 8B 9B 10B 11B 12B 3740 3800 3840 3880 3920 3960 4000 4040 4080 4120 4160 印度洋加強波束 遙測信號 圖 亞太 1A衛(wèi)星 C波段轉(zhuǎn)發(fā)器的頻道設置 大氣層對電波傳播產(chǎn)生的影響 ? 在衛(wèi)星廣播系統(tǒng)中 ， 地球站發(fā)射的上行信號要穿過大氣層才能到達廣播衛(wèi)星處 ， 同樣衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的下行信號也必須穿過大氣層才能到達地面 ， 因此在電波傳播的過程中必須考慮大氣層的影響 ， 并要對這種影響進行分析 。 一輪滿月懸掛在大氣層外 大氣層對電波傳播產(chǎn)生的影響 大氣層結(jié)構(gòu) (1) ? 圍繞地球的氣體圈稱為大氣層 ， 大氣層根據(jù)物理特性大致分為對流層 、 同溫層 （ 平流層 ） 和電離層三部分 。 ? 對流層是大氣層中最低的一層 。 從地面開始 ， 一直到達 15km左右的高度 ， 對流層內(nèi)氣體運動是十分活躍的 ， 故而得名 。 ? 同溫層位于地面上方 15km— 50km的區(qū)域之內(nèi) ， 由于該層內(nèi)部的溫度變化不大 ， 故而得名 。 ? 電離層分布在地面上方 55km以上的區(qū)域之內(nèi) ， 其上限距地面的高度可達 10000km以上 。 大氣層對電波傳播產(chǎn)生的影響 大氣層結(jié)構(gòu) (2) ? 根據(jù)離子密度或自由電子密度的分布 ， 可以將電離層進一步劃分為 D層 、 E層 、 F1層 、 F2層和磁層幾部分 。 D層的高度約為 55— 90km， 在 75— 85km的范圍之內(nèi) ， 電子濃度取極大值 。 D層是由太陽光中的 X射線輻射而形成的 ， 白天存在 ， 夜間消失 ， D層對中波產(chǎn)生全反射 。 E層的高度約為 85— 120km，在高度為 l00km左右的地方 ， 電子濃度取極大值 ，E層也是中波的反射層 。 Fl層的高度約為 190—230km， F2層的高度約為 250— 400km， 這兩層全是短波的反射層 。 電離層對衛(wèi)星廣播使用的厘米波波段的影響主要是使 電波的極化方向發(fā)生變化 ， 即所謂的法拉第旋轉(zhuǎn)效應 。 大氣層對電波傳播產(chǎn)生的影響 大氣不均勻性的影響 (1) ? 大氣的不均勻性主要是指對流層內(nèi)氣體的密度不均勻 ， 同時也可以包含氣體的運動 。 一般來說 ， 氣體的密度在地面附近比較大 ， 隨著高度的增高 ， 氣體的密度逐漸減小 ， 但由于受到不同氣象條件的影響 ，故氣體密度分布規(guī)律是十分復雜的 。 ? 氣體密度的不均勻性導致氣體的折射率也不均勻 ，從而使電波在傳播過程之中會發(fā)生折射現(xiàn)象 ， 從而導致電波的 衰落 和 多徑傳輸 。 所謂的衰落是指電場隨著時間作無規(guī)律的變化 ， 而 多徑傳輸則會使數(shù)字信號在傳輸過程中產(chǎn)生誤碼 。 我們平常所說的星星眨眼睛的現(xiàn)象就是一種體現(xiàn)在光波波段內(nèi)的快速衰落現(xiàn)象 。 大氣層對電波傳播產(chǎn)生的影響 大氣不均勻性的影響 (2) ? 衛(wèi)星廣播的電波傳輸路徑是斜路徑 ， 通常天線的仰角要大于 10176。 ， 因此多徑傳輸?shù)默F(xiàn)象在衛(wèi)星廣播中基本上是不存在的 。 氣體不均勻性對衛(wèi)星廣播的影響主要體現(xiàn)在信號的快速衰落上 。 環(huán)境溫度 、 空氣的濕度 、 氣壓等參數(shù)的不均勻及隨時間的變化 ， 使得氣體的折射率發(fā)生比較小數(shù)量級的變化 ， 這種變化進一步使電波發(fā)生快速衰落 。 在厘米波波段 ， 電波衰落的幅度通常在 ， 衰落變化時間的數(shù)量級為數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘 ， 快速衰落的特點是信號瞬時值發(fā)生快速的變化 ， 而平均值則比較穩(wěn)定 。 長期測量的結(jié)果表明 ， 衰落幅度超過 2dB的時間百分比不超過 1％ 。 對電波的衰落現(xiàn)象進行測量和理論分析 都是十分復雜的工作 。 大氣層對電波傳播產(chǎn)生的影響 水汽微粒產(chǎn)生的衰減 ? 對流層內(nèi)的水汽微粒包括云 、 雨 、 雪 、 冰雹 、 冰晶等 ， 它們又被稱為是 水汽凝結(jié)體 。 ? 當電波穿過對流層中的水汽微粒時 ， 就會產(chǎn)生衰減 。 ? 水汽微粒對電波產(chǎn)生衰減的物理機制是 ， 每個微粒在入射電波的作用之下被激發(fā)成為電偶極子 、 磁偶極子和四極子 ， 電偶極子和磁偶極子都是最基本的天線模型 ， 在此過程中水汽微粒從入射電波中吸收的一部分能量轉(zhuǎn)化成為熱量 ， 而另一部分能量則被輻射出去 ， 形成微粒對電波的散射 。 吸收和散射的能量與水汽微粒的形狀 、 線度 、 折射率 、 吸收系數(shù) 、微粒的分布以及電波的波長 、 環(huán)境溫度 、 氣壓等因素有關 。 大氣層對電波傳播產(chǎn)生的影響 對流層的去極化效應 ? 去極化效應是指線極化波穿過各向異性介質(zhì)時 ， 極化方向發(fā)生改變的物理現(xiàn)象 。 ? 對流層中的去極化效應是由于降雨或冰晶引起的 。雨滴本身的形狀很不規(guī)則 ， 同時雨滴的下降路線也很復雜 ， 因此降雨區(qū)域內(nèi)的介質(zhì)應該按照各向異性介質(zhì)來處理 。 由于降雨產(chǎn)生的散射對不同極化方向 、不同入射方向的電波是不一樣的 ， 因此當電波穿過降雨區(qū)域后 ， 就會產(chǎn)生所謂的 交叉極化分量 ， 從而使線極化電波的極化方向發(fā)生了改變；而對于圓極化波來說由于對流層去極化效應的存在 ， 當電波穿過降雨區(qū)域之后圓極化波就變成了橢圓極化波 。 對于衛(wèi)星廣播來說 ， 對流層的去極化現(xiàn)象會引起交叉極化干擾 ， 從而在一定程度上影響了頻率復用 。 大氣層對電波傳播產(chǎn)生的影響 水蒸汽和氧氣的吸收作用 ? 在對流層中 ， 水蒸汽和氧氣對厘米波波段的電波有著明顯的吸收作用 ， 這可以用分子諧振的理論來解釋 。 理論分析表明 ， 水蒸汽的分子是電偶極子 ， 當頻率為22GHz(波長為 )時出現(xiàn)諧振；而氧氣分子可以看作是磁偶極子 ， 它分別在 60GHz( 波長為 ) 和120GHz(波長為 )時諧振 。 ? 根據(jù)國際電聯(lián) 676— 1建議書 (ITU— R — 1)中給出的方法 ， 當溫度為 15℃ ， 氣壓為 1013mPa， 水蒸汽的密度為 ／ m3時 ， 可得到水蒸汽和氧氣的吸收系數(shù)曲線 。 從中可以清楚地看出 ， 在厘米波和毫米波波段內(nèi)存在著幾個適合于衛(wèi)星廣播和衛(wèi)星通信使用的頻帶 ， 通常稱為 “ 窗 ” ， 它們分別是： 15GHz以下 、 30— 40GHz、70— 100GHz， 在這些 “ 窗 ” 的范圍之內(nèi)躲開了氧氣和水蒸汽的吸收現(xiàn)象 ， 因此電波的損耗比較小 。 大氣層對電波傳播產(chǎn)生的影響 電離層的影響 (1) ? 由于太陽光中的紫外線和其它字宙射線的輻射 ， 使得海拔高度在 55— 1000km范圍之內(nèi)的大氣電離 ，形成自由電子 、 離子和中性粒子組成的等離子體 ，因此可以將電離層當作是不均勻的導電介質(zhì) 。 描述等離子體的主要參數(shù)就是其內(nèi)的電子濃度或離子濃度 。 上述這些帶電粒子還要受到地球磁場的影響 ，因此電離層的問題也是很復雜的 。 ? 電離層對長波 、 中波和短波來說是一個反射層 ， 頻率在 30MHz以內(nèi)的電波是很難穿過電離層的 ， 而在衛(wèi)星廣播工作的厘米波波段內(nèi) ， 電波穿過電離層是沒有困難的 ， 而電離層對電波的主要影響是使線極化波極化方向發(fā)生變化的法拉第旋轉(zhuǎn)效應 ， 另外的影響就是產(chǎn)生電離層閃爍現(xiàn)象 。 大氣層對電波傳播產(chǎn)生的影響 電離層的影響 (2) ? 電離層閃爍現(xiàn)象就是一種電波的快速衰落現(xiàn)象 ， 具體表現(xiàn)為：電波穿過電離層之后 ， 電場的幅度 、 相位和極化狀態(tài)都會發(fā)生較短周期的不規(guī)則變化 。 電離層閃爍與緯度 、 季節(jié) 、 時間 、 太陽的活動等因素有關 ， 通常是根據(jù)實際觀測數(shù)據(jù)來研究電離層的閃爍問題 。 在厘米波波段內(nèi)分析的結(jié)果表明 ， 電離層閃爍的周期約在 2一 15秒的范圍之內(nèi) ， 而閃爍的幅度大概與頻率的平方成反比 。 ? 在進行衛(wèi)星廣播的工程計算時 ， 一般可以不考慮電離層閃爍對電波傳播的影響 。 極化旋轉(zhuǎn)效應 ? 電磁波穿過各向異性介質(zhì)時極化方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象是首先由法拉第在研究光波時發(fā)現(xiàn)的 ， 故而稱為法拉第旋轉(zhuǎn)效應 。 ? 根據(jù)理論分析 ， 法拉第旋轉(zhuǎn)效應與頻率的平方成反比 ， 而與帶電粒子的濃度和傳播方向上地球磁場分量成正比 。 ? 對于衛(wèi)星廣播來說 ， 在 C波段應該考慮法拉第旋轉(zhuǎn)效應帶來的影響 ， 而在 Ku波段內(nèi)和 Ka波段內(nèi) ， 則完全可以忽略拉第旋轉(zhuǎn)效應 。 雨致衰減 (1) ? 由于降雨對電波產(chǎn)生的衰減 ， 稱為雨致衰減 ， 簡稱為雨衰 。 對于數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)來說 ， 必須對雨衰的影響程度進行分析 。 當電波穿過降雨的區(qū)域時 ， 雨滴會對電波產(chǎn)生吸收和散射 ， 故而造成衰減 。 雨衰的大小與雨滴半徑與波長的比值有著密切的關系 ， 而雨滴的半徑則與降雨率有關 。 實測結(jié)果表明雨滴的半徑約在 ， 在 Ku波段內(nèi) ， 電波的波長在 ，因此在 Ku波段雨衰的影響是比較大的；而在 C波段 ， 因波長在 ， 波長遠大于雨滴的半徑 ， 故降雨產(chǎn)生的衰減是比較小的 ， 通常不超過 。 雨衰對電波產(chǎn)生的影響主要是吸收衰減 ， 大部分表現(xiàn)為熱損耗 。 理論分析表明 ， 雨致衰減的大小與雨滴的物理模型 、 電波的極化方向 、 工作波長 、 接收地點的位置及海拔高度等諸多因素有關 ， 其中特別是雨滴的模型在世界各國乃至國內(nèi)各地是不大相同的 ， 故雨衰數(shù)值的估算是一項十分復雜的工作 。 雨致衰減 (2) ? Ku波段內(nèi)雨衰現(xiàn)象對數(shù)字衛(wèi)星電視廣播產(chǎn)生的影響是十分顯著的 。 降雨產(chǎn)生的衰減隨著降雨率的增大而增大 ，根據(jù)實測和估算 ， 對于 Ku波段 ， 短時間內(nèi) (數(shù)分鐘 )降雨的衰減可高達 20dB， 顯然如此大的衰減量將使廣播線路暫時中斷；因此在 Ku波段廣播衛(wèi)星設計工作中 ， 應該考慮到雨衰的影響 ， 對轉(zhuǎn)發(fā)器天線的波束圖進行優(yōu)化設計 ， 同時采用較大口徑的接收天線可在一定程度上解決雨衰的問題 。 另外 ， 對于數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)來說 ， 有時僅僅增加幾個 dB的降雨衰減就會產(chǎn)生很大的誤碼率 ，從而使衛(wèi)星線路中斷 ， 此種現(xiàn)象被稱為 “ 峭壁效應 ” ，這是數(shù)字信號傳輸過程中所特有的現(xiàn)象 。 ? 為了保證數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)達到 ％ 的使用率 (與％ 的中斷率等價 )， 即一年之內(nèi)所有的中斷時間加在一起不能超過 1小時 。 因此 ， 考慮到雨衰現(xiàn)象以后 ， 在Ku波段中整個系統(tǒng)的 G／ T值就要留有較大的裕量 。 第 3章總結(jié) 1. 上行站 2. 同步衛(wèi)星 3. 日凌與衛(wèi)星蝕 4. 衛(wèi)星廣播使用的頻率范圍 5. 廣播衛(wèi)星 6. 廣播衛(wèi)星的電參數(shù) 7. 大氣層對電波傳播產(chǎn)生的影響 8. 極化旋轉(zhuǎn)效應 9. 雨致衰減 第 3章思考題 (1) ?為什么上行站內(nèi)采用雙機備份的工作方式 ? 。 。 。 ?為什么廣播電視應采用靜止衛(wèi)星 ? ?其產(chǎn)生的主要原因是什么 ? ?其計算公式如何 ? ? ? ,同步衛(wèi)星有哪幾種 ?廣播衛(wèi)星與通信衛(wèi)星的主要區(qū)別是什么 ? 第 3章思考題 (2) ?每個子系統(tǒng)的作用如何 ? ? 。 ? 。 ?并簡述其主要組成部分 。 大氣層對電波傳播產(chǎn)生的影響主要有哪些 ? ? ?什么是雨致衰減 ?什么是 “ 峭壁效應 ” ? 第三章 作業(yè) ? 1 1 18 ? 注意 :做在紙介的作業(yè)本上 , 按時上交 ， 并要長期保存好