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《ku波段衛(wèi)星通信雨衰分析及對(duì)抗措施》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、Ku波段衛(wèi)星通信雨衰分析及對(duì)抗措施龐宗山路平（軍械工程學(xué)院光學(xué)與電子工程系 石家莊 050003）摘要：雨衰是影響Ku波段衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳輸質(zhì)量及系統(tǒng)性能的主要因素之一。介紹了Ku波段衛(wèi)星通信中雨衰產(chǎn)生的機(jī)理及其對(duì)信道的影響，并提出了有效減少雨衰對(duì)Ku波段衛(wèi)星通信不利影響的措施。關(guān)鍵詞：Ku波段 衛(wèi)星通信 雨衰中圖法分類(lèi)號(hào)：TN927；文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 1 雨衰的機(jī)理及影響1.1雨衰的產(chǎn)生當(dāng)電波穿過(guò)降雨的區(qū)域時(shí)，雨不僅吸收電波能量，而且對(duì)電波產(chǎn)生散射。這種吸收和散射共同形成電波衰減，散射還能導(dǎo)致大范圍無(wú)線(xiàn)電干擾，并對(duì)電波存在去極化效應(yīng)，我們稱(chēng)這些衰減和干擾為雨衰。這種衰減呈
2、現(xiàn)非選擇性能和緩慢的時(shí)變特性，是導(dǎo)致信號(hào)劣化，影響系統(tǒng)可用性的主要因素，因此雨衰問(wèn)題也就成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中必須考慮的重要問(wèn)題。雨衰的大小與雨滴直徑與波長(zhǎng)的比值有著密切的關(guān)系，當(dāng)信號(hào)的波長(zhǎng)比雨滴大時(shí)，散射衰減起決定作用，當(dāng)電磁波的波長(zhǎng)比雨滴小時(shí)，吸收損耗起決定作用，無(wú)論是吸收或散射作用，其效果都使電波在傳播方向遭受衰減；當(dāng)電磁波的波長(zhǎng)和雨滴直徑越接近時(shí)衰減越大，一般情況下（比如中短波）電磁波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于雨滴直徑，故衰減很小，Ｃ波段信號(hào)受雨衰的影響也可以忽略。對(duì)于10GHz以上的電磁波，雨衰的影響就非常明顯了，在鏈路計(jì)算中必須考慮雨衰的影響。頻率越高雨衰的影響越大，大雨和暴
3、雨的對(duì)電磁波的衰減要比小雨大得多。圖１是國(guó)際無(wú)線(xiàn)電咨詢(xún)委員會(huì)（ＣＣＩＲ）（現(xiàn)為國(guó)際電聯(lián)（ＩＴＵ））提供的雨衰與頻率和降雨大小的關(guān)系圖，從圖中可以很清楚地看出Ｋｕ波段信號(hào)受雨衰的影響如圖1所示。降雨對(duì)電波的衰耗為實(shí)線(xiàn)，而云、霧引起的衰減為虛線(xiàn)。Ku波段頻率較高(12GHz－18GHz),波長(zhǎng)與雨滴的大小可比擬，受雨衰的影響比較嚴(yán)重。由圖1和圖2可看出，在Ku波段，中雨(雨量為4mm/h)以上的降雨引起的衰耗相當(dāng)嚴(yán)重，若電波穿過(guò)雨區(qū)路徑長(zhǎng)度為10km圖1：雨、云、霧引起的衰耗圖2：降雨衰減系數(shù)與降雨量、工作頻率的關(guān)系曲線(xiàn)時(shí)，對(duì)于Ku波段上行線(xiàn)路，衰耗為2dB左右，下行線(xiàn)路的
4、衰耗為1dB左右；在暴雨(雨量為100mm/h)情況下，每公里的損耗強(qiáng)度較大，但雨區(qū)高度一般小于2km，暴雨引起的衰耗將超過(guò)10dB以上。隨著降雨強(qiáng)度的加大，在Ku波段降雨衰減系數(shù)也急劇增加，其降雨衰減量與降雨強(qiáng)度幾乎成正比。而對(duì)于C波段(4GHz-6GHz)來(lái)說(shuō)，雨衰的影響就不是很明顯，中雨區(qū)上行線(xiàn)路的衰耗為1dB左右，下行衰耗僅為0.4dB左右，即使是暴雨區(qū)上行線(xiàn)路總衰耗值也僅為1dB左右。1.2降雨噪聲降雨引起的對(duì)電磁波吸收衰減也會(huì)對(duì)地球站產(chǎn)生熱噪聲影響，這種降雨噪聲折合到接收天線(xiàn)輸入端就等效為天線(xiàn)熱噪聲，對(duì)接收信號(hào)的載噪比有很大的影響，這種影響與衰減量的大小和天
5、線(xiàn)結(jié)構(gòu)有關(guān)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每衰減0.1dB，噪聲溫度增加約6.7K。一般情況下，天線(xiàn)的仰角越高降雨噪聲的影響越小，這是因?yàn)殡姶挪ù┻^(guò)降雨路徑較短，衰減量就小一些。降雨噪聲可以用下面的公式來(lái)計(jì)算：其中：R為雨衰值(dB)；W為饋源到LNB間的波導(dǎo)損耗(dB)；Train為雨的溫度(K)。由計(jì)算公式可以看出：在沒(méi)有雨衰時(shí)，噪聲溫度不增加；在沒(méi)有波導(dǎo)損耗時(shí)，噪聲溫度只和降雨衰減量有關(guān)。由于噪聲溫度的增加直接影響到接收系統(tǒng)的G/T值，也就是直接影響到接收信號(hào)的載噪比，對(duì)信號(hào)可用度的影響甚至比降雨衰減更明顯，在鏈路計(jì)算時(shí)必須考慮其影響。1.3去極化現(xiàn)象降雨不僅會(huì)使電波衰減，還會(huì)產(chǎn)生去
6、極化作用，所以降雨對(duì)電波的吸收和散射特性也與人射波的極化波面有關(guān)。由于空氣阻力使雨滴變成略微扁平的形狀，在雨滴的兩個(gè)軸向引起的衰減稱(chēng)為微分衰減，相位移稱(chēng)為微分相移。這種現(xiàn)象對(duì)單極化傳輸系統(tǒng)影響并不大，但對(duì)于正交極化復(fù)用的雙極化傳輸系統(tǒng)，會(huì)造成極化隔離度降低，導(dǎo)致正交極化的信號(hào)互相干擾加大。這種降雨引起的去極化現(xiàn)象，對(duì)線(xiàn)極化和圓極化都有影響。我們常使用交叉極化鑒別度來(lái)表示極化純度，一般情況下，當(dāng)天線(xiàn)仰角大于１５度時(shí)，交叉極化鑒別度在超過(guò)年平均時(shí)間的0.1%時(shí)可望達(dá)到27dB，0.01%時(shí)為20dB，0.001%時(shí)為15dB。如圖3所示。暴雨區(qū)Ku波段的微分衰減可達(dá)2dB左
7、右(雨區(qū)高度按2km計(jì)算)。對(duì)于正交極化復(fù)用的衛(wèi)星系統(tǒng)，降雨引起的去極化作用會(huì)使極化隔離度降低，產(chǎn)生極化誤差，導(dǎo)致干擾增加。圖3：由降雨引起的微分衰減與頻率的關(guān)系2降低雨衰影響的措施考慮Ku頻段抗雨衰策略時(shí)，首先應(yīng)準(zhǔn)確得到某一特定區(qū)域的降雨衰減。它要求進(jìn)行長(zhǎng)期的觀察測(cè)量，得到長(zhǎng)期連續(xù)的降雨實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(如連續(xù)多年的分鐘降雨率)，獲取該區(qū)域精確的降雨統(tǒng)計(jì)特性，并通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算該區(qū)域的降雨衰減，通過(guò)迭代，補(bǔ)充完善降雨統(tǒng)計(jì)特性，以獲取該區(qū)域在各種條件下降雨衰減的真實(shí)情況。在此基礎(chǔ)上可以采取如下抗雨衰策略：2.1鏈路的備余量。它是傳統(tǒng)通信鏈路設(shè)計(jì)
