航天公开课卫星通信链路思维导图

信号的传送路径主要在星—地之间和星际之间

星—地之间的电波传播特性由自由空间传播特性和近地大气层的各种因素影响所确定

而星际链路中电波在星与星之间的传播，可认为是自由空间传播，不存在大气层的影响

星—地链路的传播特性，包括自由空间传播和大气层对电波传播的影响

这将带来一定的传播损耗，这些损耗产生的原因及主要影响的对象

卫星通信链路有上行和下行之分，主要的电波通道为卫通站到卫星以及卫星到卫通站（统称为空间段）

静止的地球同步卫星距离地面约为36000km，在这距离内的电波传播产生一定的衰减

其衰减量与距离的二次方成正比，与波长的二次方成反比

水蒸气、氧气对电波的吸收衰减起主要作用，水蒸气的第一吸收峰在22GHz

氧气在60GHz（35～80GHz）。对非常低的水蒸气密度，衰减可假定与水蒸气密度成正比

由于在22GHz和60GHz处有较大的损耗峰存在，这些频率不宜用于星—地链路

但可用于星际链路，总体上，大气吸收损耗随频率的增加而增大

在0.3～10GHz的频段，大气损耗小，适合于电波传播，这一频段是当前应用最多的频段

30GHz附近也有一个低损耗区，雨衰在雨天或有雾的气象条件

雨滴和雾对于较高频率（10GHz以上）的电波会产生散射和吸收作用

从而引入较大的附加损耗，称为雨衰，γ R 是降雨衰减系数

定义为由雨滴引起的单位长度上的衰减，单位为dB/km；L R （θ）是降雨地区的等效路径长度，单位为km

大气折射率随着高度的增加、大气密度的减小而减小

电波射线因折射率随高度变化而产生弯曲，波束上翘一个角度增量

大气折射率的变动对穿越大气的电波起到一个凹透镜的作用，使电波产生微小的散焦衰减，衰减量与频率无关

在仰角大于5°时，散焦衰减小于0.2dB,此外，因大气湍流引起的大气指数的变化

使电波向各个方向上散射，导致电波到达大口面天线时振幅和相位不均匀分布，引起散射衰落，这类损耗较小

多径电离层内存在电子密度的随机不均匀性而引起闪烁，可使信号产生折射

电离层中不均匀体的发生和发展，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

对闪烁深度大的地区，用编码、交织、重发等技术来克服衰落

减少电离层闪烁的影响；其他地区可采用适当增加储备余量的方法克服电离层闪烁的影响

电磁波还受地球磁场的影响。一个线极化波可以分解为两个幅值相等的左旋和右旋圆极化波

当它们通过各向异性介质的电离层时，由于传播速度不同，两个圆极化波的极化面会相对于入射波发生旋转

这就是法拉第旋转效应。当频率高于10GHz时，法拉第旋转效应较轻，可忽略

对于工作在较低频率的卫星系统，电波的极化方式宜采用圆极化

同时应根据不同情况，对极化面的变化进行补偿