航天公开课卫星通信电波思维导图

按照ITU定义的电信基本术语，无线线路（或称为无线链路）是指由无线电发信机和无线电收信机提供的传输信道

卫星通信链路是无线链路中的一种，其基本组成包含卫通站发射机到卫星转发器接收端的上行链路

卫星转发器发射端到另一卫通站接收机的下行链路

有时也包含一个卫星的发射端到另一个卫星的接收端之间的星间链路

由于从卫通站发射的微波功率，经自由空间传播到卫星接收天线的过程

和从卫星转发器变频、放大后，经自由空间传播到接收卫通站的过程，信号功率会大辐衰减

再加上卫星和卫通站的接收系统存在的内外部噪声和其他干扰

或者是C/T和E b /N o 之一,其中C为卫通站接收系统输入端的载波功率

N为噪声功率，T为系统等效噪声温度，E b 为每比特能量，N o 为单位频带内的噪声功率

对于数字系统来说，这个指标决定系统输出端信号的比特差错率

电波在卫星通信的上行或下行线路中传输时，主要应考虑自由空间传播损耗

应考虑大气损耗、天线跟踪误差和极化方向误差所引起的损耗等

由于电波主要是在大气层以外的自由空间（接近真空状态）传播的，大气层只占整个传输路径的很小一部分

研究传输损耗时，首先研究自由空间的传播损耗，并以此为基础

把电波在大气层中引起的损耗及其他各种损耗考虑进去

人们通常说卫星信道是恒参信道，电波传播是很稳定的，这正是由于电波主要是在大气层外的自由空间传播

并且在目前所使用的频段内，大气层传输损耗比自由空间传播损耗要小得多

理想通信系统只考虑了自由空间的传播损耗，实际上还有许多其他的因素会造成信号能量在传输过程中的损耗

电波在大气中传输时，要受到电离层中自由电子和离子的吸收

受到对流层中氧分子、水蒸气分子和云、雾、雪等的吸收和散射，从而形成损耗

这种损耗与电波的频率、波束和仰角，以及气候的好坏有密切关系

电离层的自由电子或离子对信号的吸收，在信号的大气损耗中起主要作用

频率越低这种损耗越严重，0.01GHz时损耗达100dB

而工作频率高于0.3GHz时，其影响小到可以忽略

卫星通信中工作频率几乎都高于0.3GHz，故卫星通信系统设计时可不考虑这部分损耗

在15～35GHz频段，水蒸气分子的吸收在大气损耗中占主要地位，并在22.2GHz处发生谐振吸收而出现一个损耗峰

在15GHz以下和35～80GHz频段则主要是氧分子的吸收，并在60GHz附近发生谐振吸收而出现一个较大的损耗峰

使天线波束仰角较大时，电波通过大气层的途径就较短，损耗也就较小

频率低于10GHz，仰角为5°以上时，它们的影响基本上可忽略

在0.3～10GHz频段，大气损耗最小，比较适合于电波穿过大气层的传播

并且大体上把电波看作是自由空间传播，故称此频段为“无线电窗口”，目前在卫星通信中应用最多

在30GHz附近有一个损耗谷，损耗相对也较小，通常把此频段称为“半透明无线电窗口”

在晴天条件下，它比0.3～10GHz时的损耗要大1～2dB或稍大一点

大雨、大雪天气时则要严重得多。目前应用最广泛的是4/6GHz（下行频率/上行频率）频段

其大气损耗虽然比较小，但卫星通信线路设计时，仍有必要做出估计

电波穿过对流层的雨、雾、云、雪时，有一部分能量被吸收或散射，因而产生损耗

损耗的大小与工作频率、穿过的路径长短以及雨、雪的大小和云、雾的浓度等因素有关

线路设计时，通常以晴天为基础进行计算，然后留有一定的余量

以保证降雨、下雪等情况仍能满足通信质量的要求。这个余量叫作降雨余量或降雨备余量

由于星体的漂移、大气折射引起波束指向的起伏以及卫通站天线跟踪系统的跟踪精度等原因

天线的指向常常偏离理论方向，而卫通站天线波束一般较窄

因而真正卫星方向上的天线增益并不是天线增益的最大值，这相当于使信号受到了损耗

天线方向跟踪误差（L tr ）定义