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 衛(wèi)星通信的雨衰分析及應(yīng)對(duì)措施 （zt）
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發(fā)表于 2014-12-14 18:49:09  只看樓主 
雨衰就是烏云、雨雪和濃霧等對(duì)衛(wèi)星信號(hào)造成的衰減。雨衰的大小與雨滴直徑及波長(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，大雨和暴雨對(duì)電磁波的衰減要比小雨大得多。

降水對(duì)電磁信號(hào)還會(huì)產(chǎn)生去極化現(xiàn)象和噪聲干擾，這兩點(diǎn)也是影響衛(wèi)星信號(hào)的主要原因，下面我們就一起去了解一下。

去極化現(xiàn)象

降雨對(duì)電波的吸收和散射特性也與入射波的極化波面有關(guān)。大氣層中降落的雨滴，由于空氣的阻尼作用形成扁圓形，在雨滴的兩個(gè)軸向引起的衰減稱為微分衰減，相位移動(dòng)稱為微分相移。

對(duì)于極化方向與雨滴對(duì)稱軸平行的線極化波，由于穿過(guò)雨滴的電磁波入射電波的極化面取向不同，造成雨滴引起的對(duì)電磁波的衰減和相移的不同，使得電磁波在雨中傳播時(shí)存在著微分衰減和微分相移，不同的衰減和相移改變了波的極化狀態(tài)。

此時(shí)，扁圓形雨滴對(duì)水平極化波的衰減比對(duì)垂直極化波的衰減大，因此這種現(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)線極化和圓極化都有影響。我們常使用交叉極化鑒別率來(lái)表示極化純度，衡量極化干擾。降雨衰減量是在平均年度的統(tǒng)計(jì)時(shí)間中將要超過(guò)的預(yù)測(cè)衰減量，統(tǒng)計(jì)時(shí)間用百分?jǐn)?shù)表示，0.1％時(shí)間雨衰量是5ｄＢ，意味著平均每年有0.1％時(shí)間降雨衰減可能超5ｄＢ。

一般情況下，當(dāng)天線仰角大于15度時(shí)，交叉極化鑒別率在超過(guò)年平均時(shí)間的0.1％時(shí)可望達(dá)到27ｄＢ，0.01％時(shí)為20ｄＢ。

降雨噪聲

自然環(huán)境的噪聲對(duì)衛(wèi)星通信也會(huì)產(chǎn)生影響，同樣降雨引起的對(duì)電磁波吸收衰減會(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輸入端就等效為天線熱噪聲，由于天線熱噪聲是天空噪聲溫度的函數(shù)，故降雨在效果上增大了地球站的系統(tǒng)噪聲溫度。溫度對(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線結(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。如令T表示雨點(diǎn)溫度，γR表示降雨衰減，那么帶寬B內(nèi)的有效噪聲功率為：KTB。通過(guò)衰減因子為γR的雨區(qū)后，噪聲功率為KTB/γR,雨吸收的功率為KTB(1－1/γR),因此降雨衰減因子為γR引起的熱噪聲增量可以用下面的公式來(lái)計(jì)算：

由計(jì)算公式可以看出：如衰減R很大，則K近似雨點(diǎn)的溫度K。實(shí)際上雨溫通常取273K。降雨引起的噪聲溫度增量將直接附加到地球站噪聲溫度上，進(jìn)一步降低了下行的載噪比。

不過(guò)，由降雨引起的噪聲溫度的增大并不會(huì)影響衛(wèi)星的系統(tǒng)噪聲溫度，因?yàn)樗奶炀�總是對(duì)著290K的熱地球。K確定后，可以將它加到地球站的系統(tǒng)噪聲溫度上。

在沒(méi)有雨衰時(shí)，噪聲溫度不增加；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。

我們討論了雨衰的主要原因，那么衛(wèi)星通信該如何預(yù)防和減緩雨衰影響呢？讓我們下期再深入探討它的解決方法。也希望小伙伴們可以加入到我們的討論中，聊一聊大家在處理雨衰時(shí)的經(jīng)驗(yàn)，希望我們可以共同進(jìn)步！
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