第三章 卫星通信线

第三章卫星通信线路根据卫星通信的任务，1条卫星通信线路包括无线电波到基带信号在内的整个线路，即由发送端地球站、上行线路、卫星转发器、下行线路和接收端地球站所组成的整个线路。其中，上行线路和下行线路就是无线电波传播的路径3.1星-地线路传输损耗卫星通信线路的传输损耗：自由空间传播损耗主要大气吸收损耗馈线损耗天线指向误差损耗法拉第旋转3.1.1自由空间损耗电磁波在自由空间传播时，在相距波束中心d(m)处，信号接收功率：为发射功率（W）为发射天线增益

自由空间传播损耗3.1.2大气吸收损耗电离层中自由电子和离子的吸收，对流层中氧分子和云雾雪等的吸收和散射1)晴朗天气时的大气损耗2)坏天气时要留有一定的余量3.1.3馈线损耗接收天线和接收机之间的连接部分如连接波导、滤波器、耦合器存在着一定的损耗连接发射机高功放（HPA）输出端和发射天线的滤波器、耦合器、波导中也存在3.1.4天线指向误差损耗理想情况：地球站天线和卫星天线都指向对端的最大增益方向轴向偏离导致增益下降：故工作在4GHZ/6GHZ的10m站为例，接收天线的半功率点宽度若天线跟踪精度则3.1.5法拉第旋转

线极化波通过电离层时极化面会发生旋转，旋转角度与频率的平方成反比，旋转与电离层的离子密度有关，与时间、季节和太阳激活情况有关使用圆极化波，不管天线方向如何改变，总能将信号电平保持常数3.1.6电离层闪烁

电磁波在通过电离层时，受到电离层结构不均匀和随机的时变性影响发生散射，使得能量在时空中重新分布，造成电磁波信号的幅度、相位、到达角、极化状态等发生短期不规则的变化，称为“电离层闪烁”现象3.1.7降雨衰减降雨衰减指的是电磁波在雨中传播时由于雨滴吸收和散射信号的能量而产生的衰减。降雨区单位长度的衰减（dB/km）电磁波经过降雨区的有效路径长度，与雨层厚度、降雨范围及地球站天线仰角等有关不同仰角时的降雨衰减与频率关系插入图3-43.1.8多径衰落1）一般漫反射情况：陆地或非平滑海面形成的没有遮蔽。接收信号是幅度恒定的直射信号与漫反射的多径干扰信号（瑞利分布）的合成信号（莱斯分布）莱斯因子C/M（dB）（直射信号的载波功率与平均的多径干扰功率之比）多径衰落深度与莱斯因子关系关系插入表3-2或画表2）镜面反射情况3）有遮蔽情况3.2卫星通信线路的噪声和干扰宇宙噪声大气噪声太阳噪声降雨噪声天电噪声（输入信号+噪声）无损耗天线无损耗馈线理想接收机输出）天线罩噪声人为噪声馈线损耗噪声接收机噪声干扰噪声信号+噪声地面噪声天线损耗噪声1）天线噪声天线固有的电阻性损耗宇宙噪声图太阳噪声大气噪声和降雨噪声地面噪声：地球热辐射及经地面反射的其他辐射2）交调噪声多个载波通过非线性器件时会发生交调现象

卫星转发器几乎都采用行波管功率防盗器作为发射部件，其输入、输出特性非线性，并且在多个载波工作时，若多个载波的总输入功率等于某单载波的输入功率，其输出总功率会小于单载波的输出功率，它的相位特性也是非线性的。当输入多个载波信号时，这种非线性就会使它们相互调制产生新的频率成分，落入信号频带内形成干扰，称之为交调噪声。3)其他干扰

系统间干扰共道干扰正交极化干扰码间干扰3.3卫星通信线路中的载噪比1）上行线路载噪比与卫星品质因数卫星转发器接收机输入端的载噪比

一般性表示，便于不同带宽的系统比较为了说明上行线路C/T值与转发器输入信号功率的关系，引入转发器灵敏度的概念：当使卫星转发器达到最大饱和输出时，转发器输入端所需要的信号功率，通常用功率密度表示（即单位面积上的有效全向辐射功率）上面讲的是转发器只放大一个载波，多载波情况时输出补偿：行波管放大单个载波时的饱和输出电平与放大多个载波时工作点的总输出电平之差输入补偿：放大单个载波时达到饱和输出的输入电平与放大多个载波时工作点的总输出电平之差单100将上两式结合得2)下行线路载噪比与地球站品质因数通过类比得到下行链路的C/T值

对标准地球站多载波时,为了减小交调噪声，输出功率也要补偿。此时行波管有效全向辐射功率

对于全波束：

对于点波束：3)卫星转发器载波功率和交调噪声功率比[C/T]I[C/T]U[C/T]D[C/T]T100[C/T](dBW/K)-1504）卫星通信线路总载噪比[C/T]I[C/T]U[C/T]D[C/T]T100[C/T](dBW/K)-1505）门限备余量和降雨备余量门限备余量降雨备余量m为降雨时下行线路容许恶化的倍数或者说多大余量门限备余量与降雨备余量的关系r折算到地球站接收输入端的上行噪声、互调噪声和其他干扰噪声功率之和与下行噪声功率之比，即噪声温度比3.4卫星通信系统线路设计与计算1）设计步骤一个单卫星通信系统线路的设计可按以下几个步骤来完成，返回的线路设计也遵循相同的步骤确定系统必须运行的频段确定卫星通信的参数，估计所未知的值确定传输和接收地球站的参数从传输地球站开始，建立一个上行线路的预算，和一个应答器噪声功率预算来找出应答器的