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1、卫星通信大气吸收损耗的计算方法宋拥军费雄骏’海军装备论证研究中“系统所海司信部通信处澳气北京、北京卫星通信线路中,尽管由空间、,摘要在大气吸收损耗相对于自损耗两衰来说比较小但在茱些预段必须考虑其。本文依据有关报告,,影响讨论了一种易于计算机实现的计葬大气吸收损耗的方法较之图衣法更为准、。确方便和快捷类健词大气吸收卫星通信损耗,根据实测的结果仍认。,·概述咖软分子吸收”、,图中给出了在晴朗共辐娜曹杖巴犷︵、冰燕气分子吸收侧电波在卫星通信的上行或下行线路中传输时、天气,电波通过大气层,、、率存在多种衰减因素如自由空间传播损耗电离层闪钾时所
2、产生的吸收损耗、、‘、、、。入多烁降雨大气吸收天线跟踪误差和极化误差等,、日竺,的情况其中虚线为电净熟、其中自由空间传播损耗最大但其只与传输距离和,、黯,。、子离子吸收损耗实、电波频率有关计算相对简单降雨对信号吸收散乃名公力几,吞、,线为氧分子与水蒸气撅串‘户射和辐射作用随着电波频率的提高而加剧引起的。吸收损耗的合成曲线,困电波通过大气层时所产生损耗也随之增加因此在卫星线路设计时这两种损,由图可以看到。的吸收损耗晴期天气耗是必须考虑的虽然其它几种衰减因素引起的损,,在以下电离耗相对来说较小但是在某些要求精度比较高的系层中的自由电子或离
3、子的吸收在大气损耗中占主要,,统中这些因素的影响也不容忽视应予以足够重,地位频率越低这种损耗越严重而工作频率高于。。视本文将主要讨论大气吸收所带来的损耗问题名,。时其影响小到可以忽略,地球站发射的上行无线电波首先经过大气层,在一频段水蒸气分子的吸收在大气才进入自由空间而卫星发出的下行无线电波经过,损耗中起主要作用并在壬处发生谐振吸收,,。自由空间后也要经过大气层才能到达接收站电。而出现一个损耗峰在以下和一,波在大气中传输时要受到电离层中自由电子和离,频段则主要是氧分子的吸收并在附近发生,、、子的吸收受到对流层中氧分子水蒸气分子和云。谐
4、振吸收而出现一个较大的损耗峰、、,。雨雪等的吸收和散射从而形成损耗,雾这种损一,,在频段大气损耗最小称此频段、、耗与电波的频率地球站天线波束的仰角以及气候“”,。为无线电窗口目前在卫星通信中应用最多在。好坏有密切关系,,附近有一个损耗谷损耗相对地也较小通“”。大气吸收损耗的计算常把此频段称为半透明无线电窗口计算大气吸收损耗的方法大气吸收损耗下面介绍的方法、大气吸收引起的损耗主要与电波的频率地面适用于电波频率最大、站天线波束的仰角地面站的海拔高度及水蒸气密“·名不超过时的。,袱度绝对湿度有关当电波频率低于时该,一,情况但不包括一《损耗可
5、以忽略不计当电波频率高于时随。、产行,,这是因为在争着频率的提高该损耗将显著增加进行线路计算时该频段氧分子的吸收图地球站到卫星的。应考虑在内,比较严重引起的损传播路径示意图,,,耗很大如当地面站天线仰角’时损耗约年月日收稿,仰角’时损耗可达所以这一段频率一般不第卷第期无线电通信技术,。,一用于通信本文也不对其进行讨论干燥空气每提高℃和修正。,,一。图所示为地球站到卫星的传播路径示意图水蒸气每提高℃和修正本方法所需参数如下可,见单位干米大气吸收损耗随温度升高而降。,。电波频率低还需注意内不能超过给定温度下的饱和值地面站天线波束仰角绝竖互
6、计算干燥空气的等效高度和水蒸气。地面站的平均海拔高度如果不知道的等效高度词,,,确切高度可取得到较为保守的结果当时内水蒸气密度耐,也称绝对湿度,通常是,,计算时当日寸指一个月或一年的平均值中值如果凡的,。周期小于一个月则会引起一定的误差水蒸气密二叨一言二,丁了丁二万一,‘,,又一匕度的变化非常大但可近似看作是遵从正态规律其,当日寸。标准方差约为均值的四分之一水蒸气密度与水蒸立二七、执二词气压力相对湿度的关系如式所示一—一—、了理了、矛刁人几夕声、户、‘,,内二丢,一,式中在晴天时取值为雨天时取值至乌为气‘二一溉上面三个表温度增加℃时的
7、修正〕,此单位公式是在空气式中为水蒸气压力在数值上与靛廷温度为巧℃百帕相同为绝对温度为相添一对湿度为摄氏温度℃乌为温度时的饱和的条件下得到,一、、、的对于其它水蒸气压力三个系数分别取值,,。、,。温度应进行适当修正具体如表所示适用于一℃一℃的温度范围其中在被“”,,,称为无线电窗口的一频段由温度这样在一定的水蒸气密度条件下按照如下三、。。引起的等效高度坑的修正量与其它频段不同步即可求得相应的大气损耗中值。兰计算通过大气层时总的斜路径损耗人步骤计算电波在干燥空气中传播时的每千步翌渔一,场、几凡米损耗值及电波在水蒸气中传播时的每千米损’时
8、,人二。耗值、一十气、’,丛当时时人二二生,十一立丝一、、,户式中的是将分别代入下式求一得的了凡②当比时·一二一,,,·‘’‘其中一办玩一一【这里的凡为考虑大气折射时的等效,地球半径一一之与地球实际半径有如下关系·,,③
