雨衰对Ku卫星通信的影响及对抗研究.pdf

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1、雨衰对Ku卫星通信的影响及对抗研究Influenceofraina竹enuationonKusatellitecommunicationandstudiesonitscountermeasure文／曾培彬陈建伟(民航汕头空管站)引言民航Ku卫星网是中国民用航空卫星通信网络的重要组成部因此卫星到地球站的距离成为影响雨衰的第一因素。而在实际建分，其构成的两地一空的传输系统成为现在民航业务的骨架之一。设中，另一个与卫星到地球站的距离有关的就是地球站的天线仰Ku卫星传输网由于具有地球站半径小、波束窄、抗

2、地面微波干角。如图1所示，由于地球表面曲率可以忽略不计，而地球站离扰性强等特征在实际业务应急中占有无可替代的位置。然而，雨地面的距离相比其与卫星的距离也可忽略不计，因此，可以设位衰对Ku卫星传输的影响却是Ku卫星通信的一个不可忽视的问于较高纬度的A地球站与卫星的距离为，位于较低纬度的日地题。由于Ku波段的波长与一般雨滴的半径是可比拟的，因此Ku球站与卫星的距离为：，两者的天线仰角则分别为0、。其中卫星通信极其容易受天气影响。根据相关文献实测和估算，Ku01<，因此L<。由于电磁波传播的距离越大，

3、其在空中受到波段短时间降雨产生的衰减可达到20dB，尤其对于数字卫星系统，的吸收损耗就越大，可见的雨衰在同等条件下是要比的雨衰由于“峭壁效应”可使误码率急剧上升而中断信号。因此，研究大的。图2给出了4个不同雨区的天线仰角与雨衰的关系，可以雨衰影响以及对抗措施对保障Ku承载业务的畅通有一定的意义。看出当仰角小于45。时，增大角度会使得雨衰快速下降。一、关于雨衰雨衰是指电磁波在雨中传播由雨滴引起的、包括雨滴吸收和雨滴散射造成的电磁波能量衰减。雨滴由于具有介质衰耗而使得传输的电磁波被吸收衰减，而雨滴对

4、电磁波的反射再发射使得电磁波进行了二次散射。雨衰的大小与雨滴的直径和电磁h波的波长密切相关，当信号的波长小于雨滴直径时，散射损耗起到决定性作用；当信号的波长大于雨滴直径时，吸收损耗起决定性作用。当然，无论是散射损耗还是吸收损耗都使得原有方向的电磁波能量被减弱。Ku电磁波的波长约为2．5cm，而正常的雨滴直径为0．025～0．3cm，因此实际中，Ku信号的雨衰高纬度低纬度影响，主要来源于吸收损耗。图1天线仰角的比较二、Ku与雨衰2．天线的口径与雨衰1．天线的仰角与雨衰天线的功率增益为g叩由上述可知

5、，对于Ku信号吸收损耗在整体雨衰占大部分，]，其中。为14纵轴为每小时的降雨量)。可以看出即使在差别较小的Ku波段，抗措施》一文中指出分集改善的效果随着两站间距离的增大而随着降雨量的增加，信号的水平极化雨衰的增长速度是快干垂直增大，但超出一定距离后改善程度有所限制。极化的。因此我们可以对Ku通信采用垂直极化波以适应在大雨、以上也是传统的对抗方法，各有利弊。本文提出对Ku波暴雨极端天气下的业务传输，将雨衰的影响降到最低。段与C波段进行复合信道传输以解决问题。C波段卫星通信由而实际中，合适的天线安装

6、也可以减少雨衰。天线的安装于波长较长，远大于雨滴半径，雨衰对其影响较小，一般不会方法可以有正馈天线和偏馈天线。传统的Ku天线采用的是正馈超过0．5dB。在民航卫星网中，Ku卫星通信和C波段卫星通信安装。正馈天线是一种单反射面型天线，利用轴对称的旋转抛是独立分开的，这对保障业务提供了多路由，相对隔离的建网物面作为主反射面，将馈源置于抛物面的焦点上。发射时信号思想使得业务中断风险大大降低。但是由于各种原因，特别是从馈源向抛物面反射后沿抛物面的法向平面发射。接收时，电雨衰问题，使得Ku卫星通信难以真正

7、发挥其备用状态，反倒有磁波被汇聚到馈源，使得信号能量最大完成接收通信，如图6悖设计初衷。目前更多的信号传输只是通过单一的Ku卫星传输(虚线部分)所示。偏馈天线则是所设抛物面的一部分，这也使或者C波段传输难以克服传输本身的难题，复合信道传输可以得其切面与水平的夹角变大，从图6中可以看到偏馈天线的切较好整合两者之间的优点互补缺点与不足。在地球站与卫星中转面水平夹角明显大于正馈天线的夹角0。，根据雨滴在实际中站对接收、发射头进行改造，使其上行链路采用Ku传输，下行的不规则椭圆状，天线水平夹角越大雨衰就

8、越小。这使得偏馈链路采用C波段传输，构成复合信道通信，如图7所示。由于对天线的雨衰要比正馈天线的雨衰小得多。同时，小口径的偏馈于Ku卫星通信来说，下行链路受雨衰影响较大，因此在此链路天线的效率可达到75％，这已经高于同等的正馈天线。除此之上采用C波段传输能最大程度降低雨衰影响。另外，Ku卫星通外它还有旁瓣小、驻波比小、无遮挡等优势，这都为改善损耗，信在同等天线增益要求下可以采用比C波段更小口径的天线，节争取降低雨衰存储量提供了可能。省硬件成本。而频带的隔离也使得原有的双工器的设计变得简单，解决了