卫星通信可用频段研究

电波在卫星通信地球站与通信卫星之间传播时，与短波传输不一样，短波是将电波通过电离层的反射来达到通信目的的；而卫星通信是要穿过对流层、平流层、电离层等大气层将卫星作为中继来完成通信的，此时，电波会受到电离层中的自由电子和离子的吸收，同时还会受到对流层中氧气、水汽、雨、雾、雪等的吸收，产生一定的衰减。根据在晴朗天气下，实际测试和分析，这种衰减的大小与工作频率、天线仰角、天气条件有着密切关系，由图2-20可知，在0.1GHz以下时频率越低衰减越大。高于0.3GHz以后，相对影响就很小了。水蒸气在22GHz附近发生谐振吸收形成一个吸收衰减峰值。氧分子在60GHz附近产生有一个谐振吸收，形成一个较大的衰减峰值。从图2-20还可看到：频率低于10GHz，仰角大于5°时大气吸收影响基本上可以忽略，在0.3～10GHz频段，大气吸收衰减最小，另外，在30GHz附近也有个衰减的低谷。由图2-20显示可知，目前工作在1～10GHz内的卫星通信衰减最小工作处于最理想状态；而工作在10～30GHz内的卫星通信虽然衰减不是最小但也是能较好地工作的。

从外界噪声影响来看，从图2-21可知，当工作频率选在0.1GHz以下时，宇宙银河系噪声会骤然增加。银河系噪声的大小与卫星天线的指向密切相关，当在银河系中心的指向上时宇宙银河系噪声为最大值，即称之为热空。而在其他指向上时宇宙银河系噪声则较低，即称之为冷空。图2-22中的中直线A和B分别表示指向热空和冷空时的宇宙银河系噪声与频率的关系。冷空时的宇宙银河系噪声虽然较低但也足以影响卫星通信，因此低于0.1GHz以下的频率是无法工作的。一般卫星通信频段都选择在1GHz以上。

图2-20 大气中自由电子、离子、氧和水蒸气分子对电波的吸收衰减

图2-21 宇宙和大气与频率的关系图

在卫星通信的传输中还应考虑到大气中雨、雾、云、雪的影响，图2-22中显示了雨、雾、云对于电波的吸收衰减，其中直线虚线为雾对频率的影响，中直线实线为雨对频率的影响。由图2-22可知，当工作频率大于30GHz时，即便小雨也不能忽视，特别是通信的双方同时下雨影响更大，为了使卫星通信能够在各种天气条件正常运营，在链路计算时，虽然先以晴天为基础计算，然后给雨衰留以一定的余量，对于一般地区（即暴雨不常见地区），C频段留以的余量为2～3dB，Ku频段留以的余量为5～7dB，而Ka频段留以的余量则更大。

降雨引起雨衰的同时还带来了噪声。图2-23中显示了雨、雾、云对天线噪声温度的影响。另外，由于降雨的影响还会造成去极化效应，当发射时两个相互正交的分量在传输中产生了交叉极化干扰。(www.xing528.com)

图2-22 雨、雾、云引起的传输损耗

A—0.25mm/h（细雨） B—1mm/h（小雨） C—4mm/h（中雨） D—16mm/h（大雨） E—100mm/h（暴雨）雾 F—含水量0.032g/m³（可见度约600m）雾 G—含水量0.032g/m³（可见度约120m）浓雾 H—含水量2.3g/m³（可见度约30m）

图2-23 雨、雾、云对噪声温度的影响

综上所述，整个卫星通信工作频段中，1～10GHz频段，被称为卫星通信频率的“窗口”。

窗口中的频段是最为理想的频段。而10～30GHz的频段也是可用频段。