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廣播電視衛(wèi)星傳輸連載二( 三 )

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(3)電離層對衛(wèi)星傳輸信號的影響
電離層中布滿了電子，相當(dāng)于一個等離子導(dǎo)體，當(dāng)電磁信號在其中傳播時會產(chǎn)生相互作用 。當(dāng)信號頻率在某個特定頻率之下時，會在電離層處被反射；當(dāng)信號頻率在這個特定頻率之上時，信號將穿過電離層，但同時會受到電離層的折射，從而改變傳播方向，信號頻率越高，傳播路徑因電離層折射而彎曲的程度越小 。衛(wèi)星通信的信號傳播方式屬于后者 。但電離層并不是一個均勻的等離子層，其密度隨每日不同時刻、高度、緯度、季節(jié)及太陽活動情況而改變，同時電離層還是一個色散媒體，并處于地球磁場中 。這些特性決定了電磁信號在電離層中傳播時必然會受到各種各樣的影響 。
對于衛(wèi)星通信波段的信號而言，電離層的影響主要表現(xiàn)為折射、散射、閃爍及法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng) 。雷達(dá)跟蹤目標(biāo)對電離層折射非常敏感，但假如電離層相對均勻，折射對于衛(wèi)星通信卻影響不大 。電離層色散效應(yīng)會引起信號延時，對寬帶通信還會產(chǎn)生差分延時，這對于寬帶的衛(wèi)星電視信號影響相對較大 。以上效應(yīng)正常情形下，對衛(wèi)星通信不產(chǎn)生明顯影響，但在劇烈太陽活動中，紫外線和x射線倍增，使電離層離子化程度加劇，不均勻性增強，地球磁場也因此有所改變，所以也需加以注重 。
衛(wèi)星通信信號穿過電離層時，信號極化同時會受到偏轉(zhuǎn)，即發(fā)生法拉第極化旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，對接收系統(tǒng)而言，這不僅減小了正極化接收信號的強度，同時增大了反極化干擾 。對于一個極化隔離度在35dB以上的接收系統(tǒng)，假如法拉第效應(yīng)將下行信號極化旋轉(zhuǎn)5度，則極化隔離度會降到約20dB 。法拉第極化旋轉(zhuǎn)量正比于磁場強度和電離層總離子數(shù)，反比于信號頻率的平方根，因此對低頻信號影響相對較大，對低仰角傳播的信號由于傳播路徑長，影響相對較大 。在劇烈太陽活動中，VHF波段信號的極化可被旋轉(zhuǎn)多周，而C波段(4GHz)信號的極化旋轉(zhuǎn)最多在幾度之內(nèi) 。
圖2—3—5示意了在劇烈太陽活動中電離層中總電子數(shù)在一天之內(nèi)的典型的變化情況及一個C波段衛(wèi)星電視下行信號的相應(yīng)的法拉第旋轉(zhuǎn)情況和接收反極化信號的情況 。
由于電離層不均勻，信號在電離層中傳播時，其強度會隨電離層密度的不規(guī)則變化產(chǎn)生快速波動，即形成所謂的電離層閃爍現(xiàn)象 。電離層閃爍會給通信信號疊加一個低頻分量的噪聲，越靠近兩極，電離層的不規(guī)則變化越強 。在兩極，電離層閃爍隨時出現(xiàn)，但夜間更強一些；.在靠近赤道區(qū)域，電離層閃爍一般在晚間出現(xiàn)在午夜時消失，很少數(shù)情況下才會持續(xù)到清晨 。當(dāng)太陽紫外線、X射線增多時，離子化加強，電離層增厚，則電離層閃爍現(xiàn)象加劇，有時造成信號嚴(yán)重衰減 。因此電離層閃爍強度也隨著太陽活動變化 。此外，由于太陽表面輻射不均勻，因此電離層閃
圖2—3—5電離層電子數(shù)及法拉第效應(yīng)24小時變化規(guī)律
爍強度一般又隨著太陽的旋轉(zhuǎn)，以27天為一個周期變化 。
電離層閃爍對信號的強度和相位均會產(chǎn)生影響 。事實上，信號強度的波動并不是由于電離層的不規(guī)則吸收引起的，而是由于信號不同成分的相位變化不同，從而使合成信號的強度產(chǎn)生波動引起的 。
同步衛(wèi)星通信主要考慮地磁赤道四周區(qū)域(地磁赤道南北20度范圍內(nèi))的閃爍，同步衛(wèi)星通信信號在地磁緯度15～20度區(qū)域內(nèi)穿過電離層時，電離層閃爍現(xiàn)象最強 。地磁赤道與地理赤道稍有差異，如圖2—3—6所示 。從1995年我國廣播電視衛(wèi)星傳輸?shù)臄?shù)據(jù)統(tǒng)計也可以看出，北方地區(qū)受電離層閃爍影響不明顯，但南方地區(qū)的廣播電視衛(wèi)星傳輸卻受到相對較明顯的影響 。

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