4、无线电波传播与极化特性解析

无线电波传播与极化特性解析

1. 无线电波传播概述

信号在地球站和卫星之间传输时，必须穿过地球大气层，包括电离层，这会引入一些传播损伤。常见的传播损伤及其物理原因和主要影响频率范围如下表所示：
| 传播损伤 | 物理原因 | 主要重要性 |
| — | — | — |
| 衰减和天空噪声增加 | 大气气体、云层、降雨 | 频率高于约 10 GHz |
| 信号去极化 | 降雨、冰晶 | C 和 Ku 波段的双极化系统（取决于系统配置） |
| 折射、大气多径 | 大气气体 | 低仰角时的通信和跟踪 |
| 信号闪烁 | 对流层和电离层折射率波动 | 频率高于 10 GHz 且低仰角时的对流层；频率低于 10 GHz 时的电离层 |
| 反射多径、阻塞 | 地球表面、表面物体 | 移动卫星服务 |
| 传播延迟、变化 | 对流层、电离层 | 精确计时和定位系统；时分多址（TDMA）系统 |
| 系统间干扰 | 波导、散射、衍射 | 目前主要是 C 波段；高频时雨散射可能显著 |

1.1 大气损耗

大气损耗主要包括大气吸收和大气衰减。大气吸收是由于大气气体对能量的吸收导致的，其损耗随频率变化。从图中可以看到，在 22.3 GHz 和 60 GHz 处存在吸收峰值，分别由水蒸气（H₂O）和氧气（O₂）的共振吸收引起。在远离这些峰值的频率处，吸收较低。对于垂直入射（地球站天线仰角为 90°），吸收损耗记为 [AA]₉₀ 分贝，当仰角降至 10°时，吸收损耗的近似公式为：
[ [AA] = [AA]_{90} \csc \theta ]
其中，(\theta) 是仰角。此外，还