雨衰對衛星信號的影響
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【摘要】衛星通信是現代通信技術的一項重要手段，影響衛星通信系統傳輸質量及系統性能的因素很多，雨衰是其中之一。本文將探討雨衰對衛星信號傳輸的影響，由此提出可以解決該問題的有效對策，預防雨衰對衛星信號的干擾，推動我國的衛星事業發展。
【關鍵詞】雨衰;衛星信號;影響
衛星傳輸是無線信號傳輸的一種，其具備傳播范圍大、效果好、質量高以及建設快，很少受到地理環境限制、一次性投入后維護成本較低等優勢，目前在我國發展非?？臁５谛l星的輸送傳播和接收信息工作中，受到開放式的影響，很容易被各種外界自然因素影響，導致信號傳輸的效果與質量下降。為了保障傳輸應用效果，相關工作人員開展對多種影響衛星傳輸因素的研究，及時找到有效的解決措施，具有非常重要的意義。
本站衛星通信系統采用C波段轉發器，通過組網與調試運行分析，對C波段信號特點進行研究，深化認識雨衰影響，今兒提出了一套有效的雨衰預防對策。
一、雨衰的產生
雨衰指的是電波穿過降雨區后受到雨滴的吸收與輻射，產生衰減的情況。雨粒具有介質損耗引起吸收衰減，電波被雨粒反射而再發射導致雨粒散射衰減。
雨衰大小與雨滴直徑和電磁波波長有直接的關系，比如C波段的電波波長大約為7.5cm，而雨滴半徑約在0.025cm-0.3cm，二者差較大，可見，降雨對C波段影響較小，一般小于2DB。
目前衛星業務最常用的頻段是C（4-8GHz）頻段、Ku（12-18GHz）頻段和Ka（27-40GHz）頻段。亞太地區的固定衛星業務多使用5850-6425/3625-4200MHz頻段，帶寬為575MHz，簡稱為6/4GHz頻段。C頻段使用比較早，頻率低，增益也低，天線口徑較大（通常1.8米以上）。雖然相對其它頻段遭受地面微波等干擾的幾率大些，但其雨衰遠小于Ku頻段和Ka頻段，更適于對通信質量有嚴格要求的電視、廣播等業務。
二、雨衰對衛星通信的影響
在降雨的時候，由于降雨云層類型的不同，厚度、移向、水汽凝成物的幾何尺寸、水汽含量、形狀、水態水滴、冰晶或其混合體、電波的波長、電波穿越雨區的長度都對電波的衰減產生了不同程度的影響。
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通常情況下，不超過16mm/h的雨量不會對C波段衛星信號產生較大的影響，在雨區位置不到10公里高度的情況下，以仰角40度地面站的C波段衛星信號產生的衰耗在0.3dB左右，而有100mm/h降雨量的暴雨出現時，如果雨區高低在2公里以內，且地面站仰角是40度，那么C波段衛星下信號衰耗也與上述相同。這表示可以忽略雨衰產生的影響，而在遭遇大暴雨且雨區高度在2公里以上的過程中，雨衰就會嚴重影響C波段衛星的信號，這時的衰耗通常會超過6dB。雨衰幅度與降雨強度的正比關系也得到理論研究證實，當穿越長度為10km時，無線信號穿越中雨以上的降雨區域時衰耗達2dB。而降雨區域為暴雨時，雨衰達10dB。
而雨衰對信號的損耗量，還取決于烏云的厚度、信號所穿越的障礙物以及雨量的大小。一般來說，接近東方或西方低接收仰角的衛星比南方的雨衰損耗量大得多，究其原因與接收仰角離近地面越近，信號通過云層需要的時間越長有直接的關系，并且這時雨水接觸信號的角度達到最大值，比較容易被雨水阻擋而導致衰減的結果。
此外，電波頻率與雨衰也有密切關系，在lGHz到15GHz的頻帶內，雨衰量增加，那么降雨量就增強，如果電波頻率超過10GHz，那么這時的雨衰則會非常明顯。對Ku波段的衛星接收影響最大。有研究資料顯示，4GHz時因為降雨導致輸入系統噪聲溫度增大，可達到100K，而當工作頻率在10GHz時將會產生更大的噪聲。
降雨除會對衛星信號產生衰減外，還會使得信號出現去極化現象，若無線信號為單極化傳輸系統，影響并不明顯，但是對于采用正交極化復用的雙極化傳輸系統，去極化現象會大大增強正交極化信號間的相互干擾。相關試驗表明，Ku波段無線信號穿越暴雨區（雨區高度為2km）時所出現的微分衰減可達2dB，正交極化系統受其影響會出現極化隔離度降低等情況，進而使得信號間出現極化誤差，干擾增加。
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通常情況下，工作人員會在高山等較為偏僻的地理位置選擇模擬微波電路路由，同時因受到如經濟條件的限制，又會有一些超站距離的站點，這將導致更突出的雨衰問題。
三、雨衰對衛星信號傳輸影響的應對對策
目前，解決雨衰對衛星信號傳輸影響問題的方法有：第一，加大天線的尺寸或者信號的功率，減少雨衰。第二，增加在地面的衛星終端站，為衛星信號的傳遞提供多個站點，增加衛星信號傳播的有效路徑。第三，控制功率分配，增加衛星對降雨地區傳輸的功率。第四，信號畸變的校正技術。
通過理論計算和反復測試，本站總結出了一些解決雨衰現象的措施，主要有以下幾方面：
?。ㄒ唬┰龃笮l星天線尺寸，使其采集信號的面積加大，留有余量來彌補雨衰的影響，以保證信號接收的最低門限
目前，C波段衛星數字通信系統應用的天線波束對應的半功率角度比較窄，這就對跟蹤的精度以及天線的精度有了更高的要求，而本站天線應用9米卡塞格倫天線對應的發射功率55dB，接收49.8dB，比25米天線提高了1.8dB。在C波段接收設計中，降雨余量和門限儲備之和取值6dB，這與當地氣候有關有關，相關因素包括雨季的長短情況和雨量的大小等等，此外還根據接收系統的具體要求來決定。
（二）加大衛星發射功率，加大平均信號場強
將天線的仰角與方位角、LNB的極化角都應精調到最佳位置，可用尋星儀、場強儀等器材來顯示天線的調試精度。本站通信設備采用美國CPI公司在主站采用3000W高功放，能夠將降雨儲備的余量大幅度提高，另外還能減少C波段饋線的損耗量，同時縮短上行天線間波導饋線與高功放設備之間的距離，很好地將其控制為1m內，還要把上變頻器高功放與天線的放置靠緊，達到更多節省高功放輸出功率的目的。 ?。ㄈ┎捎眯阅芨呖煽康男l星轉發器
在機房中，其播出信號源通常為C波段信號。本站衛星通信系統采用中星6A衛星6A轉發器C波段，主要特點是覆蓋功率高。針對C波段網絡，高下行功率有助于提高雨衰儲備。而數字載波在相同空間段寬帶中則能提高傳輸數碼率，確保地球站天線的口徑更小。
（四）增加上行功率控制，有效控制增益調節
目前，人們通過上行天線對衛星信標強度變化進行接收，從而更好地控制上行功率器中頻單元增益或衰減量，達到改變中頻輸入電平、改變高功率輸出功效的調節，這是非常重要的手段。通常情況下工作人員會選擇增加上行功率的控制，提高調整接收機與功率控制器斜率的準確型，也就是做好精確測量與準確調整接收機斜率數值和功率控制器單元設定斜率數值的一致性，才能確保上行功率控制的正確性。
在新技術條件下，緩解雨衰主要依賴于衛星傳輸路徑。首先，上行站的雨衰補償。通過線性增大上行站的EIRP，在降雨發生的時候，上行信號在飽和通量的密度上可以實現相對的穩定。在特殊的天氣狀況下，使得衛星轉發器中的信號不易受降雨因素的制約。其次，補償衛星轉發器。研究表明，一部分可以在衛星轉發器的作用下得到實現，另一部分則是在上行站的基礎上實施的。因此，如果雨衰能夠超過上行站本身的補償能力，那么，衛星轉發器就會發生積極的效用，對輸出的內容進行擴大，從而實現對雨衰的補償效應。此外，這種補償方式有利于上行鏈路確定雨衰補償范圍，進而提高衛星的使用度。
四、總結
本文介紹了雨衰的產生，由于雨衰對衛星信號傳輸的影響，間接影響我們的生活。所以，絕不能忽略雨衰對衛星信號傳輸的影響。通過本站衛星通信系統多年的運行，諸多研究證實了上述的措施有助于消除雨衰因素給衛星信號帶來的影響，將雨衰增益進行調節，控制為20dB左右，就能有效提高衛星系統的穩定和可靠。但與此同時還要考慮到衛星系統本身的相關因素，以及可能出現大暴雨的情況，信號極有可能不能穿透障礙物導致中斷，此類的情況與問題還有待進一步研究總結。
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