太陽活動(dòng)對(duì)衛(wèi)星通信的影響<2>

太陽活動(dòng)對(duì)衛(wèi)星通信的影響<2>
  3 太陽活動(dòng)對(duì)信號(hào)傳播的影響
    衛(wèi)星信號(hào)在傳播過程中穿越對(duì)流層、大氣層、電離層，不同傳播環(huán)境會(huì)對(duì)信號(hào)
產(chǎn)生不同影響。
3.1 電離層對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的影響
    電離層中充滿了電子，相當(dāng)于一個(gè)等離子導(dǎo)體，當(dāng)電磁信號(hào)在其中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)
生相互作用。當(dāng)信號(hào)頻率在某個(gè)特定頻率之下時(shí)，會(huì)在電離層處被反射；當(dāng)信號(hào)頻
率在這個(gè)特定頻率之上時(shí)，信號(hào)將穿過電離層，同時(shí)會(huì)受到電離層折射，從而改變
傳播方向，信號(hào)頻率越高，傳播路徑因電離層折射而彎曲程度越小。衛(wèi)星通信信號(hào)
傳播方式屬于后者。但電離層并不是一個(gè)均勻的等離子層，其密度隨每日不同時(shí)刻
、高度、緯度、季節(jié)及太陽活動(dòng)情況而改變，同時(shí)電離層還是一個(gè)色散媒體，并處
于地球磁場(chǎng)中。這些特性決定了電磁信號(hào)在電離層中傳播時(shí)必然會(huì)受到各種各樣的
影響。
    對(duì)于衛(wèi)星通信頻段的信號(hào)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(duì)電離層折射非常敏感，但如果電離層相對(duì)均勻，
折射對(duì)于衛(wèi)星通信卻影響不大。電離層色散效應(yīng)會(huì)引起信號(hào)延時(shí)，對(duì)寬帶通信還會(huì)
產(chǎn)生差分延時(shí)，這對(duì)于寬帶的衛(wèi)星電視信號(hào)影響相對(duì)較大。以上效應(yīng)正常情形下，
對(duì)衛(wèi)星通信不產(chǎn)生明顯影響，但在劇烈太陽活動(dòng)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(qiáng)，地球磁場(chǎng)也因此有所改變，所以也需加以注意。
    衛(wèi)星通信信號(hào)穿過電離層時(shí)，信號(hào)極化同時(shí)會(huì)受到偏轉(zhuǎn)，即發(fā)生法拉第極化旋
轉(zhuǎn)效應(yīng)，對(duì)接收系統(tǒng)而言，這不僅減小了正極化接收信號(hào)的強(qiáng)度，同時(shí)增大了反極
化干擾。對(duì)于一個(gè)極化隔離度在35dB以上的接收系統(tǒng)，如果法拉第效應(yīng)將下行信號(hào)
極化旋轉(zhuǎn)5度，則極化隔離度會(huì)降到約20dB。法拉第極化旋轉(zhuǎn)量正比于磁場(chǎng)強(qiáng)度和
電離層總離子數(shù)，反比于信號(hào)頻率的平方根，因此對(duì)低頻信號(hào)影響相對(duì)較大，對(duì)低
仰角傳播的信號(hào)，由于傳播路徑長(zhǎng)，影響相對(duì)較大。在劇烈太陽活動(dòng)中，VHF頻段
信號(hào)的極化可被旋轉(zhuǎn)多周，而C波段（4GHz）信號(hào)的極化旋轉(zhuǎn)最多在幾度之內(nèi)。
    由于電離層不均勻，信號(hào)在電離層中傳播時(shí)，其強(qiáng)度會(huì)隨電離層密度的不規(guī)則
變化產(chǎn)生快速波動(dòng)，即形成所謂的電離層閃爍現(xiàn)象。電離層閃爍會(huì)給通信信號(hào)疊加
一個(gè)低頻分量的噪聲，越靠近兩極，電離層的不規(guī)則變化越強(qiáng)。在兩極，電離層閃
爍隨時(shí)出現(xiàn)，但夜間更強(qiáng)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(shí)消失，很少數(shù)情況下才會(huì)持續(xù)到清晨。當(dāng)太陽紫外線、X射線增多時(shí)，離子
化加強(qiáng)，電離層增厚，則電離層閃爍現(xiàn)象加劇，有時(shí)造成信號(hào)嚴(yán)重衰減，因此，電
離層閃爍強(qiáng)度也隨著太陽活動(dòng)變化。此外，由于太陽表面輻射不均勻，因此，電離
層閃爍強(qiáng)度一般又隨著太陽的旋轉(zhuǎn)，以27天為一個(gè)周期變化。
    電離層閃爍對(duì)信號(hào)的強(qiáng)度和相位均會(huì)產(chǎn)生影響。事實(shí)上，信號(hào)強(qiáng)度的波動(dòng)并不
是由于電離層的不規(guī)則吸收引起的，而是由于信號(hào)不同成分的相位變化不同，從而
使合成信號(hào)的強(qiáng)度產(chǎn)生波動(dòng)引起的。
    同步衛(wèi)星通信主要考慮地磁赤道附近區(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(hào)在地磁緯度15～20度區(qū)域內(nèi)穿過電離層時(shí)，電離層閃爍現(xiàn)象最
強(qiáng)。地磁赤道與地理赤道稍有差異。
    通信頻率越低，電離層閃爍現(xiàn)象越嚴(yán)重，軍用VHF頻段影響最重，L波段次之，
只有最強(qiáng)的閃爍（發(fā)生在劇烈太陽活動(dòng)中）才會(huì)對(duì)C波段及其以上頻段造成影響。
3.2 對(duì)流層對(duì)衛(wèi)星信號(hào)傳播的影響
    對(duì)流層對(duì)衛(wèi)星通信鏈路的影響主要表現(xiàn)為吸收衰減，屬太空天氣對(duì)衛(wèi)星通信的
影響范疇，太陽活動(dòng)對(duì)其無直接影響。對(duì)流層中的水蒸氣對(duì)2GHz以上的信號(hào)損傷較
大，且隨頻率增加而影響加劇。Ku波段（10～20GHz）除了對(duì)水蒸氣吸收敏感外，
對(duì)對(duì)流層中的塵埃也較為敏感。頻率在20GHz以上的信號(hào)除了以上因素外，還會(huì)出
現(xiàn)諧振吸收，如某些頻率的信號(hào)會(huì)同空氣中的氧分子產(chǎn)生諧振，其能量會(huì)因此被吸
收。
4 太陽活動(dòng)對(duì)地面站的影響
    地面站的作用是向衛(wèi)星發(fā)射式接收來自衛(wèi)星的電磁波信號(hào)，太陽活動(dòng)對(duì)衛(wèi)星上
行站沒有影響，但對(duì)衛(wèi)星接收站卻影響顯著，即日凌干擾。
    當(dāng)通信衛(wèi)星運(yùn)行到地球和太陽之間時(shí)，地面站在接收衛(wèi)星下行信號(hào)的同時(shí)，也
會(huì)接收到大量太陽噪聲，從而使接收信噪比大大下降，嚴(yán)重時(shí)甚至使信號(hào)完全被太
陽噪聲淹沒，此即為日凌現(xiàn)象。對(duì)同步衛(wèi)星，日凌出現(xiàn)在每年春分和秋分時(shí)期的連
續(xù)數(shù)天內(nèi)。
    根據(jù)太陽直射點(diǎn)在地球南、北回歸線之間的移動(dòng)規(guī)律，日凌在每年發(fā)生的時(shí)間
因地面站的緯度不同而異。春分期間，地面站越靠北發(fā)生日凌的時(shí)間越早；秋分期
間，地面站越靠南發(fā)生日凌的時(shí)間越早。根據(jù)地球的自轉(zhuǎn)方向，日凌現(xiàn)象每天出現(xiàn)
的具體時(shí)間由地面站和衛(wèi)星的相對(duì)位置而定，衛(wèi)星如果在地面站的西邊，該地面站
的日凌在下午發(fā)生；衛(wèi)星如果在地面站的東邊，則該地面站的日凌出現(xiàn)在上午。日
凌每天持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)短由地面站接收天線的波束寬度決定，天線波束寬度越寬，日
凌每次持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)。太陽噪聲是一個(gè)寬帶噪聲，輻射強(qiáng)度隨頻率升高而增大，因
此，日凌對(duì)接收信噪比的影響程度取決于太陽噪聲的大小、工作頻率及信號(hào)頻帶寬
度。太陽活動(dòng)高峰期日凌干擾最嚴(yán)重；工作頻帶越寬收到的噪聲越多，日凌干擾也
相對(duì)嚴(yán)重；工作頻率越高，收到的相應(yīng)頻段上的噪聲強(qiáng)度也越大，例如，Ku波段的
衛(wèi)星通信系統(tǒng)在日凌持續(xù)期間比C波段受干擾程度嚴(yán)重。
    表1為近三次CCTV1、CCTV7及CCTV4幾套模擬電視在北京地區(qū)實(shí)際日凌情況的比
較。
  5 結(jié)束語
    通常情況下，太陽活動(dòng)對(duì)短波及較低頻段（L頻段以下）的衛(wèi)星通信影響較為
明顯，對(duì)低軌衛(wèi)星的影響比高軌衛(wèi)星大，對(duì)于同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)，來自太陽的最主
要的影響是日凌干擾。但是，在太陽活動(dòng)峰年，劇烈的太陽活動(dòng)對(duì)衛(wèi)星通信的影響
增大，通信系統(tǒng)和通信業(yè)務(wù)遭受損失的可能性也大大增加。在此期間，同步衛(wèi)星本
身可能會(huì)因高速度、高密度的太陽風(fēng)出現(xiàn)各種故障，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致衛(wèi)星丟失；日
凌中斷影響加��；電離層磁暴使電離層閃爍加劇，從而可能導(dǎo)致VHF-L波段的衛(wèi)星
通信信號(hào)出現(xiàn)短時(shí)中斷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響到C波段衛(wèi)星通信信號(hào)；寬帶通信系統(tǒng)比窄
帶通信系統(tǒng)受太陽噪聲影響嚴(yán)重；法拉第電磁旋轉(zhuǎn)效應(yīng)在此期間甚至可能會(huì)對(duì)C波
段及以上頻段衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生影響。
    由此可見，衛(wèi)星通信與太陽活動(dòng)情況密不可分，積極主動(dòng)地掌握有關(guān)太陽活動(dòng)
的預(yù)報(bào)，對(duì)于提前采取必要措施，保護(hù)衛(wèi)星通信設(shè)施，盡可能保障衛(wèi)星通信鏈路通
暢等，都是非常有益而且必要的。
摘自《廣播與電視技術(shù)》