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[摘 要]卫星通信是现代通信技术的一项重要手段，是科技发展的结果。卫星信号的传播质量受到大气层的影响，尤其是雨雪天气的发生。由于卫星信号能够广泛的传播，不受距离的限制。因此，我们认为卫星信号具有远大的发展前景，可以运用到生活的方方面面，具有开放性。但是，通信信号也容易受到外部因素的制约。本文将对雨衰现象对卫星信号传输的干扰做出几点分析。
[关键词]雨衰现象；卫星信号；传输；干扰因素
中图分类号：TN927.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0320-01
卫星通信是利用微波波段的高频电磁波来传输数据的，在这个过程中会穿过大气层传输地面和卫星之间的讯息。卫星信号的传递是一个复杂的过程，影响卫星信号传输的因素有很多，例如卫星蚀、日凌现象、雨衰现象等。本文将针对雨衰现象对卫星信号传输的影响进行深入浅出的探讨，从而找出可以有效解决该问题的具体方案，有效的预防雨衰对卫星信号的干扰，推动我国的卫星事业向前发展。
一、雨衰产生的机理
雨衰是电磁波进入雨层后对卫星信号产生的干扰，主要是因为雨粒散射和吸收导致的衰减情况。在电磁波遇到雨粒的时候，会被反射而出现二次反射，最后导致了衰减。因此，雨粒吸收衰减是因为雨粒本身的特点，作为传导的媒介导致衰减情况的出现。雨滴的直径和波长之比对雨衰的强弱有着直接的影响，因此我们得出雨滴的直径和降雨率的大小有关。在进一步研究中，我们发现雨衰的大小和雨滴直径与波长的比值有着可比性关系，而雨滴的半径则与降雨率有关。在对实验结果进行统计分析时，我们得出如下数据：雨滴的半径约在 0.024cm～0.3cm， C波段的电波波长在7.4cm 左右，由于雨滴的半径相对较大，所以没有受到降雨量太多的影响，一般小于2dB；在Ku波段内，电波的波长在维持在2.5cm 左右，因此，受到降雨量的影响比较大，最大的时候可以超过20dB。除此之外，降雨还会引起更大的噪声温度，使接收天线的噪声温度升高，有时也会发生去极化，其中也会有雨粒吸收和散射引起的衰减，即出现了二次折射。
在降雨作用下引起的信号去极化，其主要原因是雨滴在下落的过程中，在空气阻力的作用下，使雨滴的形状为椭球形。这一情况的出现，我们可以发现电磁波将能够对雨滴的长轴和短轴的位移进行相应的变化，这是一个适应的过程。又由于这种对雨衰的转移和分离，能够进一步对极化隔离度产生降低的作用，从而也会导致正交极化的信号互相干扰增大。
热损耗是雨衰的主要表现。当电磁波的长度和雨粒的大小接近时，会引发共振现象，这时将会出现最大的衰减现象。频段上行频率在左或右，波长也会跟随它的变动而变动，且这个频段的信号波长与雨滴的直径比较接近，所以，在该频段出现的降雨会对电磁波产生更大的英雄榜，加大了衰减的发生，严重时会导致整个信号的中断。
除此之外，雨衰的大小还受到多种因素的影响，例如：电磁波的极化方向，地球站所在的位置，以及海拔高度的不同。这也加大了科研人员对雨衰值得估算。估算的结果会决定，针对对不同频段的卫星进行不同措施，来缓解雨衰对信号的干扰。且在站型设备配置、经费预算、运行与调度方式上做出具体的估量，为方案的制定奠定真实有效的基础。因此，在系统链路预算中做好雨衰测量的工作是非常困难，但又十分重要，这就要求科研人员加强预测分析的准确度，寻找规律。
二、雨衰现象出现的原因和规律
降雨过程可以达到对电波的衰减，但这仍是一个复杂的过程。在降雨的时候由于降雨云层类型的不同，厚度、移向、水汽凝成物的几何尺寸、水汽含量、形状、水态水滴、冰晶或其混合体、电波的波长、电波穿越雨区的长度都对电波的衰减产生了不同程度的影响。云层中经常会蕴藏着水汽凝成物，在水汽上下的过程中，因为运动而产生的碰撞，能够形成新的水汽凝成物，这就是水滴或冰晶。随着水滴或冰晶质量的不断增大，当上升的气流无法抵抗时，它们会落在地面，就是我们所看到的雨或者雪。
根据电波传播的理论，我们可以提出新的论点，就是由于降雨引起的雨衰，導致了信号的功能频率有所下降。在研究下，我们也找到了这一问题的原因。即雨滴能够吸收电波的一部分能量，最终以热能的形式进行了消耗。与此同时，也会把另外一部分电波的能量均匀的散发到周围，这就证明了雨滴是一种有二次的辐射源。二次发射的电波不受方向的影响和控制，具体来讲是一种散射现象。在二次散射发生的时候，从原来方向射出来的电波就会被衰减。除此之外，雨滴也会和波长形式特殊的关系，即折射的产生。电波的吸收能力也会根据折射率的变化而变化。当然，雨滴的密度，雨区的范围和气候条件对电波都会产生不同程度的影响。
三、解决雨衰现象对卫星信号传输影响的方案
就目前的科研水平来讲，专家在雨衰的问题上为了我们提供了一些解决的方案。第一，可以通过加大天线的尺寸或者信号的功率，减少雨衰的大小。但是这会导致卫星成本的增加。第二，我们可以增加在地面的卫星终端站，为卫星信号的传递提供多个站点进行接收，增加卫星信号传播的有效路径。但是，这也会增加地面系统控制的成本。第三，可以通过对功率分配的控制，增加卫星对降雨地区传输的功率。想要做到这一点，需要我们具备更先进的技术，提高对软件的控制能力，但是会增加卫星运行过程中的复杂性。第四，就是对信号畸变的校正技术。波段卫星通信系统可以在一定程度上环境雨衰问题带来的不良影响。想要提高波段卫星的使用效率和可靠性，必须在链路设计中有一定余量来避免暴雨造成的通信中断。但是，余量如果没有得到合理的利用，在正常的天气下将会造成很大的浪费，最终也会造成整个卫星通信系统成本的增加。
在新技术的发展下，我们认为卫星传输的路径对雨衰的缓解有很大的影响。具体分为三个部分。第一，就是对上行站的雨衰补偿。这一环节的设置主要是为了通过线性增大上行站的EIRP，这有利于在降雨发生的时候，上行信号在饱和通量的密度上可以实现相对的稳定。在特殊的天气状况下，使得卫星转发器中的信号不易受降雨因素的制约。第二，通过卫星转发器进行补偿。就国际研究表明，KU波段的直播卫星可以对上行线路进行补偿，其中，一部分可以在卫星转发器的作用下得到实现，另一部分则是在上行站的基础上实施的。因此，如果雨衰能够超过上行站本身的补偿能力，那么，卫星转发器就会发生积极的效用，对输出的内容进行扩大，从而实现对雨衰的补偿效应。除此以外，使用这种补偿方式，有利于上行链路对雨衰补偿范围的确定，进而可以提高Ka波段卫星的使用度。美国作为卫星技术发展较早的国家，在Ku波段的卫星上已经使用了该技术，并且取得了比较满意的效果。在满足上行站队雨衰补偿的前提下起到了降低的作用，同时还节约了成本。
结束语
在我国的南方地区，受到自然现象的影响比较大，雨雪的灾害也会进一步的对卫星数字接收系统造成暂时的影响。因此，雨衰现象对卫星信号传输，间接的对我们的生活产生了不同方面的影响。所以，我们绝对不能忽略雨衰对卫星信号传输的影响。对于Ku波段上的卫星我们必须采用科学的手段和技术进行控制，减少雨衰的干扰。同时，还有考虑多雨衰受到多种因素的限制，要多角度的寻找解决方案，从而有效的减少因为自然气候条件对卫星传输带来的负作用。
参考文献
[1] 李长文.雨雪衰现象对卫星信号传输的影响[J].西部广播电视，2013（4）.
[2] 王美凤.外界因素对卫星信号传输的影响[J].实用影音技术，2013（7）.
[3] 刘涛.Ka波段卫星通信雨衰与抗雨衰问题的研究[D].东北大学，2012（5）.
[4] 余英，张瑞芝.太阳活动及雨衰对卫星通信的影响和改善措施[J].全国广播电影电视系统首届中青年优秀科技论文集，2011（11）.
[关键词]雨衰现象；卫星信号；传输；干扰因素
中图分类号：TN927.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0320-01
卫星通信是利用微波波段的高频电磁波来传输数据的，在这个过程中会穿过大气层传输地面和卫星之间的讯息。卫星信号的传递是一个复杂的过程，影响卫星信号传输的因素有很多，例如卫星蚀、日凌现象、雨衰现象等。本文将针对雨衰现象对卫星信号传输的影响进行深入浅出的探讨，从而找出可以有效解决该问题的具体方案，有效的预防雨衰对卫星信号的干扰，推动我国的卫星事业向前发展。
一、雨衰产生的机理
雨衰是电磁波进入雨层后对卫星信号产生的干扰，主要是因为雨粒散射和吸收导致的衰减情况。在电磁波遇到雨粒的时候，会被反射而出现二次反射，最后导致了衰减。因此，雨粒吸收衰减是因为雨粒本身的特点，作为传导的媒介导致衰减情况的出现。雨滴的直径和波长之比对雨衰的强弱有着直接的影响，因此我们得出雨滴的直径和降雨率的大小有关。在进一步研究中，我们发现雨衰的大小和雨滴直径与波长的比值有着可比性关系，而雨滴的半径则与降雨率有关。在对实验结果进行统计分析时，我们得出如下数据：雨滴的半径约在 0.024cm～0.3cm， C波段的电波波长在7.4cm 左右，由于雨滴的半径相对较大，所以没有受到降雨量太多的影响，一般小于2dB；在Ku波段内，电波的波长在维持在2.5cm 左右，因此，受到降雨量的影响比较大，最大的时候可以超过20dB。除此之外，降雨还会引起更大的噪声温度，使接收天线的噪声温度升高，有时也会发生去极化，其中也会有雨粒吸收和散射引起的衰减，即出现了二次折射。
在降雨作用下引起的信号去极化，其主要原因是雨滴在下落的过程中，在空气阻力的作用下，使雨滴的形状为椭球形。这一情况的出现，我们可以发现电磁波将能够对雨滴的长轴和短轴的位移进行相应的变化，这是一个适应的过程。又由于这种对雨衰的转移和分离，能够进一步对极化隔离度产生降低的作用，从而也会导致正交极化的信号互相干扰增大。
热损耗是雨衰的主要表现。当电磁波的长度和雨粒的大小接近时，会引发共振现象，这时将会出现最大的衰减现象。频段上行频率在左或右，波长也会跟随它的变动而变动，且这个频段的信号波长与雨滴的直径比较接近，所以，在该频段出现的降雨会对电磁波产生更大的英雄榜，加大了衰减的发生，严重时会导致整个信号的中断。
除此之外，雨衰的大小还受到多种因素的影响，例如：电磁波的极化方向，地球站所在的位置，以及海拔高度的不同。这也加大了科研人员对雨衰值得估算。估算的结果会决定，针对对不同频段的卫星进行不同措施，来缓解雨衰对信号的干扰。且在站型设备配置、经费预算、运行与调度方式上做出具体的估量，为方案的制定奠定真实有效的基础。因此，在系统链路预算中做好雨衰测量的工作是非常困难，但又十分重要，这就要求科研人员加强预测分析的准确度，寻找规律。
二、雨衰现象出现的原因和规律
降雨过程可以达到对电波的衰减，但这仍是一个复杂的过程。在降雨的时候由于降雨云层类型的不同，厚度、移向、水汽凝成物的几何尺寸、水汽含量、形状、水态水滴、冰晶或其混合体、电波的波长、电波穿越雨区的长度都对电波的衰减产生了不同程度的影响。云层中经常会蕴藏着水汽凝成物，在水汽上下的过程中，因为运动而产生的碰撞，能够形成新的水汽凝成物，这就是水滴或冰晶。随着水滴或冰晶质量的不断增大，当上升的气流无法抵抗时，它们会落在地面，就是我们所看到的雨或者雪。
根据电波传播的理论，我们可以提出新的论点，就是由于降雨引起的雨衰，導致了信号的功能频率有所下降。在研究下，我们也找到了这一问题的原因。即雨滴能够吸收电波的一部分能量，最终以热能的形式进行了消耗。与此同时，也会把另外一部分电波的能量均匀的散发到周围，这就证明了雨滴是一种有二次的辐射源。二次发射的电波不受方向的影响和控制，具体来讲是一种散射现象。在二次散射发生的时候，从原来方向射出来的电波就会被衰减。除此之外，雨滴也会和波长形式特殊的关系，即折射的产生。电波的吸收能力也会根据折射率的变化而变化。当然，雨滴的密度，雨区的范围和气候条件对电波都会产生不同程度的影响。
三、解决雨衰现象对卫星信号传输影响的方案
就目前的科研水平来讲，专家在雨衰的问题上为了我们提供了一些解决的方案。第一，可以通过加大天线的尺寸或者信号的功率，减少雨衰的大小。但是这会导致卫星成本的增加。第二，我们可以增加在地面的卫星终端站，为卫星信号的传递提供多个站点进行接收，增加卫星信号传播的有效路径。但是，这也会增加地面系统控制的成本。第三，可以通过对功率分配的控制，增加卫星对降雨地区传输的功率。想要做到这一点，需要我们具备更先进的技术，提高对软件的控制能力，但是会增加卫星运行过程中的复杂性。第四，就是对信号畸变的校正技术。波段卫星通信系统可以在一定程度上环境雨衰问题带来的不良影响。想要提高波段卫星的使用效率和可靠性，必须在链路设计中有一定余量来避免暴雨造成的通信中断。但是，余量如果没有得到合理的利用，在正常的天气下将会造成很大的浪费，最终也会造成整个卫星通信系统成本的增加。
在新技术的发展下，我们认为卫星传输的路径对雨衰的缓解有很大的影响。具体分为三个部分。第一，就是对上行站的雨衰补偿。这一环节的设置主要是为了通过线性增大上行站的EIRP，这有利于在降雨发生的时候，上行信号在饱和通量的密度上可以实现相对的稳定。在特殊的天气状况下，使得卫星转发器中的信号不易受降雨因素的制约。第二，通过卫星转发器进行补偿。就国际研究表明，KU波段的直播卫星可以对上行线路进行补偿，其中，一部分可以在卫星转发器的作用下得到实现，另一部分则是在上行站的基础上实施的。因此，如果雨衰能够超过上行站本身的补偿能力，那么，卫星转发器就会发生积极的效用，对输出的内容进行扩大，从而实现对雨衰的补偿效应。除此以外，使用这种补偿方式，有利于上行链路对雨衰补偿范围的确定，进而可以提高Ka波段卫星的使用度。美国作为卫星技术发展较早的国家，在Ku波段的卫星上已经使用了该技术，并且取得了比较满意的效果。在满足上行站队雨衰补偿的前提下起到了降低的作用，同时还节约了成本。
结束语
在我国的南方地区，受到自然现象的影响比较大，雨雪的灾害也会进一步的对卫星数字接收系统造成暂时的影响。因此，雨衰现象对卫星信号传输，间接的对我们的生活产生了不同方面的影响。所以，我们绝对不能忽略雨衰对卫星信号传输的影响。对于Ku波段上的卫星我们必须采用科学的手段和技术进行控制，减少雨衰的干扰。同时，还有考虑多雨衰受到多种因素的限制，要多角度的寻找解决方案，从而有效的减少因为自然气候条件对卫星传输带来的负作用。
参考文献
[1] 李长文.雨雪衰现象对卫星信号传输的影响[J].西部广播电视，2013（4）.
[2] 王美凤.外界因素对卫星信号传输的影响[J].实用影音技术，2013（7）.
[3] 刘涛.Ka波段卫星通信雨衰与抗雨衰问题的研究[D].东北大学，2012（5）.
[4] 余英，张瑞芝.太阳活动及雨衰对卫星通信的影响和改善措施[J].全国广播电影电视系统首届中青年优秀科技论文集，2011（11）.