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卫星通信基础知识

第一节电磁波常识

一、电磁波

振动的电场和磁场在空间的传播叫做电磁波。

由收音机收到的无线电广播信号，由电视机收到的高频电视信号, 医院里物理治疗用的红外线，消毒和杀菌用的紫外线，透视照相用的X射线，以及各种可见光，都属于电磁波。

二、电磁波的频率、波长

人们用频率、波长和波速来描述电磁波的性质。

频率是指在单位时间内电场强度矢量E （或磁场强度矢量H）进行完全振动的次数，通常用f表示。波长是指在波的传播方向上相邻两个振动完全相同点之间的距离，通常用入表示。波速是指电磁波在单位时间内传播的距离，通常用v表示。频率f,波长入，和波速v 之间满足如下关系：

v=Xf

如果一电磁波在一秒内振动一次，该电磁波的频率就是1Hz , 在国际单位制中，波速的单位是m/s（米/秒），波长的单位是m（米）, 频率的单位是Hz.

对于无线电信号，它属于电磁波，它的传播速度为光速，即每秒约前进30万公里。

例如：对于一个频率为98MHz的调频广播节目，其波长为

300,000,000 米除98,000,000Hz,等于3.06 米。

不同的频率的（或不同波长）电磁波具有不同的性质用途。人们按照其频

率或波长的不同把电磁波分为不同的种类，频率在300GHz（lGHz=109Hz）以下的波称为无线电波，主要用于广播，电视

或其他通讯。频率在3 X1011HZ-4X 1014Hz之间的波称为红外线, 它的显著特点是给人以“热”的感觉，常用于医学上的物理治疗或红外线加热，探测等，频率在3.84X 1014HZ-7.69X 1014Hz之间的波为

1417可见光，它能引起人们的视觉，频率在8X10Hz-3X10Hz 之间的

波称为紫外线，具有较强的杀菌能力，常用于杀菌，消毒，频率在3X1017 Hz-5X 1019Hz之间的波称为X射线（或伦琴射线）它的穿透能力很强，常用于金属探测，人体透视等，在原子核物理中还有频率为1018Hz-1022Hz以上的射线，其穿透能力就更强了。三、波段与频道

由于利用频率可以计算出波长，一个频率范围将对应一个波长范围，所以频段与波段具有同样的意思。两个叫法是对应的，也是通用的，在电视广播领域中，更多使用波段。

微波是指波长在微米级的无线电信号。

按照波长和用途不同，人们把无线电波又分成许多波段，如表所示。

表无线电波波段的划分

频道是指传送一个信号源节目所使用的频率（或波长）范围。通常一个频段（或波段）能够再分成多个频道。

四、极化方式

当电磁波在空间传播时，其电场强度矢量E的方向具有确定的规律，这种现象称为电磁波的极化。在均匀无限空间中传播的电磁波是一种横波，其电场

矢量E、磁场强度矢量H和波的传播方向三者之间，两两互相垂直，常用电场强度矢量E的变化来代表电磁波的变化。

极化方式即卫星电视信号的电磁场的振动方向的变化方式。按照极化方式的不同，电磁波可分为线极化波和圆极化波等各种不同的类型。

所谓线极化波就是其电场强度矢量E沿一定角度方向的波，当E 与地面垂直时，称为垂直极化波；当E与地面平行时，称为水平极化波。考虑到发射天线和接收天线的架设方便，减少重影，以及避开其他电波的干扰等因素，一般垂直极化波大多用于中波广播、移动通讯、卫星电视广播等，水平极化波大多用于短波广播、地面电视广播、调频广播和卫星电视广播等。

（极化方式（Polarization）: V； H水平极化，即电磁场的振动方向, 卫星向地面发射信号时，所采用的无线电波的振动方向可以有多种方式，目前所使用的有：水平极化（H）：水平极化是指卫星向地面

发射信号日寸，其无线电波的振动方向是水平方向。例如：我们拿一条绳子左右抖动，产生的波是左右波动。垂直极化（V）：垂直极化

是指卫星向地面发射信号时，其无线电波的振动方向是垂直方向。例如：我们拿一条绳子上下抖动，产生的波是上下波动。极化方式有两类：一种是线极化，一种是圆极化。其中在线极化方式下又分为水平极化和垂直极化；在圆极化方式下乂分左旋圆极化和右旋圆极化。）

（垂直极化:无线电波的极化，常以大地作为标准面。凡是极化面与大地法线面（垂直面）平行的极化波称为垂直极化波。其电场方向与大地垂直。）五、Ku波段卫星通信波段及其特点

卫星通信使用微波频段300MHz—30GHz,采用高频信号的目的是保证地

面上发射的电磁波能够穿透电离层到达卫星。在卫星通信中, 不同的卫星，或者同一颗卫星上的转发器所使用的频率范围不同，不同频率范围有不同的代号。如3.95-5.85GHZ频率范围的代号是C,该频率范围简称C波段；12.24-18GHZ 频率范围的代号是Ku,该频率范围简称Ku波段。

项目卫星通信所用的电磁波在12.24-18GHZ频率范围，属于微波范围的Ku波段，极化方式为垂直线极化。

六、同步通信卫星简介

由于电视信号属于微波信号，早期的电视广播信号主要在地面传播，其传播方式为直线传播。由于地球本身是一个球体，传播距离受地球弯曲弧度的影响，一般传播距离为40-60公里。

要使电视信号传播的更远，就需要加高天线或增加中继站。天线高度的增加是有限的，中继站的增加会使信号衰减，成本加大。要想减少中继站的数量，只能增加天线的高度，当我们把中继站搬到天上后，就变成了卫星。卫星通信的目的是扩大信息的覆盖面，减少地面微波中继站，减少信息传播过程中的故障率，极大的提高信息的传输范围，提高信号的传送质量。

当卫星的轨道是圆形且在赤道平面上，卫星离地面35786.6公里, 飞行方向与地球自转方向相同时，从地面上任意一点看，卫星都是静止不动，这种对地静止的卫星称为同步通信卫星。利用三颗同步卫星, 就能够使信号覆盖地球的表面。

用于电视节目转发的卫星一般都是同步通信卫星。所以不同国家发射的通信卫星都在赤道的上空，同步通信卫星所处的纬度都为o°c, 经度在0-360°C之间。