第3章卫星通信链路设计.教程文件
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在自由空间传播过程中，接收信号的功率为：
PT 为天线发射功率； A R为接收天Baidu Nhomakorabea开口面积；
自由空间传播损耗为：
G T 为发射天线增益； G R 为接收天线增益。
8
以分贝为单位表示为：
式中d为地球站到静止卫星的距离，可以取d=40000km
电磁波在传播过程中除了与距离的平方呈反比衰减 外，还要受大气因数（如水分、电离层等）的影响，而 衰减。
各种因数的影响见下图：
第3章 卫星通信链路设计
10
下图为 雨、雾、云引起的损耗：
第3章 卫星通信链路设计
卫星通信系统的主要技术参数
等效全向辐射功率（EIRP）
定义：地球站或卫星的天线发射功率P与该天线增益G的乘积。 表明 了定向天线 在最大辐射方向实际所辐射的功率。 EIRP=P·G，或 EIRP(dBW)= P(dBW)+G(dB)
P r'' 4 G td P t2 (W /m 2)
(2-1)
地面站的功率密度为
P r'' 4 G T d P T 2 4 3 .1 4 1 6 1 0 4 4 0 .9 0 40 0 1 0 0 0 2 4 .3 3(p W /m 2 )
天线增益的计算公式
卫星移动通信系统中的天线增益可以按下式进行计算：
G42A4 2Ae (2-3)
(2-3)式中，A是天线口面的有效面积(m2)，是工作波 长（m），为天线效率，Ae为接收天线有效面积。 其中=c/f，c为光速，取值为3*108(m/s)。(2-3)式作变换， 则
G42A4c2f2 A
收、散射损耗等因数与频率的关系。
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第3章 卫星通信链路设计
5
第3章 卫星通信链路设计
6
一般工作频段选择在1G~10G；最理想的频率在4~6G。
1.6.2 电波传第播3的章特卫点星通信链路设计 1、自由空间的传播损耗
卫星通信中电波的损耗主要有自由空间的传播损耗和
大气损耗。由于卫星一般位于3~4万千米的太空，所以主 要考虑自由空间传播的损耗。
L f 4d 2 4c d f 2
(2 -5 )
d为传播距离，为工作波长，C为光速，f为工作频率。 Lf通常用分
贝表示，当d用km、f用GHz表示时，又可以表示为
L f 9 2 .4 4 2 0 l g d 2 0 l g f( d B ) ( 2 - 8 )
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第3章 卫星通信链路设计 例二 卫星和地面站之间的距离为42,000km。计算6GHz时的自 由空间损耗。 解：根据公式（2-8），
第3章 卫星通信链路设计
第3章卫星通信链路设计.
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第3章 卫星通信链路设计
卫星通信的电波要经过对流层（含云层和雨层）、平流层、电离层和外层
空间，跨越距离大，影响电波传播的因素很多。外逸层（Exosphere） 500 - 64,374 km
热层（热电离层）（Thermosphere） 80 - 500 km
P r'' 4 G td P t2 (W /m 2)
(2-2)
（2-2）式中，PT为天线的发射功率（W），GT为发射天线 的增益，d为自由空间传播距离。
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第3章 卫星通信链路设计
例三
卫星的EIRP值为49.4dBW，计算卫星离地面距离为40000km时，地面站的 功率密度。
解：根据式（2-1），
折射和大气多径 信号闪烁
反射多径和阻塞 传播延迟、变化
大气气体 对流层和电离层折射扰动
地球表面及表面上物体 对流层和电离层
低仰角跟踪和通信 对流层：低仰角和10GHz
以上频率 电离层：10GHz以下频率
卫星移动业务
精确的定时、定位
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第3章 卫星通信链路设计
1、6 卫星通信工作频段及电波传播特点
1.6.1 工作频段的选择 工作频段主要考虑电离层的反射、吸收；对流层的吸
L f 9 2 .4 4 2 0 l g d 2 0 l g f( d B ) ( 2 - 8 )
Lf=92.44+20lg42000+20lg6=200.46 (dB)
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第3章 卫星通信链路设计
功率密度的计算公式
功率密度（功率通量密度）是指发射功率经过空间传播到达接收点后，在单位 面积内的功率。可以表示为（2-1）式。
中间层（Mesosphere）
50 - 80 km
平流层（Stratosphere）
16 - 50 km
对流层（Troposphere）
7- 16 km
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第3章 卫星通信链路设计
卫星通信系统的传播问题
传播问题
物理原因
主要影响
衰减和天空噪声增加 信号去极化
大气气体、云、雨 雨、冰结晶体
大约10GHz以上频率 C和Ku频段的双极化系统
第3章 卫星通信链路设计
自由空间传播损耗计算公式
电波从点源全向天线发出后在自由空间传播，能量将扩散到一个球面上。如用定向天线 ，电波将向某一方向会聚，在此方向上获得增益，那么到达接收点的信号功率为：
PR
PT GT GR Lf
其中：PT为发射功率;GT为发射天线增益;GR为接收天线增益；Lf为自由
空间传播损耗。
噪声温度（Te）
定义：将噪声系数折合为电阻元件在相当于某温度下的热噪声，温度 以绝对温度K计。噪声温度（Te）与噪声系数(NF）的关系为： NF=10lg(1+Te/290)dB
品质因素（G/Te）
定义：天线增益与噪声温度的比值。 G/Te=G(dB)-10lgTe(dB/K)
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第3章 卫星通信链路设计
统则可通过适当选址避免这一额外的损耗。
自由空间传播损耗 自由空间电波传播是无线电波最基本、最简单 的传播方式。自由空间是一个理想化的概念，为人们 研究电波传播提供了一个简化的计算环境。
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第3章 卫星通信链路设计
图2-1 以确定的天线面积在不同距离上接收辐射能量
P r'4P d t 2
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(2-1)
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第3章 卫星通信链路设计
例一 计算频率为6GHz时，口径3m的抛物面天线的增益。（天线效率
为0.55）
解：根据
4 6109
G
3108 2
2
3
2
2
0.55
G 10lgG 42.9 (dB)
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第3章 卫星通信链路设计 一、星-地链路传播特性
卫星通信的电波在传播中要受到损耗，其中最主要的是 自由空间传播损耗，它占总损耗的大部分。其它损耗还有 大气、雨、云、雪、雾等造成的吸收和散射损耗等。卫星 移动通信系统还会因为受到某种阴影遮蔽(例如树木、建 筑物的遮挡等)而增加额外的损耗，固定业务卫星通信系
PT 为天线发射功率； A R为接收天Baidu Nhomakorabea开口面积；
自由空间传播损耗为：
G T 为发射天线增益； G R 为接收天线增益。
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以分贝为单位表示为：
式中d为地球站到静止卫星的距离，可以取d=40000km
电磁波在传播过程中除了与距离的平方呈反比衰减 外，还要受大气因数（如水分、电离层等）的影响，而 衰减。
各种因数的影响见下图：
第3章 卫星通信链路设计
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下图为 雨、雾、云引起的损耗：
第3章 卫星通信链路设计
卫星通信系统的主要技术参数
等效全向辐射功率（EIRP）
定义：地球站或卫星的天线发射功率P与该天线增益G的乘积。 表明 了定向天线 在最大辐射方向实际所辐射的功率。 EIRP=P·G，或 EIRP(dBW)= P(dBW)+G(dB)
P r'' 4 G td P t2 (W /m 2)
(2-1)
地面站的功率密度为
P r'' 4 G T d P T 2 4 3 .1 4 1 6 1 0 4 4 0 .9 0 40 0 1 0 0 0 2 4 .3 3(p W /m 2 )
天线增益的计算公式
卫星移动通信系统中的天线增益可以按下式进行计算：
G42A4 2Ae (2-3)
(2-3)式中，A是天线口面的有效面积(m2)，是工作波 长（m），为天线效率，Ae为接收天线有效面积。 其中=c/f，c为光速，取值为3*108(m/s)。(2-3)式作变换， 则
G42A4c2f2 A
收、散射损耗等因数与频率的关系。
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第3章 卫星通信链路设计
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第3章 卫星通信链路设计
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一般工作频段选择在1G~10G；最理想的频率在4~6G。
1.6.2 电波传第播3的章特卫点星通信链路设计 1、自由空间的传播损耗
卫星通信中电波的损耗主要有自由空间的传播损耗和
大气损耗。由于卫星一般位于3~4万千米的太空，所以主 要考虑自由空间传播的损耗。
L f 4d 2 4c d f 2
(2 -5 )
d为传播距离，为工作波长，C为光速，f为工作频率。 Lf通常用分
贝表示，当d用km、f用GHz表示时，又可以表示为
L f 9 2 .4 4 2 0 l g d 2 0 l g f( d B ) ( 2 - 8 )
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第3章 卫星通信链路设计 例二 卫星和地面站之间的距离为42,000km。计算6GHz时的自 由空间损耗。 解：根据公式（2-8），
第3章 卫星通信链路设计
第3章卫星通信链路设计.
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第3章 卫星通信链路设计
卫星通信的电波要经过对流层（含云层和雨层）、平流层、电离层和外层
空间，跨越距离大，影响电波传播的因素很多。外逸层（Exosphere） 500 - 64,374 km
热层（热电离层）（Thermosphere） 80 - 500 km
P r'' 4 G td P t2 (W /m 2)
(2-2)
（2-2）式中，PT为天线的发射功率（W），GT为发射天线 的增益，d为自由空间传播距离。
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第3章 卫星通信链路设计
例三
卫星的EIRP值为49.4dBW，计算卫星离地面距离为40000km时，地面站的 功率密度。
解：根据式（2-1），
折射和大气多径 信号闪烁
反射多径和阻塞 传播延迟、变化
大气气体 对流层和电离层折射扰动
地球表面及表面上物体 对流层和电离层
低仰角跟踪和通信 对流层：低仰角和10GHz
以上频率 电离层：10GHz以下频率
卫星移动业务
精确的定时、定位
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第3章 卫星通信链路设计
1、6 卫星通信工作频段及电波传播特点
1.6.1 工作频段的选择 工作频段主要考虑电离层的反射、吸收；对流层的吸
L f 9 2 .4 4 2 0 l g d 2 0 l g f( d B ) ( 2 - 8 )
Lf=92.44+20lg42000+20lg6=200.46 (dB)
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第3章 卫星通信链路设计
功率密度的计算公式
功率密度（功率通量密度）是指发射功率经过空间传播到达接收点后，在单位 面积内的功率。可以表示为（2-1）式。
中间层（Mesosphere）
50 - 80 km
平流层（Stratosphere）
16 - 50 km
对流层（Troposphere）
7- 16 km
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第3章 卫星通信链路设计
卫星通信系统的传播问题
传播问题
物理原因
主要影响
衰减和天空噪声增加 信号去极化
大气气体、云、雨 雨、冰结晶体
大约10GHz以上频率 C和Ku频段的双极化系统
第3章 卫星通信链路设计
自由空间传播损耗计算公式
电波从点源全向天线发出后在自由空间传播，能量将扩散到一个球面上。如用定向天线 ，电波将向某一方向会聚，在此方向上获得增益，那么到达接收点的信号功率为：
PR
PT GT GR Lf
其中：PT为发射功率;GT为发射天线增益;GR为接收天线增益；Lf为自由
空间传播损耗。
噪声温度（Te）
定义：将噪声系数折合为电阻元件在相当于某温度下的热噪声，温度 以绝对温度K计。噪声温度（Te）与噪声系数(NF）的关系为： NF=10lg(1+Te/290)dB
品质因素（G/Te）
定义：天线增益与噪声温度的比值。 G/Te=G(dB)-10lgTe(dB/K)
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第3章 卫星通信链路设计
统则可通过适当选址避免这一额外的损耗。
自由空间传播损耗 自由空间电波传播是无线电波最基本、最简单 的传播方式。自由空间是一个理想化的概念，为人们 研究电波传播提供了一个简化的计算环境。
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第3章 卫星通信链路设计
图2-1 以确定的天线面积在不同距离上接收辐射能量
P r'4P d t 2
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(2-1)
13
第3章 卫星通信链路设计
例一 计算频率为6GHz时，口径3m的抛物面天线的增益。（天线效率
为0.55）
解：根据
4 6109
G
3108 2
2
3
2
2
0.55
G 10lgG 42.9 (dB)
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第3章 卫星通信链路设计 一、星-地链路传播特性
卫星通信的电波在传播中要受到损耗，其中最主要的是 自由空间传播损耗，它占总损耗的大部分。其它损耗还有 大气、雨、云、雪、雾等造成的吸收和散射损耗等。卫星 移动通信系统还会因为受到某种阴影遮蔽(例如树木、建 筑物的遮挡等)而增加额外的损耗，固定业务卫星通信系