天線增益和天線效率對衛(wèi)星鏈路通信性能的影響
 

　　衛(wèi)星通信已經(jīng)成為區(qū)域通信、國家軍事通信、個人通信等的主要手段。由于現(xiàn)有的衛(wèi)星通信資源短缺，使得部分通信服務(wù)水平相對較低，對衛(wèi)星鏈路性能的要求較高。為了能夠確保衛(wèi)星通信的效率，減少信號傳輸?shù)膿p耗，則需要提高衛(wèi)星鏈路性能，降低天線效率與天線增益對衛(wèi)星通信鏈路的影響。
 

　　1 天線增益概述
 

　　天線增益指的是：當輸出功率相等時，實際天線和理想中的輻射單元，其在空間同一點位置處，所產(chǎn)生的信號功率密度比。天線增益定量描述了天線集中輻射輸入功能的實際程度。基于物理學(xué)角度來解釋增益，當距離上的某點所產(chǎn)生的信號，利用增益作為某定向發(fā)射天線，若增益G=13dB=20，則傳輸功率只需要5W，與無方向性理想電源相比較，增益輸入功率所放大的倍數(shù)為天線輻射的效果。
 

　　2 衛(wèi)星通信鏈路性能計算方法
 

　　2.1 天線增益與效率對衛(wèi)星鏈路通信性能影響途徑
 

　　衛(wèi)星通信途徑主要包括以下類型：
 

　　(1)上行鏈路，也就是發(fā)送地球站與衛(wèi)星之間的電磁傳播路徑；
 

　　(2)下行鏈路，也就是衛(wèi)星與接收地球站之間的電磁傳播路徑；
 

　　(3)星間鏈路，也就是衛(wèi)星與衛(wèi)星之間通信的電磁傳播路徑。
 

　　衛(wèi)星通信鏈路性能的好壞，由模擬信號與數(shù)字信號傳輸質(zhì)量表示。模擬信號傳輸質(zhì)量，采用經(jīng)過解調(diào)后的信噪比表示，即S/N，數(shù)字信號傳輸，采用的事比特誤碼率表示，即BER。天線增益和天線效率對衛(wèi)星通信鏈路的影響較大，不論是BER還是S/N，其傳輸質(zhì)量均與調(diào)節(jié)前的噪聲溫度有關(guān)，信號傳輸治療與解調(diào)器與濾波器的性能有著直接的影響，S/N與BER均取決于C/T，即調(diào)節(jié)前的載波效率以及等效噪聲溫度參數(shù)之比，同時還受到調(diào)制方式的影響。
 

　　2.2 衛(wèi)星通信鏈路性能影響計算方法
 

　　對于上行鏈路載噪比的計算過程中，地球站作為發(fā)射系統(tǒng)，而衛(wèi)星作為接收系統(tǒng)。計算式中將地球站有效全向輻射的功率，設(shè)為EIRPE，傳播損耗設(shè)為LU，接收天線增益設(shè)為GRS，饋線損耗則設(shè)為LFRS，將大氣損耗設(shè)為Lα，則衛(wèi)星通信轉(zhuǎn)發(fā)器接收機的輸入端，其載噪比公式為
 

　　U=EIRPE+GRS-LU-101g(kTSBS)。
 

　　對于下行載噪比的計算，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器作為發(fā)射系統(tǒng)，而地球站則作為接收系統(tǒng)，與上行鏈路的載噪比計算方法類似，將衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的有效全向的輻射功率，設(shè)為EIRPE，傳播損耗設(shè)為LU，接收天線增益設(shè)為GRS，地球站接收機的輸入端，其載噪比計算公式為：
 

　　D=EIRPS+GRS-LD-101g(kTEBE)。
 

　　對于誤碼率的計算，則采用相移鍵控調(diào)制方式，即PSK，常用的調(diào)制方式為2PSK或者4PSK。在實際應(yīng)用中誤碼率計算，其主要是利用自定義模型加載計算的。衛(wèi)星通信鏈路常采用無人機干擾方法，只需要利用較小的干擾功率，便能夠取得良好的干擾效果。在使用的過程中，則需要對準頻率，當干擾頻率發(fā)生偏移，則信號干擾的效果將會迅速下降。同時還需要充分的考慮干擾功率，合理放置干擾機的位置與數(shù)量。對于衛(wèi)星傳輸信道的誤碼率分析，主要采取理想高斯信道下的誤碼率分析，以及瑞利衰減信道傳輸?shù)恼`碼率分析，以此驗證衛(wèi)星通信的質(zhì)量。對于誤碼率的控制，除了控制發(fā)射功率外，還需要考慮衛(wèi)星鏈路與通信信道的傳輸特征，將誤碼率控制在最低。
 

　　3 天線增益和天線效率對衛(wèi)星通信鏈路性能的具體影響
 

　　3.1 天線增益對衛(wèi)星通信鏈路性能的影響
 

　　天線增益是影響地球站系統(tǒng)性能的主要參數(shù)，為了確保衛(wèi)星通信的效率，則必須要確保天線具備較高定向增益參數(shù)，進而能夠?qū)⑿盘柲芰烤奂纬烧ㄊ源藖斫邮招l(wèi)星天線信號，或者向衛(wèi)星天線發(fā)送信號，同時為衛(wèi)星通信提供足夠的上行載波功率與下行載波功率。同時為了提高衛(wèi)星通信的效果，則天線輻射方向圖的旁瓣要很低，減少由于不同方向的信號源，所帶來的干擾，除此之外還需要將干擾以及地面系統(tǒng)的干擾控制在最小程度。確保天線主反射器以及遠場觀察點的坐標系相同，其是將主反射器系統(tǒng)，利用δzm-α，在坐標系Z方向進行轉(zhuǎn)化得出的。
 

　　3.2 天線效率對衛(wèi)星通信鏈路性能的具體影響
 

　　3.2.1 天線噪聲溫度的影響計算
 

　　天線噪聲溫度對衛(wèi)星鏈路通信的性能，有著較大的影響，因此為了提高衛(wèi)星通信的性能，則需要控制天線噪聲溫度。天線噪聲溫度主要是來源于天線周圍的環(huán)境，包括宇宙噪聲、大氣噪聲、地面噪聲等。在計算衛(wèi)星鏈路通信性能時，則需要準確的計算天線噪聲溫度，在計算的過程中，則需要明確增益函數(shù)以及各干擾方向的亮溫分布。需要注意的是若喇叭天線，其利用饋線與雙工網(wǎng)絡(luò)與低噪放大器實現(xiàn)的連接，則計算時要將電阻損耗所產(chǎn)生的噪聲計算進去。
 

　　3.2.2 衛(wèi)星接收系統(tǒng)噪聲溫度影響計算
 

　　衛(wèi)星接收系統(tǒng)噪聲溫度也是影響衛(wèi)星鏈路通信性能的主要因素。系統(tǒng)噪聲溫度來源于天線以及低噪聲放大器。在計算的過程中，若將LNA輸入端作為參考點，則需要將饋線噪聲溫度與天線噪聲溫度計入LNA輸入端中，同時還需要將降雨所造成的噪聲溫度給折算計入，最后需要將低噪聲放大器所造成的噪聲溫度加入進去。等效噪聲溫度的計算，需要加上LAN的噪聲溫度，即低噪聲放大器所造成的噪聲溫度+天線噪聲溫度。