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卫星通信的频率为什么那么高?

2022-09-28 16:21:58

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  因为在卫星通信中,上行和下行信号走的路径是相同的,而且一副天线兼顾收发,如果使用相同的频率,发射的信号必然干扰接收的信号。因为天线接收的信号是非常微弱的,一般都在—100DBM以下,而发射的信号一般最小都在+30DBM以上,如果同频,发射的信号很容易干扰接收,比如C波段的卫星,上行6G,下行4G。至于为什么上行频率高于下行,因为频率越高,空间衰减越大,一般地面功放肯定强于星上,所以上行选择高频。

  中国无线电管理委员会规定在 3~30kHz 的频率上主要用于海岸潜艇通信、远程距离通信。超远程距离导航,3~30GHz 的频率上主要用于大容量微波中继通信、数字通信、卫星通信、国际海事卫星通信。

  普及几个知识点:

  ①FM调频广播的频率是88~108MHz,覆盖范围从几百公里到几千公里;

  ②无线蜂窝网络的频率是400MHz~3GHz,覆盖范围从几公里到几十公里;

  ③Wi-Fi网络的通信频率是2.4~2.5GHz和5.2~5.8GHz,覆盖范围从几米到几百米;

  ④卫星的通信频率通常是5GHz~40GHz[1],通信距离为3.6万公里。

  从前三条知识点可知,电磁波频率越低,在空气中自由传播的距离就越远。

  那为什么卫星离地面这么远,却很少采用低频通信?为什么大多数卫星的通信频率高达5GHz~40GHz却可以传输3.6万公里的超远距离?

  要解开这个疑问,需要了解电离层、电磁波的自由空间衰减、无线通信接收功率链路计算、高增益天线以及高频率、大带宽、高速率这些知识点:

  电离层

  电离层是地球大气的一个电离区域,其中存在很多自由电子和离子,能使无线电波改变传播速度,发生折射、反射和散射,产生极化面的旋转并受到不同程度的吸收。

  如上图所示,长波、中波被电离层直接吸收,只能通过地面波传播;短波被电离层反射,只能在电离层以下的大气内部传播;微波则不受电离层影响,可以直接穿透电离层。

  因此,卫星通信必须采用微波频栋拿攀笮庞网赌大全陨掀德实男藕牛拍苁迪中堑赝ㄐ拧

  电磁波的自由空间衰减

  电磁波在穿透任何介质时都会有损耗,所以电磁波在大气中传播的时候一样存在损耗。

  电磁波在大气自由空间中的传输损耗和电磁波的频率及传输距离成正比,频率越高,空间损耗越大。

  如果理解没有错误,那么卫星为什么还要采用5GHz以上的频率通信呢?来看第三个知识点。

  无线通信接收功率链路计算

  一个完整的无线通信系统,组成包括:发射机、发射天线、传播介质、接收天线、接收机。其中,接收机最终能够收到多少有用信号就取决于前四个组成部分。

  无线通信接收功率的链路计算公式:

  


  根据计算公式可知,只要将天线增益提高,就有可能弥补自由空间的损耗。

  但是,这又将如何实现?

  高增益天线

  关于天线的知识,这里不做过多说明,澳门十大信誉网赌大全把注意力集中在如何提高天线增益上。

  澳门十大信誉网赌大全都知道,广播电视是一对多通信,天线通常都建在高山或高楼上,目的是为了覆盖更多的用户。广播电视使用的天线都是全向天线,它们向四面八方发射电磁波,电磁波分散得越广,能量消耗越快。

  那么,如果将这些四散的电磁波集中起来,向一个方向发射呢?如果能够让天线只向一个方向发射,那么天线增益将获得极大的提升。这便是定向高增益天线的由来。

  高频率、大带宽、高速率

  随着时代的发展,澳门十大信誉网赌大全需要传输的信息量越来越大,对通信速率的要求也越来越高。那么如何提高传输速率呢?香农(Shannon)定理给了澳门十大信誉网赌大全答案:提高通信带宽就可以提高信息传输速率。

  大带宽可以携带更多信息。

  


  在地球上,5G以下的无线电频栋拿攀笮庞网赌大全驯桓髦滞ㄐ派璞刚季荩话旆ǜ佬峭ㄐ盘峁┩暾拇蟠恚5G以上还有相对完整的频谱资源,所以,卫星通信选择5GHz以上的工作频率也是为了方便数据传输。

  因此,卫星之所以采用5GHz以上的工作频率,总结为以下几个原因:

  ①可以顺利穿过电离层,不会被反射或吸收;

  ②高频传输在高增益天线的支持下,并不会带来太大的功率损耗;

  ③高频意味着大带宽,根据香农公式,带宽越大,信息传输速率越高,更够满足更复杂的业务需求;

  ④5GHz以上还有相对完整的频谱资源,不容易被干扰。

  注:为了满足某些便携性方面的需求,有些卫星使用更低的通信频率。例如:海事卫星通信频率为1GHz左右,天通卫星通信频率为2GHz左右。由于通信频率的限制,它们只能够提供低速话音、数据服务。

  


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