除了天象對衛星通信會產生影響以外，不要忘記了在衛星和地球站之間來往的信號，還必須穿過地球的大氣層。大氣層會對衛星通信產生什麼樣的影響呢？下面介紹大氣層傳播影響的相關知識。
基本介紹
- 中文名：大氣層傳播影響
- 外文名：Atmospheric Propagation Effect
定義,法拉第旋轉,水平極化,垂直極化,線極化、圓極化、橢圓極化,降雨衰減,
定義
大氣層傳播影響：大氣層中的水蒸汽、氧氣、雲層和降雨對電磁波的傳播有吸收和衰減的作用，這就是衛星通信的大氣層傳播影響。
通常情況下，發射通信衛星在軌測試時，還有地球站的入網驗證測試時，我們都會要求天氣晴朗，以免產生測試誤差。
對電磁波傳播影響較大的大氣層傳播影響是法拉第旋轉和降雨衰減，下面我們一一介紹一下。
中文名：大氣層傳播影響
外文名：Atmospheric Propagation Effect
別稱：無
套用學科：信息通信
特點：水蒸汽、氧氣、雲層、電磁波、吸收和衰減
法拉第旋轉
法拉第旋轉也稱為法拉第效應。1845年，M.法拉第將一塊玻璃放在強磁場中，讓一束線偏振光沿磁場方向傳播時，光線的振動面會發生旋轉。以後法拉第又發現只要線偏振光處於磁場中，且光經過的媒質各向均勻為同一性質的物質時，不論是固體物質、液體物質、還是氣體物質時，都會發生這種旋轉。這種現象也稱為磁致旋光。如圖1所示。
圖1 法拉第旋轉
回到大氣層傳播影響，在天地間來往的電波也會出現法拉第旋轉。科研人員發現，當線極化的電波通過電磁場時，也會在電磁場的影響下產生極化面相對入射波的旋轉。
這兒又出現了新的術語，什麼叫做線極化呢？
為了說明電磁波的場強方向，研究人員引入了波的極化概念。波的極化是指空間固定點上場強方向隨時間變化的方式，通常用電場強度矢量端點隨著時間的推移在空間描繪出的軌跡來表示電磁波的極化，波的極化也叫波的偏振。
這是電磁波的一種特殊特性。電磁波是三維的橫波，正是由於其矢量特性，從而產生出極化這一現象。最基本的極化即電磁場的振動方向，衛星向地面發射信號時，所採用的無線電波的振動方向可以有多種方式，目前所使用的有：
水平極化
水平極化（H）：水平極化是指衛星向地面發射信號時，其無線電波的振動方向是水平方向。
垂直極化
垂直極化（V）：垂直極化是指衛星向地面發射信號時，其無線電波的振動方向是垂直方向。
線極化、圓極化、橢圓極化
線極化、圓極化、橢圓極化都是三維情況下的極化現象。這三種極化在振動方向上的區別，其實就是空間極化在水平面上的投影。如果投影為一條直線，我們就稱之為線極化波。其餘的可以類推得出。
大氣電離層中運動的電荷受地磁的作用，也會使穿越電離層的衛星通信線性極化電波的極化平面發生旋轉。旋轉角度的大小與季節，晝夜及電磁波的傳播方向都有關係。其大小與電波頻率、電離層電子密度、傳播路徑長度有關。旋轉效應正比於電子密度，因此白天旋轉值最大（出現電離峰值）；同時，當電磁場強度越高時極化電波的極化平面旋轉角度也越大。，因此沿地球磁場線方向傳播時旋轉大；地球站的仰角低時，通過電離層的路徑長，旋轉大。當傳播方向平行於地球磁場時（沿經度方向傳播），旋轉角與頻率的平方成正比，當傳播方向垂直於地球磁場時（沿緯度方向傳播），旋轉角與頻率的立方成反比。
在衛星通信中法拉第旋轉會減低通信信號的交叉極化隔離度，從而對信號形成干擾。但圓極化波有一個優點：法拉第旋轉對圓極化波不能形成影響。
降雨衰減
大家可能沒有想到，就是下雨這個普普通通的自然現象，也會對衛星通信造成影響。科研人員發現微波信號會因為大氣中的雨、雪、冰導致信號減弱。由雪導致的信號減弱現象稱為雪衰，雨雪共同作用時則稱為雨雪衰。通常頻率越高，衰減越大，對於10 GHz以上的通信，就必須考慮降雨衰減對信號的影響了。
對於衛星通信的Ku頻段，因處於12/14 GHz，降雨衰減影響嚴重。需要根據當地的降雨情況，採取發射功率補償的措施給信號留下衰減的餘量。為了減少法拉第旋轉的影響，衛星通信的信號常會選擇圓極化波，但對於Ku頻段的衛星信號如果採用圓極化波，雨滴的形狀在下降時呈現的不對稱性，使得圓極化波經過雨區後，去極化現象十分嚴重，會形成明顯的干擾。因此，衛星通信的Ku頻段通常選用線極化波。
