原创 大气层结构及对卫星广播电视的影响

1、大气层结构

    围绕地球的气体圈称为大气层，大气层根据物理特性大致分为对流层、同温层和电离层三部分。

    对流层是大气层中最低的一层。从地面开始，一直到达15km左右的高度，对流层内气体运动是十分活跃的，故而得名。对流层内空气的密度比较大，通常气体的密度随着高度变化，同时又受到气侯条件的影响，故其分布规律是十分复杂的。云、雨、雪、冰雹、雷电、气体湍流等自然现象均发生在对流层内。在整个大气层中，对流层对卫星的上行和下行信号的影响是最突出的，这些影响包括在对电波的衰减、改变电波的极化方式等方面。

大气层对卫星电视天线的影响

    同温层位于地面上方15 krn至5Dkm的区域之内，由于该层内部的温度变化不大，故而得名。同温层内部气体密度较小，同时气体的运动也比较少。因此同温层对电波传播的影响是非常小的。通常，同温层对电波传播的影响是可以不加考虑的。

    电离层分布在地面上方55krn以上的区域之内，其上限距地面的高度可达10000km以上。由于太阳光中紫外线和来自太空的宇宙射线的影响，使得此区域内相当多的气体被电离，形成离子和自由电子并存的局面，因此称为电离层。在地球磁场的作用下，电离层本身成为厂一种不均匀的、各向异性的导电介质，因此对不同频率的无线电波都产生影响。根据离子密度或自由电子密度的分布，可以将电离层进一步划分为D层、E层. F1层、F2层和磁层几部分。

    D层的高度约为55-- 90km，在75 -- 85krn的范围之内，电于浓度取极大值。D层是由太阳光中的X射线辐射而形成的，白天存在，夜间消失，D层对中波产生全反射。E层的高度约为85~ 120km，在高度为100km左右的地方，电子浓度取极大值，E层也是中波的反射层。F1层的高度约为190-- 230 km, F2层的高度约为250 ~ 400km，这两层全是短彼的反射层。电离层对卫星广播使用的厘米波波段的影响主要是使电波的极化方向发生变化，即所谓的法拉第旋转效应。

2、大气不均匀性的影响

    大气的不均匀性主要是指对流层内气体的密度不均匀，同时也可以包含气体的运动一般来说，气体的密度在地面附近比较大，随着高度的增高，气体的密度逐渐减小，但由于受到不同气象条件的影响，故气体密度分布规律是十分复杂的。气体密度的不均匀性导致气体的折射率也不均匀，从而使电波在传播过程之中会发生折射现象，从而导致电波的衰落和多径传输。所谓的衰落是指电场随着时间作无规律的变化，而多径传输则会使数字信号在传输过程中产生误码。我们平常所说的星星眨眼睛的现象就是一种体现在光波波段内的快速衰落现象。衰落的周期大约在数秒左右:

    卫星电视广播的电波传输路径是斜路径，通常卫星天线的仰角要大于100，因此多径传输的现象在卫星电视广播中基本上是不存在的。气体不均匀性对卫星电视广播的影响主要体现在信号的快速衰落上。环境温度、空气的湿度、气压等参数的不均匀及随时间的变化，使得气体的折射率发生比较小数量级的变化，这种变化进一步使电波发生快速衰落。在厘米波波段，电波衰落的幅度通常在0.5dB的范围以内，衰落变化时间的数量级为数分钟至数十分钟，快速衰落的特点是信号瞬时值发生快速的变化，而平均值则比较稳定。长期测量的结果表明，衰落幅度超过2dB的时间百分比不超过1 %。对电波的衰落现象进行测量和理论分析都是十分复杂的工作。