太阳活动对卫星通信的影响<2>

太阳活动对卫星通信的影响<2>
3 太阳活动对信号传播的影响
卫星信号在传播过程中穿越对流层、大气层、电离层，不同传播环境会对信号
产生不同影响。
3.1 电离层对卫星信号的影响
电离层中充满了电子，相当于一个等离子导体，当电磁信号在其中传播时会产
生相互作用。当信号频率在某个特定频率之下时，会在电离层处被反射；当信号频
率在这个特定频率之上时，信号将穿过电离层，同时会受到电离层折射，从而改变
传播方向，信号频率越高，传播路径因电离层折射而弯曲程度越小。卫星通信信号
传播方式属于后者。但电离层并不是一个均匀的等离子层，其密度随每日不同时刻
、高度、纬度、季节及太阳活动情况而改变，同时电离层还是一个色散媒体，并处
于地球磁场中。这些特性决定了电磁信号在电离层中传播时必然会受到各种各样的
影响。
对于卫星通信频段的信号而言，电离层的影响主要表现为折射、散射、闪烁及
法拉第旋转效应。雷达跟踪目标对电离层折射非常敏感，但如果电离层相对均匀，
折射对于卫星通信却影响不大。电离层色散效应会引起信号延时，对宽带通信还会
产生差分延时，这对于宽带的卫星电视信号影响相对较大。以上效应正常情形下，
对卫星通信不产生明显影响，但在剧烈太阳活动中，紫外线和X射线倍增，使电离
层离子化程度加剧，不均匀性增强，地球磁场也因此有所改变，所以也需加以注意。
卫星通信信号穿过电离层时，信号极化同时会受到偏转，即发生法拉第极化旋
转效应，对接收系统而言，这不仅减小了正极化接收信号的强度，同时增大了反极
化干扰。对于一个极化隔离度在35dB以上的接收系统，如果法拉第效应将下行信号
极化旋转5度，则极化隔离度会降到约20dB。法拉第极化旋转量正比于磁场强度和
电离层总离子数，反比于信号频率的平方根，因此对低频信号影响相对较大，对低
仰角传播的信号，由于传播路径长，影响相对较大。在剧烈太阳活动中，VHF频段
信号的极化可被旋转多周，而C波段（4GHz）信号的极化旋转最多在几度之内。
由于电离层不均匀，信号在电离层中传播时，其强度会随电离层密度的不规则
变化产生快速波动，即形成所谓的电离层闪烁现象。电离层闪烁会给通信信号叠加
一个低频分量的噪声，越靠近两极，电离层的不规则变化越强。在两极，电离层闪
烁随时出现，但夜间更强一些；在靠近赤道区域，电离层闪烁一般在晚间出现，在
午夜时消失，很少数情况下才会持续到清晨。当太阳紫外线、X射线增多时，离子
化加强，电离层增厚，则电离层闪烁现象加剧，有时造成信号严重衰减，因此，电
离层闪烁强度也随着太阳活动变化。此外，由于太阳表面辐射不均匀，因此，电离
层闪烁强度一般又随着太阳的旋转，以27天为一个周期变化。
电离层闪烁对信号的强度和相位均会产生影响。事实上，信号强度的波动并不
是由于电离层的不规则吸收引起的，而是由于信号不同成分的相位变化不同，从而
使合成信号的强度产生波动引起的。
同步卫星通信主要考虑地磁赤道附近区域（地磁赤道南北20度范围内）的闪烁
，同步卫星通信信号在地磁纬度15～20度区域内穿过电离层时，电离层闪烁现象最
强。地磁赤道与地理赤道稍有差异。
通信频率越低，电离层闪烁现象越严重，军用VHF频段影响最重，L波段次之，
只有最强的闪烁（发生在剧烈太阳活动中）才会对C波段及其以上频段造成影响。
3.2 对流层对卫星信号传播的影响
对流层对卫星通信链路的影响主要表现为吸收衰减，属太空天气对卫星通信的
影响范畴，太阳活动对其无直接影响。对流层中的水蒸气对2GHz以上的信号损伤较
大，且随频率增加而影响加剧。Ku波段（10～20GHz）除了对水蒸气吸收敏感外，
对对流层中的尘埃也较为敏感。频率在20GHz以上的信号除了以上因素外，还会出
现谐振吸收，如某些频率的信号会同空气中的氧分子产生谐振，其能量会因此被吸
收。
4 太阳活动对地面站的影响
地面站的作用是向卫星发射式接收来自卫星的电磁波信号，太阳活动对卫星上
行站没有影响，但对卫星接收站却影响显著，即日凌干扰。
当通信卫星运行到地球和太阳之间时，地面站在接收卫星下行信号的同时，也
会接收到大量太阳噪声，从而使接收信噪比大大下降，严重时甚至使信号完全被太
阳噪声淹没，此即为日凌现象。对同步卫星，日凌出现在每年春分和秋分时期的连
续数天内。
根据太阳直射点在地球南、北回归线之间的移动规律，日凌在每年发生的时间
因地面站的纬度不同而异。春分期间，地面站越靠北发生日凌的时间越早；秋分期
间，地面站越靠南发生日凌的时间越早。根据地球的自转方向，日凌现象每天出现
的具体时间由地面站和卫星的相对位置而定，卫星如果在地面站的西边，该地面站
的日凌在下午发生；卫星如果在地面站的东边，则该地面站的日凌出现在上午。日
凌每天持续的时间长短由地面站接收天线的波束宽度决定，天线波束宽度越宽，日
凌每次持续时间越长。太阳噪声是一个宽带噪声，辐射强度随频率升高而增大，因
此，日凌对接收信噪比的影响程度取决于太阳噪声的大小、工作频率及信号频带宽
度。太阳活动高峰期日凌干扰最严重；工作频带越宽收到的噪声越多，日凌干扰也
相对严重；工作频率越高，收到的相应频段上的噪声强度也越大，例如，Ku波段的
卫星通信系统在日凌持续期间比C波段受干扰程度严重。
表1为近三次CCTV1、CCTV7及CCTV4几套模拟电视在北京地区实际日凌情况的比
较。
5 结束语
通常情况下，太阳活动对短波及较低频段（L频段以下）的卫星通信影响较为
明显，对低轨卫星的影响比高轨卫星大，对于同步卫星通信系统，来自太阳的最主
要的影响是日凌干扰。但是，在太阳活动峰年，剧烈的太阳活动对卫星通信的影响
增大，通信系统和通信业务遭受损失的可能性也大大增加。在此期间，同步卫星本
身可能会因高速度、高密度的太阳风出现各种故障，严重时可能导致卫星丢失；日
凌中断影响加剧；电离层磁暴使电离层闪烁加剧，从而可能导致VHF-L波段的卫星
通信信号出现短时中断，严重时会影响到C波段卫星通信信号；宽带通信系统比窄
带通信系统受太阳噪声影响严重；法拉第电磁旋转效应在此期间甚至可能会对C波
段及以上频段卫星信号产生影响。
由此可见，卫星通信与太阳活动情况密不可分，积极主动地掌握有关太阳活动
的预报，对于提前采取必要措施，保护卫星通信设施，尽可能保障卫星通信链路通
畅等，都是非常有益而且必要的。
摘自《广播与电视技术》