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雨水会对电磁波产生什么样的影响呢?

时间:10-02 整理:3721RD 点击:
      雨水对电磁波有衰减的作用,但为什么民用通信中下雨的情况下反而通信效果会好呢?
雨水是对电磁波产生了什么其他作用么? 

雨对电磁波主要是吸收与散射两方面(造成衰减).好像还会影响电磁波的极化(?)
影响大小要看电磁波的波长和雨滴直径
电磁波的波长和雨滴直径越接近时衰减越大,一般情况下(比如中短波)电磁波的波长远大于雨滴直径,故衰减很小
这个理论上应该不会存在,下雨只可能使通信效果减差吧.
效果好可能原因:
一般通信系统上行站都要配备上行功率控制器,对衰减进行自动补偿,使转发器在降雨情况下仍保持饱和或最大功率状态。
可能是因为下雨发射功率增大而造成上面的"民用通信中下雨的情况下反而通信效果会好呢?"感觉吧
另,民用电磁波波长相对雨滴直劲应该是比较大的,受雨水影响较小. 但当电磁波到达毫米波波段,雨水的影响就是十分大的.在W波段稍微起点雾就会成倍降低电磁波传波距离.

转的文章,另外也有不少论文也分析了降水对电磁波的影响
,小编有兴趣可以下查查
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注:A:0.25mm/h(细雨);B:1mm/h(小雨);
C:4mm/h(中雨);D:16mm/h(大雨);E:100mm/h(暴雨)
1995年我国开始利用Ku波段卫星转发器传送中央广播电视节目以来,北京、天津、河北和山西等地方广播电视节目也陆续利用Ku波段向全国传送。经过几年时间的运行,我们对Ku波段信号的特点有了较多的了解,尤其是对雨衰的影响有了较感性的认识,同时,也改变了我们对广播电视节目传送的观念:由以前分秒不能中断到现在可用度概念的引入,也使我们从一种主观的理想过渡到尊重客观实际的科学态度。1999年年初开始,我国开始进行卫星直播试验,已经开通了的系统包括中央电视台的8套电视节目和中央人民广播电台、中国国际广播电台的部分广播节目,1999年10月份将达到40多套电视和广播节目,不久的将来还将发展自己的直播卫星,因此,对Ku波段信号传输的特点,尤其是Ku波段信号受雨衰的影响有必要进行深入的分析和研究,以便充分利用Ku波段资源,扩大我国广播电视的人口覆盖率。
1雨衰的产生及影响
电磁波在空间传播时会受到降雨的影响,电波由于雨滴吸收和散射而产生衰减,就是降雨衰减,简称雨衰。实际上,降雨除了衰减信号以外还引起噪声温度的增加和去极化的发生,降雨引起的衰减对信号影响较明显,因此,一般情况下都要考虑雨衰的影响,在进行较精确的计算时也还要考虑降雨噪声和去极化等因素。我们在建设地球站时,应根据对链路的分析估算和要达到的可用度来确定设备的配备。由于对上行站的要求较高,而且雨衰对上行链路的影响更大,在上行站都要配备上行功率控制器,对衰减进行自动补偿,使转发器在降雨情况下仍保持饱和或最大功率状态。对于接收站来说,提高可用度的方法是采用更大口径的接收天线和使用更低噪声的LNB。新技术的使用使通用型LNB的噪声系数已经很小,所以目前都是增大天线口径来提高可用度,尤其是在多雨区和低仰角地区需更大的天线。增加天线口径就相应增加了接收站的成本,因此在设计时可以根据实际需要来综合考虑。
2降雨衰减
电磁波在空间传播时,当其波长远大于雨滴的直径时,降雨衰减差不多是由吸收引起的,而当雨滴直径增加或者波长较短时,散射引起的衰减较大。雨衰的大小取决于雨滴直径和电磁波的波长,当电磁波的波长和雨滴直径越接近时衰减越大,一般情况下(比如中短波)电磁波的波长远大于雨滴直径,故衰减很小,C波段信号受雨衰的影响也可以忽略。对于10GHz以上的电磁波,雨衰的影响就非常明显了,在链路计算中必须考虑雨衰的影响。频率越高雨衰的影响越大,大雨和暴雨的对电磁波的衰减要比小雨大得多。图1是国际无线电咨询委员会(CCIR)(现为国际电联(ITU))提供的雨衰与频率和降雨大小的关系图,从图中可以很清楚
地看出Ku波段信号受雨衰的影响情况。
3降雨噪声
降雨引起的对电磁波吸收衰减也会对地球站产生热噪声影响,这种降雨噪声折合到接收天线输入端就等效为天线热噪声,对接收信号的载噪比有很大的影响,这种影响与衰减量的大小和天线结构有关,根据经验,每衰减0.1dB,噪声温度增加约6.7K。一般情况下,天线的仰角越高降雨噪声的影响越小,这是因为电磁波穿过降雨路径较短,衰减量就小一些。降雨噪声可以用下面的公式来计算:
  Tatm=[1-10E(-R/10)]10E(-W/10)Train
  其中:R为雨衰值(dB);W为馈源到LNB间的波导损耗(dB);Train为雨的温度(K)。由计算公式可以看出:在没有雨衰时,噪声温度不增加;在没有波导损耗时,噪声温度只和降雨衰减量有关。由于噪声温度的增加直接影响到接收系统的G/T值,也就是直接影响到接收信号的载噪比,对信号可用度的影响甚至比降雨衰减更明显,在链路计算时必须考虑其影响。
4去极化现象
去极化现象也是由于雨滴吸收和散射作用引起的:由于穿过雨滴的电磁波入射电波的极化面取向不同,造成雨滴引起的对电磁波的衰减和相移的不同,使得电磁波在雨中传播时存在着微分衰减和微分相移,这种现象对单极化传输系统影响并不大,但对于正交极化复用的双极化传输系统,会造成极化隔离度降低,导致正交极化的信号互相干扰加大。这种降雨引起的去极化现象,对线极化和圆极化都有影响。我们常使用交叉极化鉴别度来表示极化纯度,一般情况下,当天线仰角大于15度时,交叉极化鉴别度在超过年平均时间的0.1%时可望达到27dB,0.01%时为20dB,0.001%时为15dB。
5接收站设计时对雨衰的估算
无论是Ku波段上行站还是接收站,在进行链路估算时,一般都要考虑雨衰和降雨噪声的影响,由于去极化现象计算较复杂,常规估算时可不予考虑。在上面的讨论中,已经知道了降雨噪声的估算方法,这里主要讨论对降雨衰减的估算。
  在进行链路计算时,首先要明确要求达到的可用度,根据可用度的要求确定降雨量,然后计算出雨衰的值,根据雨衰值再计算接收信号参数或者所需的接收天线尺寸。由于现在的计算都可以由计算机完成,这里就主要讨论计算步骤,不再详细介绍计算过程了。
5.1可用度的确定
目前我国广播电视行业基本认可的可用度为:上行链路99.99%,集体接收99.9%,个体接收99%。可用度要求越高,需要接收天线的口径越大,当然造价也相应提高,在具体进行接收站设计时,可以根据实际情况来确定。如果是非常重要的站,只靠增大接收天线还不够时,可以考虑采用空间分集接收的方法来提高可用度。
5.2确定降雨量
在链路估算时考虑的降雨量是根据气象部门长期测量的平均值,一般可以从气象部门提供的资料中查到。因为降雨强度在时间和空间上的分布都不是均匀的,而且随着季节的变化差异很大,精确的降雨衰减特性必须在各地长期地观察测量得到,根据世界上各类地区长期测量结果,国际电联(ITU)把世界各地按照降雨量划分为不同的雨区,图二是东亚地区降雨分布图,从图中可以看出我国不同地区的降雨差异。图中年百分时间超过的降雨量见表1。一般进行雨衰计算时可以从雨区图中直接查出接收站所在地的雨区,再从表中得到降雨量。
5.3雨衰的计算
现在我们计算卫星链路上的雨衰一般都是采用CCIR564-2报告(1982.5,日内瓦)中介绍的方法,即:
  A=Ls×Γ(dB)
  其中:A是雨衰;Ls是穿过雨区的传播路径,与地球站所在位置有关;Γ是给定降雨强度的降雨衰减系数,与电磁波的频率有关。
5.4根据雨衰值进行链路估算
在得到要求的可用度对应的雨衰值以后,就可以计算给定接收系统的载噪比或者接收系统所需天线口径及其它参数值。
  以亚洲3S卫星(105.5°E)Ku转发器为例,在北京接收时不同的可用度对应的雨衰计算结果。从图二可以看到北京属于K区,从表一中可以查得年平均0.01%时间的降雨量为42mm/h,年平均0.1%时间的降雨量为12mm/h,计算得到的北京地区使用亚洲3S卫星Ku波段(12GHz)的可用度与雨衰的对照情况(表2):
  同样,对于处于M区的上海,也可以计算出其雨衰(表3):
  从以上两地的雨衰对比中也可以看出,由于年降雨量的不同导致雨衰的差异,如果要达到同样的可用度,由于上海的雨衰要大,在上海用的接收天线的口径相应的要比在北京的大。根据得到的雨衰值即可以计算给定接收系统的载噪比或者接收系统所需天线口径。
  目前我国已有不少Ku波段用户,基本上是各地有线电视台为有线前端提供信号源。随着我国广播电视事业的发展,尤其是我国的卫星直播系统真正播出以后,Ku接收站用户的数量将十分巨大,如何更合理地配置接收系统,既保证满足可用度要求,又尽可能地节省资金,将是一个对国家、集体和个人都有着重要意义的问题,值得我们进一步深入研究。

十分感谢 又长学问了

  研究僧好厉害啊  

拜读了,学习了。请问有没有“Γ是给定降雨强度的降雨衰减系数,与电磁波的频率有关。 ”这个电磁波与降雨强度的衰减系数表呢?

基地台不會變化功率,功率由手机變化.最大33dBm

想说的研究僧都说了!

研究生果然厉害啊,是不是做军品的啊,佩服佩服!
如果在频段比较低的时候,比如在800--900MHz,或是在2G左右的时候
雨的衰减作用就很小了,这样可能就是极化的相移在起主要作用了呢,会不会因为散射和极化的变化使得某些区域场强变强,某些区域场强变弱,如果正好在场强加强区,反而通信效果会好呢?

这个与波段有关,中波是地波,地越湿涮熟效果越好,但是波长与雨滴大小差不多的电磁波就是另一回事了

地波传输当然是希望地面的反射明显一些好,小编说的是不是这种情况啊?否则就实在是想不通了

我感觉应该是下雨通信效果会差些,但貌似实际测试都好些,当然我指频段不高的时候
请各位分析下我下面写的是否可能呢?
如果在频段比较低的时候,比如在800--900MHz,或是在2G左右的时候
雨的衰减作用就很小了,这样可能就是极化的相移在起主要作用了呢,会不会因为散射和极化的变化使得某些区域场强变强,某些区域场强变弱,如果正好在场强加强区,反而通信效果会好呢?
您正在看的文章来自RFEDA微波社区--微波仿真论坛 原文地址:http://bbs.rfeda.cn/read.php?tid=22438

不错的啊 长见识了 ^_^ 哈哈

很牛!很强大!


学习了,以前都没有考虑为什么?

学习了!

波长与雨滴大小差不多,就是毫米波了,不知毫米波通信影响大不

很有意思, 首先可以肯定下雨本身只会增加电波的损耗, 所以假如通信反而变好了, 应该是传输以外的因素.
1. 上行功控. 不熟悉其具体实现, 但是应该是基于接收信号电平或信噪比来进行的, 这样的话为什么在没有下雨之前, 系统没有把信号调到最佳值? 好象有点说不过去.
2. 周围噪声的减小. 假如下雨使得周围的各种噪声和干扰衰减比通信信号衰减的更快, 那么可以变相提高信噪比和通信质量, 但是细分析, 如果雨是均匀的话, 对两者的衰减应该是同比例的.
3. 周围噪声源的减少. 比如说下雨了, 外面打电话的人少了, 所以通信好?
实际电视, 收音机在下雨时接收质量是明显差些, 所以也可能lz是在下雨这种"扰动"下碰巧遇上变好的那些区域

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