氣象因素對無線信號傳輸?shù)挠绊?/h1>
2016-04-25 11:41:02李海川
中國科技博覽 2016年1期
李海川
[摘 要]目前，無線信號已經(jīng)成為了人們生活、工作中必不或缺的組成部分，無線信號的傳輸能夠提高信息傳播速度，但是從某種角度分析，無線信號容易受到氣象因素的影響，比如像雨雪天氣無線信號傳輸質(zhì)量差，對人們的正常生活、工作造成影響。在本文中筆者結(jié)合對無線信號傳輸?shù)恼J識，探究無線信號傳輸?shù)穆窂?，并深入分析了氣象因素對無線信號傳輸所產(chǎn)生的重要影響。
[關(guān)鍵詞]氣象因素 無線信號傳輸 影響
中圖分類號：TM121.1.3 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：1009-914X（2016）01-0065-01
無線信號是科技發(fā)展的產(chǎn)物，具有覆蓋面積廣、接受地點限制因素小等諸多優(yōu)點，無線信號在一定程度上給人們的生活、工作產(chǎn)生了推動作用，但是從整體角度分析，無線信號也具備弱點與不足，其中最為明顯的便是容易受到氣象因素的影響。一般在雨雪或者大風(fēng)天氣中無線信號傳輸質(zhì)量比較差，所以在對無線信號進行設(shè)計的時候，需要對不穩(wěn)定因素進行考慮與分析，并從多個角度與方面進行分析與探究。
一、無線信號傳輸?shù)幕韭窂教轿?/p>
無線信號衛(wèi)星是傳輸信號的主要載體工具，在整個信號傳輸過程之中，信號需要經(jīng)過多個層面，其中包括對流層、平流層以及中間層、外層空間。在這幾個層面中外層空間比較穩(wěn)定，所以不會對無線信號產(chǎn)生重要影響，對無線信號造成影響與阻擾的以大氣為主。
在大氣中會存在非常多的物質(zhì)，比如像水汽、雜質(zhì)等。大氣中的水汽主要來源于地面水分的蒸發(fā)，并且當(dāng)水汽在一定條件下會形成雨或者云。通常情況下，水汽的含量會伴隨著高度的提高而不斷減少。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)限制，如果從地面到高空，如果每上升2.0km，那么水汽含量會減少一半。雖然說在大氣中水汽的含量比較少，但是卻是造成大氣變化的重要因素，也是形成陰晴雨雪變化的主要內(nèi)容。而大氣中的雜質(zhì)主要包括了物質(zhì)燃燒的煙塵、土壤微粒等，雜質(zhì)聚集在一起主要以云、霧的形式出現(xiàn)。
大氣中的垂直分層主要包括對流層、平流層、中間層、電離層與外層。對流層是緊貼地面的一層，經(jīng)常會伴隨著高度的變化而變化，一般在低緯度地區(qū)，對流程為18km，在中緯度地區(qū)為12km，在高緯度地區(qū)為8km[1]。平流層則是指從對流層頂?shù)?0KM高度，其特點是氣溫的垂直變化并不明顯，氣溫會伴隨著高度的增加而不斷增加，在25km左右的時候臭氧含量比較大，大氣以水平運動為主。中間層是指平流層到85km高度，平流層的特點是大氣溫度會伴隨著高度而不斷下降。電離層則是指中間層到800km的高度，特點是大氣溫會伴隨著高度的增高而迅速提升。外層則是指800km以上，外層不僅溫度高，并且空氣稀薄，空氣中分子的運行速度比較大。
二、無線信號傳輸所受到的損耗現(xiàn)象
所謂無線信號傳輸損耗主要是在自由空間的傳播中信號因為某類環(huán)境而發(fā)生的損耗。主要表現(xiàn)為以下幾點：
（一）無線信號在自由空間的傳播損耗
通常情況下無線信號發(fā)生損耗主要是在自由空間中傳播損耗，之所以產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于在整個通信過程之中電波在自由空間中進行傳播，這種損耗屬于球面形式的傳播，接收機只能接收到一小部分的能量損耗。
（二）下雨天氣導(dǎo)致無線信號產(chǎn)生衰減
在下雨天氣中所傳播的無線限號容易受到雨滴的吸收，在吸收與散射之后會形成雨衰。一般而言，在3GHz之上的頻段會伴隨著頻率的升高而增大雨衰，但是在10GHz一下，需要對中雨所產(chǎn)生的影響進行分析。在中雨以上所形成的降雨會降低雨衰，如果降雨雨量在4mm/h的時候，電波所穿過雨區(qū)的路徑長度會在10km左右，如果降雨雨量在100mm/h的時候，雨區(qū)的高度會低于2km[2]。
（三）云、霧現(xiàn)象對無線信號產(chǎn)生衰減
根據(jù)實踐得知，云、霧現(xiàn)象會對無線信號產(chǎn)生衰減，密霧所引起電波衰減與大雨的時候相同，濃霧所引起的電波衰減與小雨相似，而對于輕霧可以進行忽略。
三、傳播噪音
所謂的傳播噪音主要是指衛(wèi)星在接收信號之后所產(chǎn)生的一種噪音，比較常見的是太陽系噪音、宇宙噪音、降雨噪音等，傳播噪音的大小可以用等效噪音的溫度進行表示。
（一）太陽系噪音
太陽系噪音是指在太陽系之中的太陽、月亮輻射的電磁干擾所形成的一種噪音。在整個輻射體系之中，太陽作為最大的輻射源，如果天線不正對著太陽，那么相對應(yīng)產(chǎn)生的噪音比較小。但是在太陽黑子活動比較強烈的時候，太陽噪音會比較大。
（二）宇宙噪音
宇宙噪音主要是指外空間星體所分布的熱量在整個星際空間中所形成的噪音，是影響無線信號傳輸?shù)闹饕胍糁弧?/p>
（三）大氣噪音
如果電離層以及對流層對電波產(chǎn)生損耗，會因為電磁輻射的因素形成相應(yīng)的噪音。大氣噪音主要由氧氣與水蒸氣所形成，是無線信號傳輸中影響較大的噪音之一。
（四）降雨噪音
在下雨天氣中，云與霧在產(chǎn)生損耗的時候會產(chǎn)生噪音，這種噪音被稱為降雨噪音。降雨噪音與雨量以及頻率有著密切聯(lián)系。根據(jù)相關(guān)文獻得知，如果在4GH的時候，相對應(yīng)的噪音溫度會上升到120K左右[3]。另外國際衛(wèi)星通信組織設(shè)計接收系統(tǒng)的時候，為了充分考慮到降雨所帶來的影響，所以相關(guān)人員給出了6dB的裕量。
（五）地面噪音
如果當(dāng)天線副瓣比較大，則會導(dǎo)致地面噪音與地面反射引起的大氣噪音，這部分噪音可以成為地面噪音。如果仰角小雨300C的時候，相對應(yīng)的天線接收的噪音量比較大，在整個天線的設(shè)計過程之中，壓縮天線的后瓣問題是最為嚴重的問題，筆者認為，在對天線進行設(shè)計的時候，可以設(shè)置為3—20K。
結(jié)語
綜上所述，氣象因素是影響無線信號傳輸?shù)年P(guān)鍵因素，要想真正保證無線信號的有效傳輸，需要對各類因素進行分析與研究，其中，對于不穩(wěn)定的氣象因素需要設(shè)計人員進行統(tǒng)計與分析，并且在整個設(shè)計過程之中要保留足夠的裕量，爭取無線信號在傳輸過程中不會受到最壞天氣的影響。
參考文獻
[1] 蘇貴嶺，楊世昌，廖晶晶. 氣象觀測設(shè)備運行環(huán)境影響信號傳輸?shù)亩ㄐ苑治鯷J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，35：12594-12595+12598.
[2] 楊芳，梁庭，李凱麗，洪應(yīng)平，熊繼軍. Q值對無源壓力傳感器無線信號傳輸?shù)挠绊慬J]. 微納電子技術(shù)，2012，03：162-165+186.
[3] 馬保科，郭立新. 霧對無線光通信系統(tǒng)信噪比的影響[J]. 西安郵電學(xué)院學(xué)報，2008，01：25-27.
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李海川
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中圖分類號：TM121.1.3 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：1009-914X（2016）01-0065-01
無線信號是科技發(fā)展的產(chǎn)物，具有覆蓋面積廣、接受地點限制因素小等諸多優(yōu)點，無線信號在一定程度上給人們的生活、工作產(chǎn)生了推動作用，但是從整體角度分析，無線信號也具備弱點與不足，其中最為明顯的便是容易受到氣象因素的影響。一般在雨雪或者大風(fēng)天氣中無線信號傳輸質(zhì)量比較差，所以在對無線信號進行設(shè)計的時候，需要對不穩(wěn)定因素進行考慮與分析，并從多個角度與方面進行分析與探究。
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在大氣中會存在非常多的物質(zhì)，比如像水汽、雜質(zhì)等。大氣中的水汽主要來源于地面水分的蒸發(fā)，并且當(dāng)水汽在一定條件下會形成雨或者云。通常情況下，水汽的含量會伴隨著高度的提高而不斷減少。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)限制，如果從地面到高空，如果每上升2.0km，那么水汽含量會減少一半。雖然說在大氣中水汽的含量比較少，但是卻是造成大氣變化的重要因素，也是形成陰晴雨雪變化的主要內(nèi)容。而大氣中的雜質(zhì)主要包括了物質(zhì)燃燒的煙塵、土壤微粒等，雜質(zhì)聚集在一起主要以云、霧的形式出現(xiàn)。
大氣中的垂直分層主要包括對流層、平流層、中間層、電離層與外層。對流層是緊貼地面的一層，經(jīng)常會伴隨著高度的變化而變化，一般在低緯度地區(qū)，對流程為18km，在中緯度地區(qū)為12km，在高緯度地區(qū)為8km[1]。平流層則是指從對流層頂?shù)?0KM高度，其特點是氣溫的垂直變化并不明顯，氣溫會伴隨著高度的增加而不斷增加，在25km左右的時候臭氧含量比較大，大氣以水平運動為主。中間層是指平流層到85km高度，平流層的特點是大氣溫度會伴隨著高度而不斷下降。電離層則是指中間層到800km的高度，特點是大氣溫會伴隨著高度的增高而迅速提升。外層則是指800km以上，外層不僅溫度高，并且空氣稀薄，空氣中分子的運行速度比較大。
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（一）無線信號在自由空間的傳播損耗
通常情況下無線信號發(fā)生損耗主要是在自由空間中傳播損耗，之所以產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于在整個通信過程之中電波在自由空間中進行傳播，這種損耗屬于球面形式的傳播，接收機只能接收到一小部分的能量損耗。
（二）下雨天氣導(dǎo)致無線信號產(chǎn)生衰減
在下雨天氣中所傳播的無線限號容易受到雨滴的吸收，在吸收與散射之后會形成雨衰。一般而言，在3GHz之上的頻段會伴隨著頻率的升高而增大雨衰，但是在10GHz一下，需要對中雨所產(chǎn)生的影響進行分析。在中雨以上所形成的降雨會降低雨衰，如果降雨雨量在4mm/h的時候，電波所穿過雨區(qū)的路徑長度會在10km左右，如果降雨雨量在100mm/h的時候，雨區(qū)的高度會低于2km[2]。
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三、傳播噪音
所謂的傳播噪音主要是指衛(wèi)星在接收信號之后所產(chǎn)生的一種噪音，比較常見的是太陽系噪音、宇宙噪音、降雨噪音等，傳播噪音的大小可以用等效噪音的溫度進行表示。
（一）太陽系噪音
太陽系噪音是指在太陽系之中的太陽、月亮輻射的電磁干擾所形成的一種噪音。在整個輻射體系之中，太陽作為最大的輻射源，如果天線不正對著太陽，那么相對應(yīng)產(chǎn)生的噪音比較小。但是在太陽黑子活動比較強烈的時候，太陽噪音會比較大。
（二）宇宙噪音
宇宙噪音主要是指外空間星體所分布的熱量在整個星際空間中所形成的噪音，是影響無線信號傳輸?shù)闹饕胍糁弧?/p>
（三）大氣噪音
如果電離層以及對流層對電波產(chǎn)生損耗，會因為電磁輻射的因素形成相應(yīng)的噪音。大氣噪音主要由氧氣與水蒸氣所形成，是無線信號傳輸中影響較大的噪音之一。
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結(jié)語
綜上所述，氣象因素是影響無線信號傳輸?shù)年P(guān)鍵因素，要想真正保證無線信號的有效傳輸，需要對各類因素進行分析與研究，其中，對于不穩(wěn)定的氣象因素需要設(shè)計人員進行統(tǒng)計與分析，并且在整個設(shè)計過程之中要保留足夠的裕量，爭取無線信號在傳輸過程中不會受到最壞天氣的影響。
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[1] 蘇貴嶺，楊世昌，廖晶晶. 氣象觀測設(shè)備運行環(huán)境影響信號傳輸?shù)亩ㄐ苑治鯷J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，35：12594-12595+12598.
[2] 楊芳，梁庭，李凱麗，洪應(yīng)平，熊繼軍. Q值對無源壓力傳感器無線信號傳輸?shù)挠绊慬J]. 微納電子技術(shù)，2012，03：162-165+186.
[3] 馬保科，郭立新. 霧對無線光通信系統(tǒng)信噪比的影響[J]. 西安郵電學(xué)院學(xué)報，2008，01：25-27.
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