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链路计算的基本概念和计算公式.pdf

卫星通信

链路计算

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15页

这个是卫星通信中链路计算的基本公式和相关概念，直接从相关教材中提炼出来的，我们自己整理的，已项目中实际验证使用，便于理解学习。

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1 有关链路计算的基本概念和计算公式

1.1 自由空间传播损耗



















（1）

其中，d（m）为收发之间的距离；

（m）是电磁波的波长。

通常用分贝来计算，即

 































103

lg20

lg10

dfd







（dB）

当用 d（m）、

（m）表示时，可用下式：

 

fdL

lg20lg2022 

（dB）

当用 d（km）、

（GHz）表示时，可用下式：

 

fdL

lg20lg2045.92 

（dB）

1.2 天线增益和效率

喇叭天线、抛物面天线、微带天线和阵列天线等面天线，他们的增益可按下

式计算：







4 A

G 

（2）

式中，A 是天线口面的有效面积（m

），

是工作波长（m）,

是天线效率。天

线效率表示天线的有效面积占实际面积的百分比，它是降低天线增一的若干因子

的乘机，即：

η=η

×η

（3）

其中

表示天线的照度效率，

表示泄漏损失，

表示表面损伤，

其它各

种影响天线效率的因素。实际计算天线效率的时，一般选择 65%左右。

1.3波束宽度

对于抛物面天线，其半功率点波束宽度约为

)(







（4）

其中，D 为抛物面天线的口面直径（m）， N 是一个与场分布图在天线口面上的

分布规律有关的常熟，具体值为：

N≈58 （均与分布）

N≈70（锥形分布）

卡塞格伦天线和格里高天线一般采用锥形分布。对于直接辐射的阵列天线，N 取

65 左右。

1.4 有效全向辐射功率

它代表发射系统的发射能力，指的是天线所发射的功率

与该天线的发射

增益

的乘积，即

GPEIRP 

(W) （5）

1.5 功率通量密度

它表示的是发射功率经过空间传播到达接收点后，在单位面积内的功率，即

 

4/ dGPW

TTE





（W/m

）（6）

d 为自由空间传播距离（m）。

1.6 接收信号功率

接收天线的有效面积为 A

•η

,则接收到的功率

为：

RTT

GGP

AGP

AWP 





























（7）

其中，G

和 G

分别是接收天线的接收增益和发射天线的发射增益，L

是自由空

间传播损耗。

2 噪声

2.1.1 热噪声

2.1.2 噪声系数

一个有源器件的噪声系数 F 定义为输入端和输出端的信号噪声功率比的比

值，即：

BGkT

F 

（8）

其中，k 是波尔兹曼常数（=1.38054×10

-23

焦耳/K）， G 为该器件在给定频带上的

功率放大倍数；P

为输入信号功率；N

=kT

输入噪声功率；T

是以 K 为单位的

环境温度；P

=GP

为输出信号功率，N

为输出噪声功率。

如果认为该器件新增的噪声功率为ΔN，则总的输出功率可表示为：

NBGkTNGNN

niio



，

噪声系数为

nini

BGkT

NBGkT







 1

（9）

2.1.3 等效噪声温度

一个有源器件的输出噪声功率为ΔN，等效噪声温度为 T

，则有：

BGkTN 

由式（9 ）可得：

F  1

，当环境温度等于 290K 时，

 

1290290/1  FTTF

或

。

2.1.4 有耗无源网络的等效噪声温度和噪声系数

定义损耗因子 L 为：

PPL /

（10）

则等效噪声温度可表示为：

 

LTT

/11

（11）

2.2 天线噪声

卫星天线是对着物理温度约为 300K 的地球，因此，其噪声温度接近此值。

实际中其值要小于 300K。

大气对地球站天线噪声温度的影响可用下式来计算：

 

10/

101





（12）

其中，T

为天线接收到的天电噪声温度（K）； A 为路径损耗（dB）； T

为传播

媒质的有效温度（K）。

当损耗值已知且频率低于 60MHz 时，可以使用下面的有效温度来获得天线

噪声温度的上限：

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