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(rèn)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(xiàn)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(diǎn)限制因素小等諸多優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)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(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要對不穩(wěn)定因素進(jìn)行考慮與分析，并從多個(gè)角度與方面進(jìn)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(gè)信號傳輸過程之中，信號需要經(jīng)過多個(gè)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(gè)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(diǎn)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(shí)候臭氧含量比較大，大氣以水平運(yùn)動為主。中間層是指平流層到85km高度，平流層的特點(diǎn)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(diǎn)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(yùn)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?yàn)槟愁惌h(huán)境而發(fā)生的損耗。主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：
（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(gè)通信過程之中電波在自由空間中進(jìn)行傳播，這種損耗屬于球面形式的傳播，接收機(jī)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(jìn)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(jìn)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(jìn)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(gè)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(qiáng)烈的時(shí)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(gè)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?yàn)殡姶泡椛涞囊蛩匦纬上鄳?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(shí)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(xiàn)得知，如果在4GH的時(shí)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(jì)接收系統(tǒng)的時(shí)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(shí)候，相對應(yīng)的天線接收的噪音量比較大，在整個(gè)天線的設(shè)計(jì)過程之中，壓縮天線的后瓣問題是最為嚴(yán)重的問題，筆者認(rèn)為，在對天線進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)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(jìn)行分析與研究，其中，對于不穩(wěn)定的氣象因素需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，并且在整個(gè)設(shè)計(jì)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(xiàn)
[1] 蘇貴嶺，楊世昌，廖晶晶. 氣象觀測設(shè)備運(yùn)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(bào)，2008，01：25-27.
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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(rèn)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。
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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(diǎn)限制因素小等諸多優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)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(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要對不穩(wěn)定因素進(jìn)行考慮與分析，并從多個(gè)角度與方面進(jìn)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(gè)信號傳輸過程之中，信號需要經(jīng)過多個(gè)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(gè)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(diǎn)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(shí)候臭氧含量比較大，大氣以水平運(yùn)動為主。中間層是指平流層到85km高度，平流層的特點(diǎn)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(diǎn)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(yùn)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?yàn)槟愁惌h(huán)境而發(fā)生的損耗。主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：
（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(gè)通信過程之中電波在自由空間中進(jìn)行傳播，這種損耗屬于球面形式的傳播，接收機(jī)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(jìn)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(shí)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(shí)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
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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(jìn)行表示。
（一）太陽系噪音
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（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(gè)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>
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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(jìn)行分析與研究，其中，對于不穩(wěn)定的氣象因素需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，并且在整個(gè)設(shè)計(jì)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(xiàn)
[1] 蘇貴嶺，楊世昌，廖晶晶. 氣象觀測設(shè)備運(yùn)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.
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