《电信传输原理及应用》习题答案.doc 39页

'《电信传输原理及应用》课后习题答案9 目录第一章电信传输的基本概念1第二章金属传输线理论4第三章波导传输线理论7第四章介质光波传输理论13第五章无线通信传输理论19第六章移动通信传输信道的特性24第七章微波通信传输信道的特征28第八章卫星通信传输线路的特征32I 第一章电信传输的基本概念1、什么是通信、电信和电信传输？电信号有哪些种类？各有什么特征？答：从广义上说，无论采用何种方法，使用何种传输媒质只要将信息从一地传送到另一地，均可称为通信。电信号按照不同的角度可有不同的分类，按照电信号传载信息的形式的不同，可分为：模拟信号和数字信号两种类型。模拟信号，是指模拟、仿照原有消息变化的电信号，这种信号的幅度变化是时间的连续函数；数字信号在时间上和幅度上的取值都是离散的。数字信号在传输上有很多优点，最主要的是它的抗干扰性强。由于它是以1、0两种状态传输的，在接收端只要正确地判断是“1”或者是“0”，就等于完全取消了干扰。2、完整的电信传输系统是如何组成的？答：一个完整的电信传输系统除了必须具备传输信道部分外，还需要有用户终端设备、交换机、多路复用设备和传输终端设备（收发信机）等。3、电信传输有些什么特点？答：一是传输信号的多频率；二是电信传输的功率在有线传输的功率比较小，它一般只有毫瓦量级；三是电信传输的效率，由于电信传输是弱电传输，其传输效率非常重要；四是电信传输离不开信号的变换。4、常用传输介质的结构及用途是什么？答：电信号的传输实质是电磁波的传播，传播方式分有线传播和无线传播两种，因此其传输介质也按此分类方式分为有线传输介质和无线传输介质。现有的传输线有架空明线、对称电缆、同轴电缆、金属波导管和光纤等；无线电传播的传输介质是对流层、平流层或电离层，传播方式有直射波，反射波，地波，散射波等。用途：（1）架空明线：架空明线是利用金属裸导线捆扎在固定的线担上的隔电子上，是架设在电线杆上的一种通信线路，现今多用于专网通信，如利用高压输电线实现载波通信；利用铁路电气汽车输电线实现载波通信等；37 （1）对称电缆：市话对称电缆是由若干条扭绞成对（或组）的导电芯线加绝缘层组合而成的缆芯，外面包裹有保护层的一个整体。主要作为传统的话音通信介质，是当前电信接入网的主体；（2）同轴电缆：同轴电缆又称为同轴线对，属于不对称的结构。它是由内、外导体和内、外导体之间的绝缘介质和外护层四部分组成，同轴电缆主要用在端局间的中继线、交换机与传输设备间中继连接线、移动通信的基站发信机与天线间的馈线以及有线电视系统中用户接入线等；（3）金属波导：金属波导是用金属制成的中空的柱状单导体，金属波导常用于微波或卫星的收、发信机与天线间馈线使用；（4）光纤：光缆是由光纤、加强件和外户层构成。光纤是由纤芯、包层和涂敷层组成，光纤作为传输介质主要优点是传输频带宽、通信容量大、传输损耗小、抗电磁场干扰能力强、线径细、重量轻、资源丰富等。为各种通信系统广泛使用，光纤目前是最理想的传输线。（5）无线信道：主要靠电磁波在大气层的传播来传递信息。1、以功率电平为例，请简述正电平、负电平和零电平的意义。答：由定义知，当时，电平为零，其含义是该点的功率等于基准功率。当时,电平是负值,其含义是该点的功率小于基准功率。当时,电平是正值，其含义是该点的功率大于基准功率。对于绝对功率电平来说，因为基准功率是lmw，所以当时，电平是正值，当时。电平是零值，当时，电平是负值。2、试简述绝对电平和相对电平的意义以及两者之间的关系。答：所谓某点的电平，是指电信系统中某一信号的实测功率（或电压、电流）值与某参考点的信号功率（或电压、电流）之比的对数值，某参考点的信号功率（或电压、电流）又称为基准功率（或基准电压、基准电流）。需指出的是：基准功率是基本不变的，而基准电压或基准电流则是根据在某一阻抗上所获得的基准功率来确定的。当阻抗变化时，基准电压或基准电流也要随之而变化。37 求相对向平时所取的基准是不固定的，被测量值和基准是相对的，而绝对电平的基准是固定的。在电话通信中，绝对电平的基准参考点的阻抗，功率是时，就可分别计算出绝对电压电平的基准电压和绝对电流电平的基准电流。1、已知测试点的阻抗，其电压为0.85V，试计算测试点上的绝对功率电平是多少？解：直接带公式计算有：8、设电路某点的绝对功率电平为：（1）0.5Np（2）-1.5Np（3）-7dBm试求该点的功率值。解：（1）将0.5Np带入公式，计算得到2.72mW。（2）带入上式得到e^(-3)mW；（3）将-7dBm带入，计算得到0.1995mW。9、已知测试点功率为0.2W，线路始端功率为10mW，求测试点的相对功率电平值。解：直接带入公式得到：。10、已知测试点电压为0.7V，线路始端电压为0.2V，求测试点的相对电压电平值。解：带公式有：37 第二章金属传输线理论1、集总参数与分布参数有哪些异同？答：在低频传输时，常把传输线当“短线”，可以认为传输线上所有的电场能都全部集中在了一个电容器C中，磁场能都全部集中在了一个电感器L中，把消耗的电磁能量集中在一个电阻元件R和一个电导元件G上，而连接元件的导线（传输线）则认为理想导线。常把这些独立存在的R、C、L、G称为集总参数；随着传输信号频率升高，此时传输线已工作在“长线”状态，当信号通过“长线”传输线所需要的传输时间与信号变化的一个周期所需要的时间接近时，即使在稳态工作情况下，传输线上电压、电流不仅随时间变化而且还随传输线的长度变化有关。因此沿传输线上的电压、电流表达式要用偏微分方程来表示；其次，传输线间的电阻、电感、电容以及电导不仅互不可分，而且沿线随机分布。常把传输线单位长度上的电阻R1、电感L1、电容C1、电导G1，统称为传输线的分布参数。2、何为长线？何为短线？答：当传输线的几何长度L比其上所传输的电磁波的最小波长λmin还长，即时，传输线称为长线，反之则为短线3、阐述金属传输线出现R、L、C和G的原因及它们的物理意义。答：是因为利用这些电路参数和相应的VAR关系，通过基尔霍夫定律对传输线上的信号进行研究，可较为准确的列出传输线上任意一点的V和I的表达式。物理意义：R取决于导线的材料和传输信号的频率；L是由于变化的电流流经导体时，导体内部及其周围出现变化的磁通而产生的，导线的磁通量与产生磁通的电流之比称为电感频率越高导线的电感越小；互相绝缘的平行双导线可以认为是电容器的两个极板，从而产生电容C，线路的直径越大，双导线间距越近，线路越长时电容量越大；G反映了双导线之间的绝缘情况，电导值越大导线之间绝缘越差，漏电越严重。4、传输线的特性阻抗和传输常数代表什么意义？答：传输线的特性阻抗是线上任意一点的电压入射波和电流入射波的比值，或电压反射波同电流反射波比值的负值。37 传输常数代表了信号的电磁波沿均匀匹配线路传输时，一个单位长度回路内在幅值和相位上所发生的变化的程度。5、当ZC=ZL时，传输线处于什么工作状态？传输线具有什么特点？答：传输线处于行波工作状态，特点如下：1、传输线上只存在入射波而无反射波，电压波或电流波处于纯行波状态；2、电压波和电流波同相，其值之比为传输线的特性阻抗；3、有传输线任意截面处向终端负载方向看进去的输入阻抗；4、因没有发射，始端向终端方向传输的功率，全部被负载吸收，传输效率高。6、当ZC≠ZL时，传输线处于什么工作状态？传输线具有什么特点？答：此时传输线上既有行波，又有驻波，构成行驻混合波状态。7、通信回路的串音损耗与串音防卫度的物理意义是什么？答：串音损耗是表征主串回路对被串回路影响大小的量，其值越大，则串音功率越小，对相邻回路的串音干扰越小；反之，串音干扰越大。串音防卫度表明被串回路本身对外来干扰的防卫程度，串音防卫度越大，则防卫能力越强。8、若已知f=5MHz，同轴电缆回路的一次参数：电阻，电感，电导，电容。试求该同轴电缆的二次参数。解：特性阻抗衰减常数和相移常数为：或者不乘以8.686可得：0.321714Np/km37 9、设某平行双导线的直径为2mm，间距为8mm，周围介质为空气，求其特性阻抗。解：首先求，10、设某同轴线的外导体内直径为20mm，内导体外直径为10mm，求其特性阻抗；若在内外导体之间填充ε为2.20的介质，求其特性阻抗。解：当填充介质后，。37 第三章波导传输线理论1、波导为什么不能传输TEM波？答：因为若金属波导中存在TEM波，那么磁力线应在横截面上，而磁力线应是闭合的，根据右手螺旋规则，必有电场的纵向分量，即位移电流支持磁场，若沿此闭合磁力回线对H做线积分，积分后应等于轴向电流（即）。2、波导波长与工作波长有何区别？答：波导中某波型沿波导轴向相邻两个点相位面变化2π(一个周期T)之间距离称为该波型的波导波长，以λP表示。而工作波长是由不同的信号波所特有的，与自身性质有关。3、一空气填充的矩形波导，其截面尺寸a=8cm,b=4cm，试画出截止波λc长的分布图，并说明工作频率f1=3GHz和f2=5GHz的电磁波在该波导中可以传输哪些模式。解：根据公式可以得到，cm。图略。由得，而各模式的截止波长为，可见，该波导在工作频率为3GHz时，只能传输波。37 1、若将3cm标准矩形波导BJ-100型（a=22.86mm,b＝10.16mm）用来传输工作波长λ0=5cm的电磁波，试问是否可能？若用BJ-58型（a=40.4mm,b=20.2mm）用来传输波长λ0=3cm的电磁波是否可能？会不会产生什么问题？解：（1）首先考虑TE10波，因此，不能用来传输波长5cm的电磁波。（2）同上，因此可以传输。2、设有标准矩形波导BJ-32型，a=72.12rnm,b＝34.04mm(1)当工作波长λ=6cm时，该波导中可能传输哪些模式？(2)设λ0=10cm并工作于TE10模式，求相位常数β、波导波长λp、相速度Vp、群速度Vg、和波阻抗ZTE10解：（1）可以传输；可以传输可以传输m=1,n=1：，可以传输TE11和TM11波；m=1,n=2：，不能传输；m=2,n=1：，不能传输。因此，只能传输TE10、TE11和TM11、。TE20（2），其中，带入公式解得，。6、在BJ-100型的矩形波导中传输频率f=10GHz的TE10模式的电磁波。(1）求λC、β、λp、和ZTE10(2)若波导宽边a增大一倍，上述各量如何变化？37 (3)若波导窄边尺寸b增大一倍，上述各量又将如何变化？(4)若波导截面尺寸不变，但工作频率变为15GHz，上述各量又将如何变化？解：（1），，，（2）（3）（4）方法同上。7、有一空气填充的矩形波导工作于TE10模式，其工作频率为10GHz，已测得波导波长λp＝4cm，试求：(1)截止频率f,和截止波长λC；(2）相速度Vp、群速度Vg和波阻抗ZTE10；解：（1）由公式得到，则；（2），，。8、有一内充空气，bf>1.2fc1fc1=c/2a;fc2=c/2b37 0.8*c/2b>f>1.2*c/2aor0.8*c/>f>1.2*c/2aSo:a>6cm，b<4cm9、设有空气填充的内直径为5cm的圆形波导，试求：(1)TE11,TMo1和TE01,模式的截止波长；(2)当工作波长分别为7cm,6cm和3cm时，波导中可能存在哪些模式？(3)λ0为7cm时主模的β、Vp、Vg、λp和波阻抗。解：（1）直接查表有；；（2）当工作波长为7cm时，，故可以存在。，故不可以存在。，不可以存在。综上，在工作波长为7cm时，波导中只能存在TE11波。同理可知，在工作波长为6cm时，可以存在的模式为TE11波和TM01波；在工作波长为3cm时，可以存在的模式为TE11、TE21、TE01、TE31、TM01、TM11以及TM21。（3）λ0为7cm时主模为TE11波，且有，；；；；37 。10、空气填充的圆形波导中传输主模，已知工作频率f=5GHz,λo/λc=0.9，试求：(1)该波导的内直径；（2）β和λp解：（1）f=5GHz,λo/λc=0.9知，因为是传输主模，则为TE11波，有6.67cm=3.41a得到a=1.96cm，则内直径为2a=3.92cm。（2）；11、设计一圆波导，工作波长λ=7cm，只容许TE11波传输。解：在波导中单模传输的条件是：2.62＜λ＜3.41。得到2.053cmVc时，该模式在传输中不会截止；若V＜Vc时，此模式截止。6．阶跃型光纤的单模传输条件是什么？答：通常把只能传输一种模式的光纤称为单模光纤，单模光纤只传输一种模式即基模LP01或HE11，所以它不存在模式色散且带宽极宽，一般都在几十GHz·km以上，可实用于长距离大容量的通信。要保证单模传输，需要二阶模截止即让光纤的归一化频率V小于二阶模LP11归一化截止频率，从而可得：0＜V＜Vc(LP01)=2.4048这一重要关系称为“单模传输条件”。7．什么是单模光纤的截止波长？写出表达式。答：通常把只能传输一种模式的光纤称为单模光纤，单模光纤只传输一种模式即基模LP01或HE11。对某一光纤，每个模式，都对应有一个截止波长lc，当工作波长l＜lc时，该模式可以传输；当l＞lc时，该模式就截止了。对于单模光纤，其截止波长为lc=2pn1(2D)1/2a/Vc。8．光纤产生的原因及其危害是什么？9．光纤损耗和色散产生的原因及其危害是什么？为什么说光纤的损耗和色散会限制系统的光纤传输距离？答：造成光纤损耗的原因很多，主要有吸收损耗、散射损耗和附加损耗。吸收损耗是光波通过光纤材料时，一部分光能被消耗（吸收）转换成其他形式的能量而形成；散射损耗是由于材料的不均匀使光散射将光能辐射出光纤外导致的损耗；附加损耗属于来自外部的损耗或称应用损耗，如在成缆、施工安装和使用运行中使光纤扭曲、侧压等造成光纤宏弯和微弯所形成的损耗等。光纤的损耗将导致传输信号的衰减，光纤损耗是决定光纤通信系统中继距离的主要因素之一。37 光纤的损耗将导致传输信号的衰减，所以把光纤的损耗又称衰减。当光信号在光纤中传输时，随着距离增长光的强度随之减弱，其规律为：；在光纤中，信号的不同模式或不同频率在传输时具有不同的群速度，因而信号达到终端时会出现传输时延差，从而引起信号畸变，这种现象统称为色散。对于数字信号，经光纤传播一段距离后，色散会引起光脉冲展宽，严重时，前后脉冲将互相重叠，形成码间干扰，导致误码率增加。因此，色散决定了光纤的传输带宽，限制了系统的传输速率或中继距离。10．光纤中都有哪几种色散？解释其含义。答：根据色散产生的原因，光纤的色散主要分为：模式色散、材料色散、波导色散和偏振模色散。下面分别给予介绍。模式色散一般存在于多模光纤中。因为，在多模光纤中同时存在多个模式，不同模式沿光纤轴向传播的群速度是不同，它们到达终端时，必定会有先有后，出现时延差，形成模式色散，从而引起脉冲宽度展宽；由于光纤材料的折射率随光波长的变化而变化，使得光信号各频率的群速度不同，引起传输时延差的现象，称为材料色散。这种色散取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的线谱宽度；波导色散是针对光纤中某个导模而言的，在不同的波长下，其相位常数b不同，从而群速度不同，引起色散。波导色散还与光纤的结构参数、纤芯与包层的相对折射率差等多方面的原因有关，故也称为结构色散；对于理想单模光纤，由于只传输一种模式（基模LP01或HE11模），故不存在模式色散，但存在偏振模色散。偏振模色散是单模光纤特有的一种色散，偏振模色散的产生是由于单模光纤中实际上传输的是两个相互正交的偏振模，它们的电场各沿x，y方向偏振，分别记作LPx01和LPy01，其相位常数bx，by不同（bx≠by），相应的群速度不同，从而引起偏振色散。11.已知渐变型光纤纤芯的折射率分布为求:光纤的本地数值孔径NA(r)。解：，37 12．均匀光纤芯与包层的折射率分别为：nl＝1．50，n2＝1．45，试计算：（1）光纤芯与包层的相对折射率差Δ？（2）光纤的数值孔径NA？（3）在1km长的光纤上，由子午线的光程差所引起的最大时延差Δτmax？（4）若在1km长的光纤上,将Δτmax减小为10ns/km,n2应选什么值.解：（1）；（2）；（3）由n1sinq1=n2sinq2可求出sinq1为1.45/1.5，则列出方程并解得此时所走的光程为1.034483km，Δτmax=（1.034483-1）/c=1.1494e-7s/m。更正：则=（1000*1.5）/(3.0*108)*(1.5/1.45-1)=172.35ns（4）由题可以先求出光走的光程L=1003m。sinq1=1/1.003=n2/1.5，带入数据得到，n2=1.4955。更正：由公式可得，代入数据可得:1.49713.已知阶跃光纤纤芯的折射率nl＝1.465，相对折射率差Δ=0.01，纤芯半径a＝25μm试求:LPOl、LPO2、LP11和LP12模的截止波长各为多少？解：查表可以得到对应的Vc值分别为：0，3.8317，2.4048，5.520137 ，分别带入公式lc=2pn1(2D)1/2a/Vc，得到以下各值：无截止波长；9.624μm(8.493μm)；13.533μm；5.896μm。14.阶跃光纤，若nl＝1.50,λ0=l.3μm，试计算（1）若Δ=0．25，为了保证单模传输，其纤芯半径a应取多大？（2）若取a=5μm，为保证单模传输，Δ应取多大？解：（1）单模传输的条件，，将数据带入解出00，Ｋ＜１时，Re＜R，此时电波射线折射向上弯曲，与地球弯曲方向相反，故称负折射。当<0，K＞１时，Re>R，此时电波射线折射向下弯曲，与地球弯曲方向相同，故称正折射。在正折射中，K＝称为临界折射。K=4/3，ρ=4R称为标准大气折射；K<0，ρ>DE,EF≈2R,故可得：h1:d2=d1:2Rh1=d1d2/2R≈0.04218km同理：h2=0.045km(2)考虑到大气折射K=4/3时，上述情况下C点等效地面突起高度为:he1=d1d1/2Re=d1d2/2KR≈0.03164km同理，G点等效地面突起高度为：he2=d1d2/2Re=d1d2/2KR=0.03375km。1、若两相邻微波站A、B相距48km，反射点距A站18km和24km，求此两种情况下的地面突起高度h1和h2各是多少？若又考虑大气折射时的K值为4/3，再求上述两种情况下的等效地面突起高度he1和he2各是多少m？解：2、设微波中继通信采用f＝10GHz，站距为50km，路径为光滑球形地面，收发天线最小高度，如图7-12所示。求（1）不计大气折射K=1，保证自由空间余隙h0时，等高收发天线的最小高度；（2）在k＝4/3时，收发天线最小高度。37 解：（1）地形为光滑球面，地球半径6370km，线路中点之地面凸起高度h最大，可设中点为反射点（一般以地形最高点为反射点），d1=d2=25km,而，于是自由空间余隙为：，当K=1时，地面凸起高度：确定收发天线高度时，应使地面凸起高度最大处还留有h0的传播空间，故（2）k＝4/3时，地面凸起高度：1、已知某数字微波通信系统的技术指标如下：理论载噪比＝20dB，固定恶化=4dB，在室温下（290K），接收机的噪声系数＝2.1，接收机的等效带宽=26.8MHz，试计算出该系统的门限载波信号功率电平值。解：噪声功率N＝NFKToB=2.1*1.38e(-23)*290*26.8e6=2.25e-13w。，所以有2、已知一个6GHz的SDH155Mbit/s系统的传输信道参数如下：发射机的发射电平等于42dBm，收、发端天线增益各为43dB，单端馈线损耗[Lf]＝2.5dB，附加损耗[Lc]=2.5dB，信道的频带宽度为25.833MHz，实际门限载噪比[C/N]＝25.1dB，噪声系数＝2dB，收发两端之间的距离＝60km。试计算出系统的平衰落储备是多少？37 解：根据公式，直接带入数据解得，37 第八章卫星通信传输线路的特征1.简要叙述卫星通信的主要优缺点；与光纤通信相比，你认为卫星通信系统适合什么样的应用领域。答：卫星通信的主要优点是：（1）通信范围大，只要卫星发射的波束覆盖进行的范围均可进行通信。（2）不易受陆地灾害影响。（3）建设速度快。（4）易于实现广播和多址通信。（5）电路和话务量可灵活调整。（6）同一通信可用于不同方向和不同区域。主要缺点是：（1）由于两地球站向电磁波传播距离有72000Km，信号到达有延迟。（2）10GHz以上频带受降雨雪的影响。（3）天线受太阳噪声的影响。主要应用领域：（1）机内通信服务 （2）卫星导航的定位应用 （3）卫星导航在运输上的应用（4）卫星导航在非运输上的应用（5）数字电影 （6）卫星无线电 （7）卫星遥感业务2.卫星通信系统由哪几部分组成?它们各自的作用如何?卫星转发器的主要功能是什么?答：一个静止卫星通信系统由空间分系统(通信卫星)、地球站分系统、跟踪遥测与指令分系统（TT&C，Tracking,，TelemetryandCommandStation）和监控管理分系统（SCC，SatelliteControlCenter）四大部分组成。跟踪遥测与指令分系统又称为测控站，它是受卫星控制中心自直接管辖的、卫星测控系统的附属部分。它与卫星控制中心结合，其任务是：检测和控制火箭并对卫星进行跟踪测量；控制其准确进入静止轨道上的指定位置；待卫星正常运行后，定期对卫星进行轨道修正和位置保持；测控卫星的通信系统及其他部分的工作状态，使其正常工作；必要时，控制卫星的退役。监控管理分系统又称卫星控制中心，它的任务是对定点的卫星在业务开通前、后进行通信性能的监测和控制，例如对卫星转发器功率、卫星天线增益以及各地球站发射的功率、射频频率和带宽等基本通信参数进行监控，以保证正常通信。跟踪遥测与指令分系统和监控管理分系统构成了卫星测控系统。一个测控系统一般是由以卫星控制中心为主体的卫星控制系统和分布在不同地区的多个测控站组成。37 地球站是卫星传输系统的主要组成部分，所有的用户终端将通过它接入卫星通信线路。根据地球站的大小和用途不同，它的组成也有所不同。概括地说，卫星通信系统由空间段和地面段两部分组成。空间段以卫星为主体，并包括地面卫星控制中心SCC和跟踪、遥测和指令站TT&C，在TT＆C站与卫星之间，有一条控制和监视的链路对卫星进行监控。卫星星载的通信分系统主要是转发器，现代的星载转发器不仅仅能提供足够的增益（包含从上行频率到下行频率的频率变换），而且具有（再生）处理和交换功能。1.卫星通信使用哪些工作频段?原因是什么?目前使用较多的卫星通信业务主要有哪些?答：通信卫星比较适合的工作频段宜选在1~10,最理想的频段是4~6。2.通信卫星有哪些运行轨道?影响静止卫星轨道的有哪些因素?答：按卫星轨道的倾角分为以下三种：（1）若卫星的轨道平面与赤道平面重合，则此卫星轨道称为赤道轨道；（2）若卫星轨道平面穿过地球的南北极，即与赤道平面垂直，则称为极轨道；（3）卫星轨道平面倾斜于赤道平面，则称为倾斜轨道。按卫星离地面最大高度h的不同，可把卫星轨道分为：（1）低轨道（LEO，LowEarthOrbit），此时；（2）中轨道（MEO，MediumEarthOrbit），此时5000km＜h＜20000km；（3）高轨道（HEO，HighlyEllipticalOrbit），其轨道高度h＞20000km。对静止卫星来说，由于地球结构的不均匀和太阳、月亮引力的影响等，将使卫星运动的实际轨道不断发生不同程度地偏离开普勒定律所确定的理想轨道的现象，这种现象称为卫星的摄动。3.有哪几种干扰在卫星通信中必须考虑?它们的产生原因是什么？答：（1）系统热噪声与等效噪声温度——只要传导媒质处于热力学温度的零度以上，带电粒子就存在着随机的热运动，从而产生对有用信号形成干扰的噪声。（2）接收系统的内部噪声和外部噪声——37 接收天线收到卫星（或地球站）发来的信号的同时，还接收到大量的噪声。接收系统的噪声可分为来自各种噪声源的外部噪声和内部噪声。其中有些噪声是由天线从其周围辐射源的辐射中所接收到的，如宇宙噪声、大气噪声、降雨噪声、太阳噪声、天电噪声、地面噪声等，若天线盖有罩子则还有天线罩的介质损耗引起的天线罩噪声，这些噪声与天线本身的热噪声合在一起统称为天线噪声，还有些噪声则是伴随信号一起从卫星发出被收端地球站收到的，包括发端地球站、上行线路、卫星接收系统的热噪声，以及多载波工作时卫星及发端地球站的非线性器件产生的互调噪声；此外，还有些干扰噪声（如人为噪声、工业噪声)。宇宙噪声——宇宙噪声主要包括银河系辐射噪声、太阳射电辐射噪声和月球、其他行星射电辐射噪声。频率在1GHz以下时，银河系辐射噪声影响较大，故一般就将银河系噪声称为宇宙噪声。银河系噪声在银河系中心指向上达到最大值，通常称之为指向热空。而在天空其他某些部分的指向上则是很低的，故称之为指向冷空。宇宙噪声是频率的函数，在1GHz以下时，它是天线噪声的主要部分。大气噪声——大气层对穿过它的电波，在吸收能量的同时，也产后电磁辐射而形成噪声，其中主要是水蒸气及氧分子构成的大气噪声。大气噪声是频率的函数，在10GHz以上是显著增加，此外，它又是仰角的函数，仰角越低，穿过大气层的途径越长，大气噪声对天线噪声温度的贡献越大。降雨噪声——降雨及云、雾在产生电波吸收衰减的同时，也产生噪声，称之为降雨噪声。其对天线噪声温度的作用与雨量、频率、天线仰角有关。在4GHz、低仰角时，大雨对天线噪声温度的贡献也达50～100K，因此系统设计时应予以考虑。地面噪声——由于卫星天线对准地球，因而地球热噪声也是等效噪声温度T的一个重要组成部分。地球站天线除由其旁瓣、后瓣接收到直接由地球产生的热辐射外，还可能接收到经地面反射的其他辐射。当仰角不大时，地面噪声中对T贡献最大的是副反射面溢出噪声，这是指卡塞格林天线馈源喇叭的辐射波束主瓣边缘的相当一部分以及其旁瓣越过副反射面产生的噪声。当仰角小于30度时，天线接收的地面热噪声是相当大的。干扰噪声——37 包括来自其他同频段的卫星通信系统和同频段的微波中继通信系统的干扰噪声和人为干扰噪声。干扰噪声的大小与干扰的频率、干扰电波的传播环境、收发天线的增益方向性图函数等许多因素有关。其频谱一般为非白噪声，但不管这些干扰的频谱如何分布，在卫星传输系统的工程计算和设计中，都可采用将它们转化为等效噪声温度的办法而同系统的其他噪声同样对待。（3）接收机输入端的噪声功率——天线接收到各种噪声的大小可以用天线的等效噪声温度来表示。由电子线路分析可知，当接收机阻抗匹配时，接收机内部不产生噪声，那么其接收到的噪声功率仅决定于外部输入噪声的单边功率谱密度。1.在接收机前端滤波器输出端，测试得到的噪声功率为0.03pW，而滤波器等效噪声带宽为10MHz，试确定等效噪声温度。解：带入公式（其中k＝1.38×10-23J/K），求出T=217.39K。即，等效噪声温度为217.39K。2.试解释卫星接收系统G/T值的含义。某地球站使用5m的天线，工作频率为12Hz，天线噪声温度为100K，接收机前端噪声温度为120K，试计算G/T值(天线与接收机之间的馈线损耗忽略)。解：G/T值的大小，直接关系到卫星接收性能的好坏，且还可以不必考虑带宽，故把G/T称为卫星接收机性能指数，也称为卫星接收机的品质因数。G/T值越大，C/N越大，卫星接收机的性能越好。3.C频段(6.1GHz)地球站发射天线增益为54dB，发射机输出功率为l00W。卫星与地球站相距37500km，卫星与地球站收发馈线损耗均为[Lr]=1dB、馈线损耗[Lt]=2dB，[LR]=0.8dB、[La]=1.1dB卫星接收天线增益为398倍，转发器噪声温度为500K，卫星接收机带宽为36MHz。试计算下列数值：求卫星输入噪声功率电平dBW和卫星输入载噪比[C/N]。解：由带入相关数据得到[EIRP]E（dBw）=[PTE]+[GTE]=10lg100+54=74dB。则卫星接收机输入端的载波功率，[C]（dBw）=[EIRP]E+[GR]-[Lt]-[Lp]-[La]-[LR]-[Lr]=74+10lg398-2-0-1.1-0.8-2=94.1dBw4.—个12GHz的下行卫星系统参数如下：卫星输出功率为10W，馈线损耗1dB，天线增益为35.2dB；卫星到地球站距离d＝40000km37 ，大气层附加损耗为0.3dB。接收地球站天线增益为51.2dB，馈线损耗0.5dB，G/T＝26.2(dB/K)。求下行线路的[C/N]D。解：[EIRP]=10lg10+35.2=45.2（dBw）[G/T]＝26.2(dB/K)，[L]=1+0.3+0.5dB=1.8dB，[B]=10lg12000=40.79dB，1.在IS-IV号卫星通信系统，其卫星有效全向辐射功率[EIRP]S=34.2dBw，接收天线增益[GRS]=20.7dB。又知道某地球站发射天线增益[GTE]＝60.1dB，发送馈线损耗[LtE]＝0.4dB，发射机输出功率PTE=3.9kW，地球站接收天线增益[GRE]=60.0dB,接收馈线损耗[LrE]=0.1dB。试计算卫星接收机输入端的载波接收功率[CS]和地球站接收机输入端的载波接收功率[CE]。解：设[Lp]U=200.05(dB),[Lp]D=196.53(dB)由式（8-6）[EIRP]E（dBw）=[PTE]+[GTE]故地球站有效全向辐射功率为[EIRP]E=10lg3900+60.1=96（dBw）利用式（8-5），忽略La，LR及Lrs，则卫星接收机输入端的载波功率[Cs]=[EIRP]E-[LtE]+[GRS]-[Lp]U=96.0-0.4+20.7-200.05=-83.74（dBw）利用式（8-5），忽略La和LR，则地球站接收机输入端的载波功率[CE]=[EIRP]S+[GRE]-[Lp]D-[LrE]=34.2+60-196.53-0.1=一102.43（dBw）2.已知条件如图8-17所示，设卫星转发器工作在单载波状态，卫星和地球站的馈线损耗Lr]=1dB、馈线损耗[Lt]=2dB，[LR]=0.2dB、[La]=1dB，分别求出卫星线路的上行[C/T]U和下行[C/T]D的值。解：由于[L]dB=[Lt]·[Lp]·[LR]·[La]·[Lr]=2+200.6+0+1+1=204.6dB。（1）卫星上行线路的由题设条件知：＝13＋63＝76dBW，[Lp]=200.6dB，＝17.5dB，＝10lg50=17dBK37 （2）卫星下行线路的由题设条件知：＝22dBW＝32.44＋20lg20000＋20lg6000＝32.44＋86＋75.56＝194.02（dB）＝59.4dB,＝10lg40＝16dBK37'