衛(wei)星(xing)通訊一(yi)般情(qing)況(kuang)下都是使用高頻，究竟是什么原因呢(ni)，我們今天就(jiu)帶大家簡單了解一(yi)下。
FM調頻廣播的(de)頻率是88~108MHz，覆蓋范(fan)圍從幾百公(gong)里(li)到幾千(qian)公(gong)里(li)。
無線(xian)通(tong)信蜂窩網絡的頻率(lv)是(shi)400MHz ~ 3GHz 覆蓋范(fan)圍(wei)從幾(ji)公(gong)里到幾(ji)十公(gong)里。
WiFi 網絡(luo)的(de)(de)的(de)(de)通(tong)信(xin)頻率是2.4~2.5GHz 和5.2~5.8GHz 覆蓋范圍從(cong)幾(ji)米到幾(ji)百米。
衛星的(de)通信(xin)頻率(lv) 5GHz~40GHz 通信(xin)距離為3.6萬(wan)千米。
從上面幾張圖可以知道，電磁波頻(pin)率越低(di)，在(zai)空(kong)氣中自(zi)由(you)傳播(bo)的距(ju)離(li)就越遠。那(nei)為什么衛(wei)星離(li)地面那(nei)么遠，卻(que)不采用(yong)低(di)頻(pin)通(tong)信(xin)？為什么通(tong)信(xin)頻(pin)率高達5GHz~40GHz 卻(que)可以傳輸這么遠的距(ju)離(li)（3.6萬(wan)千米）？
要(yao)解(jie)釋(shi)這個疑問，我們需要(yao)理解(jie)5個方面的知識。
1、地球大氣電離層
電離(li)(li)層（Ionosphere）是地球大(da)氣(qi)的一(yi)個電離(li)(li)區域。電離(li)(li)層從離(li)(li)地面(mian)(mian)約50公(gong)里(li)開始一(yi)直伸展到(dao)約1000公(gong)里(li)高度(du)(du)的地球高層大(da)氣(qi)空域，其(qi)中存在(zai)相當多(duo)的自由電子和(he)離(li)(li)子，能(neng)使(shi)無線電波改(gai)變傳播速度(du)(du)，發生折(zhe)射(she)、反(fan)射(she)和(he)散射(she)，產生極化面(mian)(mian)的旋轉并(bing)受到(dao)不(bu)同程度(du)(du)的吸收。
長波(bo)（B）、中波(bo)（C），直接被(bei)電離層吸收，只能通過地面(mian)波(bo)傳(chuan)播；
短波（D） 可以(yi)被電離層反射，只能在電離層以(yi)下的大(da)氣內部傳播；
微波（A） 不被(bei)電離層所影響，可以直接穿透電離層。
所以(yi)(yi)，衛星(xing)通信必須采用(yong)微波(bo)頻段以(yi)(yi)上頻率的信號(hao)，才(cai)能實現星(xing)地(di)通信。
2、電磁波的自由空間衰減
電磁波(bo)在(zai)(zai)穿透任何介質時(shi)都會有損耗(hao)，所以(yi)電磁波(bo)在(zai)(zai)大氣中傳播的時(shi)候一(yi)樣會有損耗(hao)的存在(zai)(zai)。
電磁波在大氣自由空間中的(de)傳輸損耗和電磁波的(de)頻率及(ji)傳輸距離成(cheng)正比(bi)，公式如下：
看(kan)(kan)到(dao)這里，我(wo)猜你(ni)心中一定在想(xiang):看(kan)(kan)吧，確實是頻率(lv)越高(gao)，空間損耗(hao)越大，我(wo)的理解沒有錯誤，但是衛星為(wei)什么還要采用5GHz以上的頻率(lv)通信呢？別著急，讓我(wo)們繼續看(kan)(kan)下去，第3個知識點將為(wei)你(ni)解答疑惑(huo)。
3、無線通信接收功率鏈路計算
我們(men)都知(zhi)道(dao)，一(yi)個完(wan)整無(wu)線通(tong)信(xin)系(xi)統，包括有(you)，發射(she)機，發射(she)天線，傳(chuan)播介質，接(jie)收(shou)(shou)天線，接(jie)收(shou)(shou)機。那(nei)么，接(jie)收(shou)(shou)機最終能夠收(shou)(shou)到多少有(you)用信(xin)號(hao)就取(qu)決于它之(zhi)前的四個單元(yuan)。
下(xia)面列出無線通(tong)信接收功(gong)率的鏈(lian)路計算(suan)公式：
看到(dao)這(zhe)里，各位看官估(gu)計(ji)心里已(yi)經有(you)答案了，是的，只要將(jiang)天線增益做(zuo)高，是有(you)可能彌(mi)補自(zi)由空間損耗的。但是，如何(he)實(shi)現(xian)呢？
4、高增益天線
關于天線(xian)(xian)的(de)知(zhi)識，這里不(bu)做過(guo)多的(de)解釋(shi)，我們(men)把目(mu)光集中在如何實現天線(xian)(xian)的(de)高(gao)增益上。我們(men)都(dou)知(zhi)道(dao)，廣(guang)播(bo)電視需(xu)要做一對多通(tong)信，天線(xian)(xian)通(tong)常都(dou)建(jian)在高(gao)山或者高(gao)樓上，目(mu)的(de)是(shi)為了覆蓋更多的(de)用戶。所以這種(zhong)天線(xian)(xian)都(dou)是(shi)全向天線(xian)(xian)，它們(men)向四面八方發(fa)射電磁波，電磁波分(fen)散(san)的(de)越(yue)廣(guang)，能量消耗越(yue)快。
那么(me)，如果(guo)將這些四散的電磁波集中(zhong)起來，向一個方向發射呢？
是(shi)的(de)，如(ru)果能夠讓天(tian)線(xian)只向一個方向發射，那么(me)天(tian)線(xian)增(zeng)益(yi)將(jiang)獲得極大的(de)提升。這就(jiu)是(shi)定向高增(zeng)益(yi)天(tian)線(xian)的(de)由來。
; 介紹一(yi)種經(jing)典(dian)的定向(xiang)高增益(yi)天(tian)線(xian)(xian)，卡塞格倫(lun)天(tian)線(xian)(xian)，也叫(jiao)拋(pao)物面天(tian)線(xian)(xian)：
直接給(gei)出它(ta)的經(jing)驗計算公式(shi)：
由此公式可以得出結論：
同等尺寸的拋物面天線，當工作頻率增加一倍時，天線增益將提升6dB！
有興趣(qu)的看官可(ke)以自己算算，是(shi)不是(shi)這(zhe)個(ge)道理(li)？
講(jiang)到(dao)這里，我們來做(zuo)一個簡單的計(ji)算：
先給出條件
天地通信距離：
地球同步軌道=35786km，
取整(zheng) D=36000km通信(xin)頻(pin)率：
3GHz 和 30GHz發射接收(shou)天線的尺寸：
都定(ding)為直徑10m 的拋物面天線
發射功率：
100W=50dBm
然后開始計算
01、首先計算自由空間衰減
· 由于是(shi)GHz 頻率
· 所以代入公式
L=92.4+20lg（F）+20lg（D）· 設衛星和(he)地面的距離D=36000km;· 分別計算出3GHz的空間(jian)衰減：
L3=92.4 +9.5+91.1=193
· 30GHz的空間衰(shuai)減：
L30=92.4+29.5+91.1=213
02、計算發(fa)射(she)和(he)接收天線的增益
· 拋(pao)物面天線的(de)計(ji)算公式為單位為dBi.
· 分別計算出：
· 3GHz波長為 0.1m
· 則天線增益為：
Gt3
= Gr3
= 10 lg [4.5 x (10/0.1)2]
= 46.5
· 30GHz波長為0.01m
· 則天線增益為：
Gt30
= Gr30
= 10 lg [4.5 x (10/0.01)2]
= 66.54
03、計(ji)算實際(ji)的(de)鏈路功率(lv)
· 接收機實際(ji)接收到(dao)功率：
代入公式 Pr=Pt+Gt-L+Gr，
· 發射功率
Pt=100W=50dBm· 則可以分別計(ji)算出
· 3GHz 接收機(ji)接收到(dao)的信號功率(lv)：
Pr3
= 50dBm + 46.5 - 193 + 46.5
= -50dBm· 30GHz 接收機接收到的(de)信號功率：
Pr30
= 50dBm + 66.5 - 213 + 66.5
= -30dBm
結果很清楚：
在不考慮天氣因素（比如下雨，比如陰天云層厚）的情況下，越高頻率的無線鏈路效率越高！
5、高頻率，大帶寬，高速率
衛星在太空中需要靠電池工作，而電池能量是有限的。所以，縮短通信時間是節約電池能量的好辦法。在需要傳輸的信息量恒定的條件下，想要縮短通信時間，則必須提高傳輸速率。那么怎么提高傳輸速率呢？香農老爺爺給我們指了一條明路：提高通信帶寬就可以提高信息傳輸速率。
; 大帶(dai)寬攜帶(dai)更(geng)多信息(xi)
在地球上(shang)，5G以(yi)下的(de)無線電頻(pin)段已經被各種通信(xin)(xin)設(she)備所(suo)占(zhan)領(ling)，沒辦法空出一塊完(wan)整的(de)大帶寬給到衛星(xing)通信(xin)(xin)，而5G以(yi)上(shang)還有相對完(wan)整的(de)頻(pin)譜資源，所(suo)以(yi)，衛星(xing)通信(xin)(xin)選擇5G以(yi)上(shang)也是(shi)為(wei)了(le)方(fang)便數據的(de)傳輸。
總(zong)結：好啦！啰嗦了(le)上面辣么多，不曉得你(ni)們看懂(dong)沒有……
總之，由此，我(wo)們可以(yi)得(de)出，衛星之所以(yi)采用5GHz以(yi)上的工作頻率，有下面幾個原因(yin)：
◆ 可以順利穿過電(dian)離(li)層，不會被反射(she)或吸收
◆ 高頻傳(chuan)輸在高增益天線(xian)的支持下，并不會帶來太大的功率損耗。
◆ 高頻意味著(zhu)大帶(dai)寬，根據香農公式，帶(dai)寬越寬，信息傳輸速率越高，對節約電能(neng)，提高衛星使用壽(shou)命(ming)有(you)幫(bang)助。
◆ 5G以上還有相對完整的頻譜資(zi)源(yuan)，不(bu)容(rong)易被干擾。
