위성통신 전파 특성 - UHF (300MHz ~ 3GHz), SHF (3 ~ 30GHz) 대역
1. 개요
o 위성 통신에서, 수백MHz 이하의 주파수 대에서는 우주 잡음 증가, 전리층 감쇠와
신틸레이션 영향이 크고, 10GHz 이상의 높은 주파수 대에서는 대기 가스나 강우 등에
의한 감쇠 및 열 잡음 등이 문제가 됨
o 따라서 이들의 영향이 비교적 적은 300MHz ~ 10GHz 주파수 영역을 전파의 창
(Radio Window)라고 함
실제 위성 통신에서는 1 ~ 10GHz 주파수 대역이 가장 많이 사용됨
o 현재는 통신 채널의 확보를 위하여 10GHz 이상의 주파수 대역 이용도 증가하고 있음
2. 대기의 영향
가. 흡수 감쇠
o 전자파가 대기 중을 통과할 때, 대기 중의 산소, 수증기, 비, 안개와 구름, 눈과
진눈깨비, 자유전자에 의해 흡수되거나 산란되어 손실과 잡음이 발생함
o 이 중에서 위성통신(UHF, SHF 대역)에서는 수증기와 산소에 의한 감쇠의 영향이 크므로
수증기, 산소에 의한 감쇠를 대기 감쇠로 취급함
o 수증기에 의한 대기 흡수 손실은 21GHz에서,
산소에 의한 흡수 손실은 60GHz에서 최대값을 가지며,
안테나의 지향 앙각이 작을수록 대기 굴절율 영향으로 전파 경로가 길어지므로
손실이 커진다.
나. 대기 굴절율의 영향
o 대기 굴절율은 지상에서의 높이에 비례하여 약간씩 증가하므로 대기층(지상 ~ 20km)을
통과하는 전자파에 대하여 오목렌즈와 같은 작용을 하여 전자파의 발산 감쇠를 가져옴.
( de-focusing attenuation )
o 또한 대기 난조에 의한 대기 굴절율의 불규칙 변동은 전자파의 산란 작용을 일으키고,
대구경 안테나의 개구면에 도달하는 전자파의 진폭 및 위상 분포를 불규칙하게 만든다.
이에 따른 감쇠를 확산 감쇠 (diffusive attenuation) 이라고 함
o 대기 굴절율의 불규칙한 변동은 대기 신틸레이션 (Atomospheric Scintillation)
페이딩을 발생시킴
다. 대기 잡음
o 산소와 수증기로부터 전자파를 흡수하여 재 방사함으로써 발생함
o 대기 흡수가 높은 주파수 대역에서 앙각이 작을수록 커짐
라. 강우의 영향
o 강우 중인 공간을 통과하는 전자파는 빗방울에 의한 흡수와 산란으로 감쇠를 받음
o 빗방울에 의한 전자파의 흡수 감쇠는 대기 가스와 마찬가지로 열 잡음으로 지구국에
영향을 미치는데, 이를 강우 잡음이라고 함
o 3GHz 이하의 주파수에서는 강우에 의한 흡수 손실이나 잡음의 영향을 무사할 수 있으나,
3GHz 이상에서 급격히 증가하여 18GHz이상에서는 다른 요인에 의한 감쇠 값보다
강우 감쇠 값이 더 커진다.
3. 전리층의 영향
가. 패러데이 (Faraday) 회전
o 선형 편파가 전리층을 통과할 때, 진행 방향과 일치한 자계에서 편파면이 회전하는 현상으로서,
회전의 크기가 주파수의 자승에 반비례하여 감소하므로 10GHz이상에서는 별 영향이 없으나,
(직선 편파를 이용한) 직교편파를 사용하는 경우에는 교차 편파 식별도가 나빠짐
o 이는 원 편파 사용 또는 수신 안테나 추미 기능 부가로 방지함
나. 전리층 신틸레이션 (Scintillation)
o 시간에 따라 전리층이 불규칙하게 변함으로써 전파의 크기, 위상, 편파 수신각이 변하여
신호의 페이딩을 발생시킴
o 수분간 지속되어 페이딩 영향이 나타날 수 있으므로 설계시 고려해야 함
4. 결론
o 그 동안 위성 통신용으로 1 ~ 10 GHz 주파수 대역 (예, 6/4GHz C Band)이 주로
사용되어 왔으나, 최근 통화량의 증가로 10GHz이상의 주파수 대역을 많이 사용하게 됨
o 이 경우 강우에 의한 영향을 많이 받게 되어, 여러 가지 강우 감쇠 예측 방법과
이에 대한 보상 방법이 연구되고 있음 - 위치(공간) 다이버시티 이용 등
이상