雨衰對衛星電視收訊的影響 (I)

l 雨衰對衛星電視收訊的影響 (I)　　(范新鑫 2014.1) www.starchina.com.tw

在所有的無線電波頻段使用, 衛星通訊頻段的是較高的一群, 也最接近光(波)的特性. 並常用在太空中傳播, 下鏈時與日光都一樣自太空中射入地面. 因此在這裡就引用“中央研究院環境變遷研究中心, 氣候變遷實驗室《第五章大氣的光與色彩》 ”光(波)的學理知識和圖像, 來說明雨衰對衛星電視收訊的影響, 比較淺顯易懂.

衛星電視訊號, 不論是從衛星地面站上鏈至地球赤道上空約3萬6千公里的同步衛星, 還是從同步衛星下鏈至廣大地面的收視戶, 或多或少會路經雲雨(雪)區, 衛星電波因此會受到反射, 折射, 繞射或散射等不同程度的物理現象影響, 而造成地面終端收訊的問題.

通常以年收訊內受雨衰中斷累積總量不超過8.76小時為標準. 也就是說, 在雨衰的可能影響下, 換算成衛星成功傳送率將達到99.9%的目標, 這是衛星傳播界的潛規則, 早在13年前的太平洋衛視和現在的DISH HD都有這一方面的認知. 台灣地區年平均降雨量約2515毫米, 約為全球年平均降雨量970毫米之2.6倍. 若把相當的衛星傳播條件套在全球大部份地區, 其受雨衰的影響可以更小.

以下舉例, 根據各家衛星公司所發布的衛星“有效等向覆蓋功率EIRP (effective isotropic radiated power)”覆蓋範圍內, 再搭配適當的碟型天線尺寸.

什麼叫做“有效等向覆蓋功率EIRP”? 當環繞在赤道上空約3萬6千公里的衛星, 對地球表面傳播信號時, 不同區域的地理位置, 會有不同的信號覆蓋強度. 若將其位於各地有效的信號強度相等的點連成一線, 就會形成一環狀的等回歸線(isotropic). 不同大小階層的覆蓋信號, 強度相等的點彼此連線後, 就會形成不同階層的信號覆蓋強度環狀等回歸線. 恰似一座座的梯田一般. 地圖上所使用的地形等高線和氣象圖上所使用的大氣等壓線, 都是一樣的觀念.

衛星覆蓋信號所形成的“有效等向覆蓋功率”(EIRP), 越靠近等回歸線內環的, 表示該地區有效的覆蓋信號越強, 所對應使用的碟形天線也就可以越小; 反之, 碟形天線就得越大.

本部自2003.8期“碟形天線大小與收視節目多寡的關係”一文以來, EIRP一直譯成“有效等回歸線發射功率”, 不甚完美. 但相較於大多數, 包括國家通訊傳播委員會NCC都採用“等效全向輻射功率”, 搞得裝衛星的客人, 要不然連周遭的街坊鄰居, 都以為衛星電波好像有什麼輻射(線)似的, 甚是困擾. 直至今日發現國家教育研究院是將其譯成“有效等向覆蓋功率”, 才找到較貼切的譯名. 進而與上一段“地形等高線和大氣等壓線”相呼應, 衛星及一般無線電波發射的信號場強覆蓋圖的曲線, 就叫做“電訊等強線”.

以下列舉10張不同衛星有效等向覆蓋功率圖 (但會因年代和需求的不同而所調整, 這裏只是為方便解說而列舉的圖片), 再搭配 [附表] 中Lyngemark Satellite機構對EIRP對映衛星接收碟盤尺寸的建議值, 就可以得出所對映的碟型天線尺寸大小. 在下列EIRP覆蓋圖中不難發現, Ku band衛星的發射功率普遍地比C band衛星來得強許多. 此項特點將使學理上認為C band的波長較Ku band的波長長, 在雲雨區的穿透力較強, 因此Ku band所受雨衰的影響將微微高過C band的這項小弱勢, 將因Ku band衛星的發射功率普遍強過C band許多而有所改變. 同時也使得接收Ku band衛星比收C band衛星的碟型天線尺寸小了許多.

亞衛3號 C有效等向覆蓋功率圖亞衛3號 Ku有效等向覆蓋功率圖

亞衛2號 C有效等向覆蓋功率圖亞衛2號 Ku有效等向覆蓋功率圖

亞太2R C有效等向覆蓋功率圖亞太2R Ku有效等向覆蓋功率圖

亞太5號 C有效等向覆蓋功率圖亞太5號 Ku有效等向覆蓋功率圖

BS Ku有效等向覆蓋功率圖 CS Ku有效等向覆蓋功率圖

[附表]: Lyngemark Satellite機構對EIRP對映衛星接收碟盤尺寸的建議值,

C-band				Ku band
EIRP(dBW)	Size (cm)	EIRP(dBW)	Size (cm)	EIRP(dBW)	Size (cm)	EIRP(dBW)	Size (cm)
>42	75	31	260-310	>50	50	39	150-205
42	55-95	30	295-350	50	50-65	38	180-230
41	70-100	29	325-390	49	50-70	37	215-255
40	85-115	28	365-435	48	50-75	36	240-280
39	105-130	27	410-490	47	55-90	35	270-315
38	120-150	26	460-555	46	60-95	34	300-360
37	130-165	25	520-625	45	75-100	33	335-405
36	135-180	24	580-710	44	90-120	32	380-450
35	150-200	<24	>650	43	105-130	31	425-505
34	175-225			42	120-150	30	475-570
33	210-250			41	130-165	<30	>500
32	235-275			40	135-180

[本部文案]: 其他詳情可參閱本部下列相關報告之說明.

1. 衛星接收碟盤尺寸之選定考量 (2008.7).

2. 碟形天線大小與收視節目多寡的關係 (2003.8).

[參考文獻 / 資料出處]:

3.《第五章大氣的光與色彩》中央研究院環境變遷研究中心, 氣候變遷實驗室, 2013年.

4. 經濟部水利署地下水觀測網《地理環境》欄目, 2013年.

5. SatcoDX全球衛星數據控制中心(SatcoDX Satellite Control Center) 2003年的登錄統計.

6. “Lyngemark Satellite”~~ http://www.lyngsat.com/, 2008年.