7. 通信卫星链路¶
通信卫星是电子战（EW）的一部分。各系统通过卫星链路进行通信，而敌方卫星链路则是截获或干扰的合理目标。通信卫星在地球表面或近地表的终端之间传递信息，如图7.1所示。链路方程分别定义了上行链路、下行链路以及终端之间的整个路径。虽然卫星链路遵循与地面-地面或空-地通信相同的物理规律，但它们的设计和描述通常采用不同的公式。这些差异来自空间环境的性质以及通信卫星的使用方式。
7.1 通信卫星的特性¶
在常规EW方程（适用于大气层内）中，一个基本假设是所有设备和传输介质都处于290 K。这一假设成立，因为开尔文温标的零点是绝对零度，而导致链路变化1 dB所需的温度变化远大于导致人类死亡的温差。然而，在太空中，接近绝对零度的低温很常见，这需要对接收机灵敏度采用不同的计算方式。
通信卫星链路通常具有很大的带宽，以服务多个同时用户，每个用户只购买所需的带宽。这使得独立于带宽的链路方程形式非常有用。此外，通信卫星以数字形式传递信息，因此公式通常使用数字通信术语。
图7.1 通信卫星通过微波链路在地球表面或近地表的点之间传递数字信息，链路长度可达 \(40,320 \mathrm{~km}\)。
其余差异仅在于卫星通信（SATCOM）人员习惯的表达方式。
在本章中，我们将：
- 回顾相关术语和定义；
- 计算接收机噪声温度；
- 讨论卫星轨道；
- 描述上行链路和下行链路的链路方程形式；
- 讨论卫星链路受干扰的脆弱性；
- 最后将通信卫星链路方程与等效的地面形式联系起来。
7.2 术语和定义¶
表7.1列出了一些用于通信卫星链路的分贝单位定义。这些专用分贝单位存在的原因将在后续术语和定义讨论中变得清晰。它们将用于通信卫星形式的链路方程。
表7.1 通信卫星的分贝定义
| 单位 | 定义 |
|---|---|
| K | 开尔文温度的缩写 |
| dBHz | = 频率或带宽（Hz）的分贝值 |
| dBW/K | = 功率（W）的分贝值除以温度（K） |
| dBi/K | = 天线相对于各向同性的增益分贝值除以温度（K） |
| dBW/HzK | = 功率（W）的分贝值除以带宽（Hz）与温度（K）的乘积 |
| \(\mathrm{dBW} / \mathrm{m}^{2}\) | = 信号功率密度（W/m²）的分贝值 |
表7.2定义了通信卫星链路方程形式中常用的几个专用术语。对于每个术语，给出了符号、定义及其适用的分贝单位。这些术语均为分贝形式（即对数形式而非线性形式）。需要注意的是，在指代开尔文温度时，常用符号“K”和“kelvins”。
表7.2 通信卫星链路方程形式中使用的专用术语
| 符号 | 定义 | 单位 |
|---|---|---|
| C | 接收到的载波功率 | dBW |
| k | 波尔兹曼常数 | dBW/HzK |
| C/kT | 载波与单位带宽热噪声功率比 | dBHz |
| C/T | 载波与热噪声温度比 | dBW/K |
| \(E_{b} / N_{0}\) | 每比特能量与单位带宽噪声比 | dB |
| EIRP | 等效全向辐射功率 | dBW |
| \(\mathrm{G} / \mathrm{T}_{\mathrm{s}}\) | 优值因子（Figure of merit） | dBi/K |
| PFD | 功率通量密度 | \(\mathrm{dBW} / \mathrm{m}^{2}\) |
| Q | 系统质量因子 | dB(W/K) |
| W | 照射水平 | \(\mathrm{dBW} / \mathrm{m}^{2}\) |
“C”表示接收机接收到的射频（检波前）信号功率。这有些令人困惑，因为它代表“载波”。实际的射频信号包含一个载波（在标称传输频率）和调制边带（承载信息）。在此情况下，“载波”并不真正指载波，而是指整个信号——包括载波和边带。
“k”表示波尔兹曼常数（\(1.38 \times 10^{-23}\) 瓦秒 \(/ \mathrm{K}\)）。小写k用于避免与表示开尔文温度的大写K混淆。由于Hz的实际单位为\(1/\)秒，波尔兹曼常数也可以表示为线性单位W/(HzK)，或分贝单位dBW/HzK。波尔兹曼常数的分贝形式（常用值）为：
“\(\mathrm{C} / \mathrm{kT}\)”是接收到的载波功率与每Hz带宽噪声功率的比值。可以将kT视为EW接收机灵敏度计算中的kTB，但省略了带宽项。该表达式的线性单位为W/[(W·s/K)(K)]，简化为\(1/\)s或Hz。因此，\(\mathrm{C} / \mathrm{kT}\)的分贝单位为dBHz。
“\(\mathrm{C} / \mathrm{T}\)”是接收到的信号功率与环境热噪声温度的比值。如果分母改为kTB，则其变为载波与热噪声比。
“\(E_{b} / N_{0}\)”并非通信卫星计算所独有，它在所有数字通信中广泛使用，作为数字形式的SNR。它最容易理解为：数字接收机的输出SNR除以比特率（在1 Hz带宽下）。\(N_{0}\)是单位带宽的热噪声（即kT），\(E_{b}\)是单个比特的能量（即信号功率乘以比特持续时间）。由于分子和分母具有相同的单位（瓦秒），因此这是一个纯比值，单位仅为分贝。
EIRP是等效全向辐射功率。它是指某发射机若通过全向天线辐射，要产生实际天线在特定方向发射的功率所需的功率。它只是ERP的另一种表述。两者都是信号强度值，由发射机输出功率加上指向接收机方向的天线增益得到。其单位为dBW。
“\(\mathrm{G} / \mathrm{T}_{\mathrm{S}}\)”是接收机的优值因子，用于通信卫星接收机系统设计中最有意义的形式。它等于接收天线增益除以接收系统噪声温度。它直接关系到在某一卫星或地面站位置必须到达的信号水平，以实现“信号等于噪声”的条件——与带宽无关。其单位为\(\mathrm{dBi}/\mathrm{K}\)。
“PFD”是空间中的功率通量密度。一个相关术语是\(\mathrm{PFD}_{\mathrm{B}}\)，即指定带宽内的功率通量密度。由于国际无线电咨询委员会（CCIR）将卫星可向地球表面辐射的功率通量密度定义为每4 kHz带宽的通量密度，因此\(\mathrm{PFD}_{\mathrm{B}}\)通常以\(\mathrm{dBW}/\mathrm{m}^{2}\) 每\(\mathrm{B}_{\text {CCIR}}\)（即每4 kHz带宽）表示。
“Q”是一个系统质量因子术语，将EIRP与接收机优值因子相结合（EIRP \(+\mathrm{G} / \mathrm{T}_{\mathrm{S}}\)）。它与接收到的信号质量相关（与带宽无关），但不考虑传播损耗。它是一种便于将链路其他因素与损耗分离的方式。需要注意的是，dBW与dB/K相加的结果单位是dB(W/K)，因为后者的分贝分子是无量纲比值。
“W”是到达接收天线的功率通量密度。其单位与PFD相同（\(\mathrm{dBW}/\mathrm{m}^{2}\)）。
7.3 噪声温度¶
在大多数EW应用中，发射机、接收机以及所有传播路径都位于大气层内，因此我们假设一切处于（或接近）290 K。这意味着我们将接收机灵敏度作为kTB、接收机系统噪声系数和所需SNR的函数，以dBm计算。kTB的计算公式为：
如前所述，卫星链路方程通常不直接考虑接收机灵敏度，而是包含天线输出端的接收机系统噪声温度。
7.3.1 系统噪声温度¶
接收机噪声温度（\(T_{S}\)）的计算公式为：
其中：
这三个分量温度的确定方法如下文各节所述。
7.3.2 天线噪声温度¶
天线噪声温度由天线波束内的接收情况决定。如果天线指向太阳，噪声温度极高，系统通常在太阳离开波束前几乎无用。如果天线波束完全覆盖地球或雨区，则天线温度约为290 K。如果整个天线波束高于地平线，且天线副瓣远低于主瓣增益，并且天空晴朗，那么天线温度可由图7.2（摘自L. V. Blake《Radar Range Performance Analysis》及早期NRL报告）确定。需要注意，该图给出了噪声温度随接收天线仰角和接收频率的函数。在较低频率时，银河系中的恒星辐射噪声较为重要，并会提高天线温度。银河系边缘（即银河）具有最大的噪声温度。
图7.2 天线温度是频率和天线仰角的函数。
7.3.3 线路温度¶
天线与接收机之间损耗产生的噪声温度对系统噪声温度的贡献公式为：
其中：
\(L\) 为接收机前的损耗量（dB）；
\(T_{M}\) 为损耗机制的环境温度（通常为290 K）。
该公式也常被写作：
其中 \(L\) 为线性形式（而非分贝形式）的衰减。需要注意，天线温度可能显著低于衰减器的环境温度。
7.3.4 接收机噪声温度¶
接收机系统噪声温度可由其噪声系数计算，公式为：
其中：
\(T_{R X}=\) 接收机噪声温度（K）；
\(T_{R}=\) 参考温度（通常为290 K）；
\(N F=\) 接收机噪声系数（dB）。
若参考温度为290 K，则可利用表7.3将噪声系数转换为噪声温度。
表7.3 噪声系数与噪声温度对照表
| 噪声系数 (dB) | 噪声温度 (K) |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 0.5 | 35 |
| 1 | 75 |
| 1.5 | 120 |
| 2 | 170 |
| 2.5 | 226 |
| 3 | 289 |
| 3.5 | 359 |
| 4 | 438 |
| 4.5 | 527 |
| 5 | 627 |
| 5.5 | 739 |
| 6 | 865 |
| 6.5 | 1,005 |
| 7 | 1,163 |
| 7.5 | 1,341 |
| 8 | 1,540 |
| 8.5 | 1,763 |
| 9 | 2,014 |
| 9.5 | 2,295 |
| 10 | 2,610 |
| 11 | 3,361 |
| 12 | 4,306 |
| 13 | 5,496 |
| 14 | 6,994 |
| 15 | 8,881 |
| 16 | 11,255 |
| 17 | 14,244 |
| 18 | 18,008 |
| 19 | 22,746 |
| 20 | 28,710 |
| 21 | 36,219 |
| 22 | 45,672 |
当接收机包含多个增益级时，其噪声温度由首级噪声温度主导。来自下游级的噪声温度分量会被上游级的增益削弱。在图7.3所示的三级接收机中，接收机噪声温度公式为：
其中：
\(T_{1}\) 为第一级的噪声温度；
\(G_{1}\) 为第一级的增益（非分贝形式）；
其余各级类推。每一级的噪声温度可由上述 \(T_{R X}\) 公式计算。
图7.3 该三级接收机的噪声温度主要由第一级的噪声系数决定。
7.3.5 噪声温度示例¶
考虑图7.4所示的地面站接收系统。由于其位于大气层内，参考温度为290 K。接收机工作在5 GHz，其天线仰角为 \(5^{\circ}\)，由图7.2可知天线温度为30 K。在接收机前有 \(10 \mathrm{~dB}\) 的损耗，因此线路温度为 \(0.9 \times 290=261 \mathrm{~K}\)。接收机噪声温度为：第一放大级438 K，第二放大级261 K，总计699 K。
系统噪声温度因此为：\(30 \mathrm{~K}+261 \mathrm{~K}+699 \mathrm{~K}=990 \mathrm{~K}\)。
图7.4 本示例接收系统天线仰角 \(5^{\circ}\)，天线与接收机之间有 \(10 \mathrm{~dB}\) 损耗，且为一台调谐至5 GHz的两级接收机。
7.4 链路损耗¶
由于卫星链路涉及的距离很长，因此链路损耗非常显著。由于链路的大部分路径在地球大气层外，一些损耗源的计算方式也有所不同。我们将考虑：扩展损耗、大气损耗、以及雨或雾衰减。在大多数情况下，这些损耗的总和（以分贝计）可视为总链路损耗。天线失配等损耗则单独处理。这些损耗适用于卫星与地面站之间的链路，也适用于由卫星搭载的接收载荷截获地面发射机时的链路损耗。
7.4.1 扩展损耗¶
我们以两副全向天线（即 \(0 \mathrm{~dB}\) 增益）之间的传输函数来计算扩展损耗。其公式与视距链路的计算相同：
其中：
\(L_{S}=\) 两副全向天线之间的扩展损耗（dB）；
\(F=\) 发射频率（MHz）；
\(d=\) 发射天线与接收天线之间的距离（km）。
7.4.2 大气损耗¶
由于卫星链路穿过整个大气层，因此我们不再像地面链路那样按每公里计算损耗。大气总损耗如图7.5所示，它是频率和仰角的函数（该图引自L. V. Blake《Radar Range-Performance Analysis》及早期NRL报告）。仰角较低时，大气损耗更大，因为路径中更多部分在大气层内。曲线包括了水汽和氧气的损耗。可以看到，22 GHz处有水汽峰值，60 GHz处有氧气峰值。接近60 GHz的极高损耗使其成为卫星间通信的理想频率，因为不会受到地面信号干扰。
例如，在10 GHz时，仰角 \(0^{\circ}\) 下的大气损耗为3 dB，而仰角 \(5^{\circ}\) 下为0.5 dB。
图7.5 大气总衰减通常以频率和地面站仰角为函数给出。
7.4.3 雨和雾衰减¶
雨和雾衰减比前两种损耗更复杂。该衰减是降雨或雾的强度、频率以及信号路径在雨或雾中传播距离的函数。图7.6给出了路径几何。传输路径从地面站穿过雨或雾直到 \(0^{\circ} \mathrm{C}\) 等温线高度（此处水开始结冰）。在此高度之上，降水为冰，其衰减远低于水滴。
图7.6 卫星链路从地面到 \(0^{\circ}\) 等温线高度的部分会受到雨或雾的衰减。
雨/雾路径长度公式为：
其中：
图7.7为冻结高度（\(0^{\circ}\) 等温线）与纬度的关系图。百分比概率表示在一年中冻结高度达到或超过某一高度的时间比例。
图7.7 水开始冻结的高度随纬度而变。
一旦确定了雨/雾路径长度，就可根据图7.8求得雨/雾衰减。该图可在多个参考文献中找到（包括L. N. Ridenour《Radar Systems Engineering》）。应注意该图并不精确，因为不同参考文献中的等效曲线在某些频率上相差数dB。首先根据表7.4选择合适的降雨曲线或根据表7.5选择合适的雾曲线，然后在图7.8中查找对应工作频率下的每公里衰减量。最后，将路径长度乘以每公里衰减量即可。如果路径中有显著部分位于雾中，则需用表7.5选择雾曲线，并对雾中路径长度应用相应损耗。
图7.8 雨或雾衰减是降雨/雾密度及传输频率的函数。每条曲线对应表7.4定义的降雨密度或表7.5定义的雾密度。
表7.4 图7.8曲线对应的降雨强度
| 曲线 | 强度 | 描述 |
|---|---|---|
| A | \(0.25 \mathrm{~mm} / \mathrm{hr}\) | 毛毛雨 |
| B | \(1.0 \mathrm{~mm} / \mathrm{hr}\) | 小雨 |
| C | \(4.0 \mathrm{~mm} / \mathrm{hr}\) | 中雨 |
| D | \(16 \mathrm{~mm} / \mathrm{hr}\) | 大雨 |
| E | \(100 \mathrm{~mm} / \mathrm{hr}\) | 暴雨 |
表7.5 图7.8曲线对应的雾密度
| 曲线 | 密度 | 能见度 |
|---|---|---|
| F | \(0.032 \mathrm{gm} / \mathrm{m}^{3}\) | 大于600 m |
| G | \(0.32 \mathrm{gm} / \mathrm{m}^{3}\) | 约120 m |
| H | \(2.3 \mathrm{gm} / \mathrm{m}^{3}\) | 约30 m |
例如，如果纬度为 \(40^{\circ}\)，并考虑 \(0.1 \%\) 条件，则冻结高度假设为3 km。若仰角为 \(30^{\circ}\)，则雨或雾路径长度为 \(6 \mathrm{~km} (3 \mathrm{~km} / \sin 30)\)。若链路工作频率为10 GHz，且为大雨情况，则衰减为2 dB（使用曲线D；衰减为 \(0.33 \mathrm{~dB} / \mathrm{km} \times 6 \mathrm{~km}\)）。
7.4.4 法拉第旋转¶
法拉第旋转由地球磁场引起，它会使通过电离层的信号极化方向发生旋转。该效应与 \(1 /(\text{频率})^{2}\) 成正比，因此频率越低，预期的极化损耗就越大。在VHF和UHF频段，法拉第效应会导致很大的损耗，而在大约10 GHz以上时，通常认为其影响可以忽略不计。
由于接收信号的线极化与接收天线的线极化不匹配而导致的损耗（以分贝计）可由以下公式计算：
其中：
\(L=\) 损耗（dB）；
\(\theta=\) 极化不匹配角（度）。
表7.6显示了不同极化不匹配角度下的损耗。法拉第旋转会随一天中的时间以及一些难以预测的因素而变化。然而，当使用匹配的圆极化发射和接收天线时，极化损耗不会发生。
7.5 典型链路中的链路损耗¶
考虑两种典型的卫星通信系统：一种使用同步卫星，另一种使用近地轨道卫星。这两种系统的几何结构将作为后续链路吞吐量计算的基础。
7.5.1 同步卫星¶
轨道平均半径（即以地心为焦点的椭圆的长半轴）与轨道周期之间存在关系。如果轨道是圆形（即椭圆偏心率为零）、位于地球赤道平面且高度为 \(36,000 \mathrm{~km}\)，那么卫星将以23小时56分4.1秒的周期绕地球一周。这使得卫星能够始终停留在地球表面的同一点上，从而成为“同步”卫星。（请记住，地球每天自转略多于 \(360^{\circ}\)，以保证每天中午同一点面对太阳。）同步卫星的一个显著优点是，地球上的定向天线无需进行转动即可始终指向卫星。
表7.6 极化不匹配与极化损耗
| 损耗（dB） | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 20 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 极化不匹配度（度） | 0 | 27 | 37 | 45 | 51 | 56 | 60 | 63 | 67 | 69 | 72 | 84 |
如图7.9所示，如果卫星在当地地平线以上 \(5^{\circ}\)，地面站到同步卫星的距离为 \(41,348 \mathrm{~km}\)。该结果通过正弦定理求解，由地面站、卫星和地心构成的三角形的边与角可得。
图7.9 当地平面仰角 \(5^{\circ}\) 时，地面站至同步卫星的距离约为 \(41,348 \mathrm{~km}\)。
7.5.1.1 地球覆盖天线¶
在同步卫星上，常使用“地球覆盖”天线，如图7.10所示。这使得卫星可以与其视线范围内地球上的所有地面站进行通信。由地心、地球表面 \(0^{\circ}\) 仰角点和卫星构成的三角形可得出，从同步轨道的波束宽度为 \(17.3^{\circ}\)。若该值为 \(3 \mathrm{~dB}\) 波束宽度，且天线效率为 \(55 \%\)，则该地球覆盖天线的增益为 \(19.9 \mathrm{~dB}\)（计算方法见《EW 101》第3.3.4节）。
图7.10 同步卫星上的地球覆盖天线，其波束宽度为 \(17.3^{\circ}\)。
7.5.1.2 同步卫星链路损耗¶
卫星链路的损耗包括扩展损耗、大气损耗、雨衰减以及稍后讨论的一些其他杂散损耗。扩展损耗的计算公式为：
其中：
\(L_{S}=\) 扩展损耗（dB）；
\(d=\) 链路距离（km）；
\(f=\) 频率（MHz）。
对于仰角 \(5^{\circ}\) 的同步卫星，链路距离为 \(41,348 \mathrm{~km}\)。在15 GHz时，扩展损耗为210.2 dB。
大气衰减和雨衰减的计算方法见第7.3.2节和第7.3.3节。在 \(5^{\circ}\) 仰角下，15 GHz频率的大气衰减为1 dB（如图7.5所示）。若该卫星链路设计为在中雨条件下运行，地面站位于纬度 \(50^{\circ}\)，且要求 \(0.01 \%\) 可靠性，则雨衰减由图7.7、7.8和7.11确定。从图7.7可知，纬度 \(50^{\circ}\) 的 \(0.01 \%\) 可靠性下 \(0^{\circ}\) 等温线高度为3 km。由图7.11可知，在仰角 \(5^{\circ}\) 时到3 km高度的斜程为34.4 km。图7.8显示，中雨在15 GHz时的衰减为 \(0.15 \mathrm{~dB} / \mathrm{km}\)，因此该链路的雨衰减为 \(5.2 \mathrm{~dB}\)。
因此，该链路的总传播损耗为 \(216.4 \mathrm{~dB}\)。
图7.11 当卫星仰角为 \(5^{\circ}\) 且 \(0^{\circ}\) 等温线高度为3 km时，链路在34.4 km的路径上受到中雨衰减。
7.5.2 近地轨道卫星链路¶
近地轨道卫星的优点是其到地面站的传播路径明显更短。然而，在任意时刻，它们只能从地球表面的一小部分区域可见，而需要使用定向天线的地面站必须不断调整天线指向以保持对卫星的跟踪。为了覆盖（非连续性）地球的大部分区域，近地轨道卫星的轨道通常相对赤道倾斜。倾角为 \(90^{\circ}\) 的轨道被称为“极地”轨道，它经过两极，因此能覆盖整个地球（需要多个轨道周期）。由于地球在卫星轨道下方自转，低轨卫星每次轨迹都会相对于前一次向西偏移 \(360^{\circ}\)（经度）\(\times\) 卫星轨道周期 / 23小时56分4.1秒。
图7.12 一颗轨道周期为2小时、在地面站仰角 \(5^{\circ}\) 的卫星，距地面站约 \(4,424 \mathrm{~km}\)。
如图7.12所示，仰角 \(5^{\circ}\)、高度 \(1,698 \mathrm{~km}\)（即轨道周期为2小时）的卫星与地面站的距离为 \(4,424 \mathrm{~km}\)。由此造成的空间损耗为190.8 dB。由于大气和雨衰减仅发生在大气层内，因此在相同的 \(5^{\circ}\) 仰角下，无论卫星距离远近，大气衰减和雨衰减都是相同的。因此，同步卫星情况下得到的1 dB和5.2 dB也适用于低轨情况。
因此，总链路传播损耗为197 dB。
7.6 链路性能计算¶
本节将对上下行链路以及地面两点间完整的通信吞吐进行计算。我们将给出两个示例：一个为通过同步卫星通信，另一个为通过2小时轨道周期的卫星通信。两种情况的链路距离和损耗均已在第7.5节计算。
7.6.1 同步卫星链路¶
如图7.13所示，从卫星到每个地面站的距离均为 \(41,348 \mathrm{~km}\)，且发射与接收站对卫星的仰角均为 \(5^{\circ}\)。上行发射天线输入功率为 \(500 \mathrm{~W}(+27 \mathrm{dBW})\)，天线增益为31 dB。
图7.13 同步卫星在发射与接收站均为 \(5^{\circ}\) 仰角时，提供点到点通信。
卫星上行接收天线与下行发射天线的增益均为 \(44.5 \mathrm{~dB}\)。卫星接收系统的噪声系数为5 dB（包含所有馈线损耗）。
卫星下行发射机功率为 \(100 \mathrm{~W}(+20 \mathrm{dBW})\)。假设上下行工作频率均为15 GHz。地面接收站天线增益为 \(44.5 \mathrm{~dB}\)，接收机噪声系数为5 dB。
如第7.5.1节所计算，每条链路的链路损耗为216.4 dB（其中包括210.2 dB的扩展损耗、1 dB的大气损耗，以及5.2 dB的雨衰减）。
7.6.1.1 上行性能¶
由表7.3可知，卫星上行接收机的噪声温度为627 K。由于上行接收天线的主波束完全指向地球，因此天线噪声温度为290 K。这意味着上行接收系统的总噪声温度为天线与接收机噪声温度之和，即917 K。
首先计算上行接收系统的品质因子（ \(\mathrm{G} / \mathrm{T}_{\mathrm{s}}\) ）。上行接收天线增益为44.5 dB，其线性值为28,184。除以917 K，得到 \(\mathrm{G} / \mathrm{T}_{\mathrm{s}}=30.7\)。转换为分贝形式为 \(14.9 \mathrm{dBi} / \mathrm{K}\)。
上行链路的等效全向辐射功率为：
上行载波与热噪比为：
7.6.1.2 下行性能¶
接下来计算下行链路的 \(\mathrm{C} / \mathrm{T}\)。由图7.2可知，在15 GHz、仰角 \(5^{\circ}\) 时，下行接收系统天线噪声温度为13 K。接收机噪声温度（包括馈线效应）为627 K。因此，下行接收系统的总噪声温度为两者之和，即640 K。
下行接收系统的品质因子为：
换算为分贝形式为 \(16.4 \mathrm{dBi} / \mathrm{K}\)。
下行链路的等效全向辐射功率为：
下行链路的损耗与上行链路相同（即216.4 dB）。因此，下行载波与热噪比为：
7.6.1.3 上下行综合性能¶
往返链路的载波与热噪比由下式给出：
这需要将 \(\mathrm{C} / \mathrm{T}\) 因子转换回线性形式。上行链路的 \(\mathrm{C} / \mathrm{T}\) 为 \(1.6982 \times 10^{-13}\)，下行链路的 \(\mathrm{C} / \mathrm{T}\) 为 \(2.8184 \times 10^{-14}\)。
综合 \(\mathrm{C} / \mathrm{T}\) 为 \(1 /\left(5.8886 \times 10^{13}+3.5481 \times 10^{13}\right)\)，即 \(1.0597 \times 10^{-15}\)，或 \(-149.8 \mathrm{dBi} / \mathrm{K}\)。
为了使这一结果有意义，我们需要计算它能提供的输出信噪比 (SNR)。
首先，考虑 \(1-\mathrm{Hz}\) 带宽下的 kTB，以得到含 \(k\) 的载波与热噪比。根据第7.1节，该因子为 \(-228.6 \mathrm{dBW} / \mathrm{HzK}\)，所以：
接下来，设定带宽。例如，带宽为1 MHz：
其中 \(B\) 为带宽（Hz）。
7.6.2 近地轨道链路¶
在此示例中，我们使用前面讨论的第二个轨道。卫星高度为 \(1,698 \mathrm{~km}\)。上下行链路均工作在15 GHz，发射和接收站均以 \(5^{\circ}\) 仰角观测卫星，如图7.14所示。卫星上下行天线增益均为 \(30.5 \mathrm{~dB}\)，地面站天线增益也为 \(30.5 \mathrm{~dB}\)。上下行发射机输出功率均为 \(10 \mathrm{~W}(+10 \mathrm{dBW})\)。接收机噪声系数均为5 dB（包含馈线损耗）。根据第7.5.2节计算，上下行链路损耗均为197 dB。
图7.14 一颗轨道周期为2小时的卫星在发射和接收站均为 \(5^{\circ}\) 仰角时，距每个站点约 \(4,424 \mathrm{~km}\)。
7.6.2.1 上行链路¶
上行接收系统品质因子 (\(\mathrm{G} / \mathrm{T}_{\mathrm{s}}\))：由于天线和接收机噪声温度与同步卫星情况相同，因此系统噪声温度为917 K。上行接收天线增益为30.5 dB，其线性值为1122。除以917 K 得 \(\mathrm{G} / \mathrm{T}_{s}=1.224\)。转换为分贝形式为 \(0.9 \mathrm{dBi} / \mathrm{K}\)。
上行链路的载波与热噪比为：
7.6.2.2 下行链路¶
下行接收系统噪声温度为640 K，天线增益为30.5 dB，与同步卫星情况相同，因此接收系统品质因子也为 \(0.9 \mathrm{dB}\)。
EIRP为 +40.5 dBW，与上行相同。
7.6.2.3 上下行综合性能¶
综合 \(\mathrm{C} / \mathrm{T}\) 为 -152.6 dB（由上下行 \(\mathrm{C} / \mathrm{T}\) 转换为线性形式后取倒数求和，再取倒数）。
在 \(100-\mathrm{kHz}\) 带宽下，结果为16 dB。
7.7 通信卫星与电子战方程形式的关系¶
图7.15展示了一条链路在地面通信与卫星通信中的参数对比。可以看到它们非常相似，但在通信卫星链路计算中步骤更多。
图7.15 通信卫星链路与电子战链路方程中使用的术语和定义具有很强的相似性。
在大多数电子战应用的地面链路定义中，假设所有部件及天线波束覆盖的角域温度均为290 K。
在地面链路中，我们将发射天线发出的ERP定义为发射机功率与天线增益的乘积（或以分贝形式为两者之和）。这一概念可能引起混淆，因为它通常默认天线的主波束正对接收机。在电子战中，这种情况常常并不成立，因此必须明确ERP应包含指向接收机方向的天线增益。而通信卫星链路使用EIRP，其定义为等效各向同性天线产生相同辐射功率所需的发射功率。天线指向误差则单独处理。
链路损耗仅在适用范围上有所不同。地面链路通常认为大气损耗在全路径内按每公里恒定，而通信卫星链路则穿过整个大气层，因此在给定频率和仰角下，大气损耗为一个固定值。
地面链路的雨衰减取决于雨的密度及其在路径上的分布模型，而卫星通信链路的雨衰减仅发生在 \(0^{\circ} \mathrm{C}\) 等温线至地面站之间。两种情况的空间损耗均采用视距传播模型。但在微波以下的地面链路中，还可能采用不同的传播损耗模型。
在地面链路中，有时需要定义接收机位置处的接收功率。通常用接收场强（微伏/米）或dBm表示（假设在该点有理想的各向同性天线）。而在通信卫星链路中，我们定义照射功率密度“W”，其单位为 \(\mathrm{dBW} / \mathrm{m}^{2}\)。
从这一点开始，两者的术语有所不同。在地面链路中，接收功率定义为进入接收机系统的功率。接收机灵敏度定义为有效接收带宽内的kTB、接收机噪声系数和所需的预检波SNR（通常称为C/N，也称RFSNR）的乘积。接收机解调输出质量通常用SNR描述。
而在通信卫星链路中，我们将接收系统的品质因子应用于照射功率密度。该品质因子是接收天线增益与接收系统噪声温度的比值。这使得我们能够计算与带宽无关的载波与噪声温度比。然后再结合带宽，得到载波与噪声比 (C/N)。
7.8 卫星链路干扰¶
在电子战（EW）中，我们既关注己方卫星通信（SATCOM）链路的抗干扰脆弱性，也关注对敌方SATCOM链路的干扰。为方便起见，本节从干扰机的角度展开讨论。
与其他类型的干扰一样，必须对接收机实施干扰——而不是发射机。这种混淆产生的原因在于雷达通常发射机和接收机同址，而SATCOM链路正好相反，其接收机与发射机相距极远。由于大多数卫星链路是双向的，因此发射机的位置可以告诉我们接收机（非辐射）的所在位置。这一信息极为重要，因为链路传输距离很大，通常需要使用定向干扰天线。
需要注意的是，通信卫星信号几乎总是采用数字调制，因此第5章中关于数字信号干扰的讨论同样适用。
7.8.1 下行干扰¶
图7.16展示了SATCOM干扰几何条件的考虑。首先考虑对下行链路（从卫星到地面站）的干扰。地面站天线在大多数情况下都是较窄波束的定向天线。因此，必须非常接近地面站，或者具备足够的干扰功率，以通过天线旁瓣（通常极低）实现足够的干扰信噪比（J/S）。干扰机注入接收机的干扰功率必须足以造成足够的比特错误率。如果干扰机远离地面站，就需要大量的干扰功率。可以预期，下行链路还会采用一定程度的扩频调制来实现抗干扰（A/J）保护，并可能配合纠错编码。这两种措施都会增加产生有效比特错误密度所需的干扰功率。补偿因素是，由于空间传播损耗，来自卫星的信号通常功率水平较低。
图7.16 通信卫星干扰的脆弱性在很大程度上取决于干扰几何条件。
这里有两种需要特别考虑的情况：卫星手机干扰和GPS干扰。
出于后勤原因，卫星手机通常采用近乎全向的天线。窄波束天线笨重且必须始终指向卫星。由于来自同步卫星的扩展损耗，卫星手机通常与近地轨道卫星通信，使得天线跟踪变得不切实际。这意味着干扰机看到的接收天线增益与卫星方向相同。然而，干扰机可以使用定向天线将功率集中在接收机方向。因此，卫星手机唯一可行的电子防护（EP）措施就是扩频和纠错编码。
GPS并非卫星通信（SATCOM）系统，但它是一个重要的电子战考虑对象。接收到的GPS信号非常微弱，约为 -150 dBm，因此只要干扰机处于视距范围内，就很容易产生足够的干扰信号。GPS信号有两级扩频：公开的CA码和高度受限的P码。CA码信号通过公开码具有约40 dB的抗干扰（A/J）保护，但仍可以用相对较弱的干扰信号压制。常有人说，干扰CA码只需要“一枚硬币和一片柠檬皮”，但这只适用于干扰机具有良好视距的情况。
P码信号则具有额外一级扩频并使用保密码，增加了额外40 dB的抗干扰保护。因此，干扰信号必须具备足够的功率，才能克服80 dB的A/J保护，并仍然产生足够的J/S以实现有效干扰。
7.8.2 上行干扰¶
对SATCOM上行链路实施干扰在几何上比下行更简单，因为卫星上的接收天线始终指向地球。对于使用全覆盖地球天线的同步卫星而言，干扰机可以位于地球表面约45%的范围内，并且仍然能够进入天线主瓣。即便是窄波束天线，从同步轨道或近地轨道的视角来看，也覆盖了相当大的一片区域，因此只有扩频和纠错编码是可靠的电子防护措施。
然而，如果下行使用窄波束天线，而干扰机无法位于该天线覆盖的地球投影区域内，则干扰机除了需要克服上行链路的A/J特性外，还必须克服天线旁瓣隔离效应。
在所有情况下，上行链路的巨大空间传播损耗必须被克服，因为干扰信号需要传输到卫星。对此的补偿是，正常上行发射机信号同样需要经过这一距离。因此，干扰机的等效辐射功率必须比上行发射机功率更高，其差值至少等于所需的J/S、A/J保护因子以及（如适用的）天线隔离量。