衛星の仰角が高い場合の受信レベル

質問

BSとかの衛星は静止衛星軌道にあって、日本から見ると仰角50度辺りにいて、GPSとか衛星の軌道を変えた場合仰角80度から90度に位置できるそうですが、仰角を高くした場合、電波の減衰とかアンテナの受信レベルとかには変化はあるのでしょうか。

無指向性アンテナであれば受信レベルの変化は無いように思うのですが・・・。どうなんでしょう。

回答No.4

sunspot_number

衛星の仰角と受信レベルの関係は単純ではありません。
人工衛星の用途によって地上向けのアンテナの指向特性が違うからです。加えて姿勢制御の有無も関係します。それと距離によもよります。

例えば日本のBSですとマルチビームのパラボナアンテナを使い、静止軌道上から日本列島と小笠原諸島などの離島で受信し易いようなビーム成形で送信されます。どうしても離島に比べれば本州の受信レベルが強くなります。そしてそれは同時に日本以外の地域になるべく電波がばらまかれないように考慮されています。他国に迷惑になりますから。
地上の利用者側は衛星がほぼ同じ位置ありますからパラボラアンテナのように利得の高いアンテナが利用できます。
BSは送信側のアンテナの特性で単純には「仰角と受信レベル」の関係にはならずに、「受信地点と受信レベル」の関係になります。

気象衛星のひまわり(現在は撮像はしていませんが電波の中継には引き続き使われています)はBSと違い、地上の利用者は日本に限らず衛星から見渡せる範囲をカバーするよう必要がありますので、ブロードな特性の送信アンテナが地上に向いています。
ひまわりの真下の赤道付近が受信レベルが高かったと記憶しています。この場合は仰角が高い地点ほど受信レベルは高くなります。

GPS衛星の場合、衛星は地上約2万km上空のほぼ円軌道を周回し、送信アンテナは常に地球を向くように姿勢制御され、利用者向けの信号は12本のヘリカルアンテナを使い、衛星から見て地球の真正面じゃなくて輪郭方向にぐるっとビームが向けられています。地上で受信した時に真上付近(仰角が高い)と地平線or水平線上の仰角が低い時のレベル差が少なくなるように考えられているようです。
地上の利用者にとっては上空のあらゆる方向の衛星を受信する必要がありますから、水平の指向特性は無指向性で垂直方向の指向特性もするどいものではなくてちょうど丸いお餅みたいな形の特性をしたアンテナが用いられます。

アマチュア無線用の人工衛星ですと姿勢制御しない物(この場合は単にスピンしているだけ)とする物がありますし、物によっては軌道の離心率が大きい楕円の場合地上との距離によっても受信レベルは大きく異なります。が、円軌道に近い物だと概ね仰角の高い所で受信レベルは高くなります。

回答No.3

mmky

参考程度に
静止衛星は赤道上空の静止軌道にあります。受信点の緯度や経度差が大きくなると受信点から衛星を見込む角度、仰角は小さくなりますね。そうすると衛星からの電波は大気中の長い経路を通って受信点に到達しますので、たとえば雨や雪の時の電波の減衰が大きくなりますね。逆に仰角が大きいというのは経路長が短いということで降雨減衰などは小さくなりますね。衛星はなるべく真上に上げるのがいいということです。BSがインドネシアの上にあるのは当時の国産ロケットの打ち上げ能力が低かったためです。現在のCS衛星なんかは真南に近いですね。

無指向性アンテナであれば受信レベルの変化は無いように思うのですが・・・。どうなんでしょう。

この考えもありますね。　BSやCSは赤道上約36000ｋｍ上空でなおかつ送信電力は50から200ｗという小さなものです。それでパラボラ型の集電板を使っているわけですね。BSなんかですと1-2度ずれると映りがわるくなりますね。GPSなんかのように高度を低くして、静止はしませんが、数を増やせば受信点での無指向性アンテナも可能ですね。でも逆に送信側の設備にお金はかかりますね。スペースシャトル型の衛星局を地上300ｋｍぐらいのところに10個ほどまわしておけばどこからでも受信できるかな。そんな時代も近い将来には来るでしょうね。

お礼

ご回答ありがとうございます。
お礼が遅れてすみませんでした。

大気減衰は低い周波数ならば何とかなりそうですね。
あ、でも低かったら役に立たないか。
衛星を10基上げるなら1基の送信電力を上げるってこともできないのでしょうかね。電波の生態への影響とかありそうですが。

勉強させていただきました。ありがとうございました。

回答No.2

hiro_1999

BSは静止衛星
いつも決まった場所にいるので、指向性アンテナのほうが効率が良い。

GPS衛星は軌道上を回っているのでどこにいるか分かりません。
（受信機内部では時間と現在位置で衛星の位置が推測できる。）
現在２６個の衛星が軌道上を回っていて、常時４個（５個）の衛星を補足している。
GPSのアンテナは無指向性です。

衛星の位置による受信レベルの変化はほとんどなし。

質問の意味が良く分からないのですが、BSアンテナを無指向性にするというのであれば、だめでしょうね。
パラボラを使うということは、受信感度が弱い（衛星の出力が弱い）ということだと思います。

お礼

ご回答ありがとうございます。
お礼が遅れてすみませんでした。

BSは出力が低いんですね。参考になりました。

回答No.1

asuca

衛星アンテナの無視恒星というのは見かけたことがないですね。
それにBSアンテナはかなり角度にシビアです。
ほんの数度狂っただけで写りが悪くなります。
角度に甘いアンテナでも１０度以上の違いはおそらく許されないと思います。

お礼

ご回答ありがとうございます。
お礼が遅れてすみませんでした。
私の書き方が不十分だったのですが、無指向性アンテナを用いた場合どうなるかと言う質問でした。
貴重なお時間を割いていただいたのに本当に申し訳ありませんでした。