不容忽视的微波通信测量概要

1、欢迎访问 Freekaoyan 论文站不容忽视的微波通信测 量欢迎访问 Freekaoyan 论文站【摘要】 简要介绍了微波通信技术，根据微波传播特性与光的传播特性相似的原理，提出了利 用测量中有关觇标高计算公式进行微波天线高度计算的方法，推导出确定微波通道保护参数的 公式，并结合实践给出应用示例。【关键词】 微波通信 天线 费涅尔区 测量一、引言伴随信息时代的来临，微波通信这一现代通信手段被越来越多的用户所采用，如邮电、港务、 电力、铁路等部门。高耸云端的微波天线拔地而起，使城市或地区之间的大量信息在空中悄然 传输。随着城市建设的发展，高层建筑是城市建设的一大特征，它给微波通信带来了麻烦，甚

2、 至发生了因建筑而使微波通信受阻的问题。例如， 1991 年 6 月间，江苏南通市曾发生了因一幢 建筑中的 18 层大楼导致从张家港方向传来的微波信号逐渐减弱以至最后中断，给国家造成了很 大 >' target='_blank' class='infotextkey'> 经济损失。深刻的教训告诉人们，微波通信部门与城市规划部门要加强合作，微波通信应得到有效保护， 为此必须进行微波通信测量。二、微波通信简介1、一般原理微波通信是一种以微波（干线的射频波长一般为520 cm）形式在空间进行信息传输的无线电通信技术。由于微波的传播特性与光的传播特性

3、相似，通常只能在视距内传播，如果要作远距 离传输，必须采取接力的方式，即采用中继方式，如图1 所示1 。天线是微波通信的重要设备，其作用是向空间辐射和从空间接受电磁波能量。微波天线的形式 有多种，通常采用的是一种形似“锅状”的“抛物面天线”。天线被安装在铁塔或建筑物顶 部，以实现微波的视距传输。2、费涅尔区 2假定在波源 Q与接收点P之间插入一个无限大平面 So,命它垂直于 QP线，如图2所示。在 S 平面上分布着若干个环形带（称之为费涅尔带），且存在下面的关系（入为波长）：其中，P为平面So上某点至波原 Q的距离，丫为该点至接收点 移动So平面，那么，它在每一个位置上都有一系列费涅尔带。由式

4、 而P和丫为变量，经移项为 p +丫 =常数，该点的轨迹是以 球面所包围的空间区域，叫做费涅尔区，如图 3 所示。P的距离。如果在 QP之间左右(1)可知，d和入是固定值,P为焦点的旋转椭球面。这些椭第 1费涅尔区半径为( d = d 1 + d 2 )：(2)第 n 个费涅尔区半径为(3)理论证明，只要围绕着 0点存在相当于第 1费涅尔区面积1/3Fo代表该圆孔的半径，则的圆孔就能获得自由空间传播(4)Fo称为最小费涅尔区半径。显然，当波长入和距离d 一定时,中点(di = d 2)处的Fo最大。Fo与So的位置(di、d2)有关，且三、微波通信测量1、目的与任务微波通信测量的目的是为微波通

5、信提供服务和保障。因此，其任务包括二个阶段：其一是设计 天线阶段，根据有关通道方向上的地形及障碍物情况帮助确定天线的有利位置及高度；其二是 通信运行阶段，根据天线的位置及高度提供微波通道保护线及有关数据，从而为城市规划部门 预留空中微波通道提供科学依据。2、天线高度设计根据微波与光的传播特性相似，采用控制测量中确定觇标高度的有关公式进行微波天线高度计算是合适的，如图 4所示。设 W、f为A、B两地微波天线的地面高程， H为通道方向上 C处障 碍物顶点高程，Sa、Sb为A、B两地天线分别距障碍物 C处的水平距离。a为微波传播于 C处的 余隙。为了使微波能获得“开路”传播，必须有 a > F

6、o，即C处的传播余隙不应小于该处的最小费涅尔 半径。令a = F 0，考虑地球曲率及大气折射的影响，并设A、B两处的球气差改正数为V Vb，则由文献 3 可得 A、 B 两地天线的必要高度为(5)取大气折射系数 K = 0.11 ，地球平均半径 R = 6371km ，代入；由式 (4) 知，代入(5) 、 (6) 两式可得：(7)(8)式中Sa、Sb以km为单位，入(波长)以cm为单位。同样，可得出确定最有利天线高度的公式为(9)(10)4 可知下面我们将根据上列有关公式推导出确定微波通道空中保护线所需的公式。由图(11)将 (7) 、 (8) 两式代入式 (11) 得(12)经变换为并代入

7、式 (13) 可得(14)上式中Ha、Hb分别和A、B两地天线发射中心的高程。利用式 (14) 便可求出微波通道方向上任一处障碍物顶点的限定高程。3、应用示例(1) 确定天线高度假设A、B两地相距20km, Ha = 4.0m , HB = 5.0m，障碍 C距A端6km,且He = 30.0m，参见图4。若微波波长 入=12cm，且B地的天线(已建)距地面相对高度hlB = 30.0m，求A地天线的有利高度 h1A。首先根据、两式求岀再由式可算岀 A地天线的有利高度为也就是说，A地的天线高度(相对地面)不得低于 38.1m。(2) 空中通道保护假设上例中A、B两地天线已建好，微波通信投入运行

8、(入=12cm)，抛物面天线的有效口径之半径R=2m现须向城市规划部门提供对该通道进行有效保护的技术参数。首先应对A、B两地天线的位置进行实地测量，获得准确的点位坐标，然后根据式及圍便可分别求岀通道上任一处的F。及HL。考虑到抛物面天线口径半径为R,则以2 x( F°+R)作为空中通道允许宽度（水平方向）；而以（H>R）作为该处障碍物顶点的允许高程（垂直方向）。实际工作中，可在 A、B间微波通道上，以合适的段距（如 2000m 1000m、500m）取若干点, 列表计算岀每一点处的2 x（ F0+R）及（Hc-R）值，如表1所示。微波通道空中保护参数表占八、号SakmSbkm2

9、(Fo+R)mh>rm备注占八、号kmSbkm2(Fo+R)mh>rm备注A020.04.040.1A地天线1111.09.021.811.019.011.836.51212.08.021.524.822.018.014.734.21313.07.021.124.733.017.016.832.31414.06.020.424.844.016.018.330.61515.05.019.525.255.015.019.529.21616.04.018.325.766.014.020.428.01717.03.016.826.477.013.021.127.01818.02.014.7

10、27.388.012.021.526.21919.01.011.828.599.011.021.825.5B20.004.030.1B1010.010.021.925.1中点处33.0地天线再根据需要选择合适比例尺的地形图，将所列数据直观地反映在图上，如图5。这样，城市规划部门便可根据上述的表和图对有关的微波通道进行有效保护。例如，在微波通道中心线上的3 点处，其左右 8.4m 范围内，不能有高于 32.3m 的建筑物。实际应用中，应在理论推算值的基 础上考虑一定的安全系数(如 1.3 左右)。(3) 障碍物判断设上例中A、B两地的微波通信已处于运行阶段。现若判断通道方向上某地物C是否对微波通信构成障碍。首先通过实地测量，获得地物 C 的平面坐标及其顶部高程。然后进行以下二方面的 计算与判断：一是通过坐标方位角的计算，根据C处微波通道允许宽度来判断地物C是否构成水平方向的障碍；二是计算岀微波通道于C处的地物顶部允许高程，经与实测地物高程比较来判断地物C是否构成垂直方向的障碍。当上述二条件同时成立时，地物C构成微波通信障碍。四、结束语微波通信测量就其技术性并不算强，但却是一项不容忽视的重要工作。据了解，尤其在一些中 小城市，有关部门对微波通信测量尚未引起足够的重视。通信部门仅知道微波通道要保护，却 不清楚保护工作需要测量，而使城市规划部门无法进行有效保护。为此，测绘工作者有责任向有