第2章2微波中继通信系统

1、1. 天线天线技术技术工作原理工作原理: 基本功能: 辐射和接收辐射和接收无线电波无线电波 发射: 把高频电流转换为电磁波 接收: 把电滋波转换为高频电流根据电磁场理论，当导体通过高频电流时会在周围空间产生电场和磁场当导体长度足够大（能够与波长相比拟时），就能使电磁波有效辐射出去工作原理工作原理: 电磁波从发射天线辐射出来后，向四面传播出去形成电磁场 在交变电磁场中放置一导线，在电磁波的作用下，导线会产生感应电动势 该导线与接收设备相连，在接收设备的输入端就会产生高频电流工作原理工作原理:天线的互易天线的互易原理：原理： 发信天线和收信天线都属于能量变换器，具有“可逆性” 天线用作发信时的参数

2、和收信时的参数保持不变，这就是天线的互易原理天线参数天线参数 天线的性能主要关心其信号覆盖范围和辐射强度。 决定天线性能因素有些与天线本身无关，如天线架设高度等。 有些因素与天线的设计生产工艺相关，这些因素称为天线参数。主要的天线参数主要的天线参数 方向图效率 增益输入阻抗 工作频带极化方式1、天线的方向性、天线的方向性 天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。 在水平面上，辐射与接收无最大方向的天线称为全向天线全向天线，有一个或多个最大方向的天线称为定向天线定向天线。天线方向图天线方向图 用来表示天线的辐射或接收强度随空间方向的对应关系全向天线全向天线 全向天线由于其

3、无方向性，所以常用在一点对多点通信的中心台。定向天线定向天线定向天线具有最大辐射或接收方向，因此能量集中，增益相对较高，适合于远距离点对点通信。波瓣宽度波瓣宽度天线方向图的最大辐射功率所在的波瓣称为主瓣主瓣，其余为副瓣主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低3 dB的两点间的夹角定义为波波瓣瓣宽度宽度 水平波瓣水平波瓣全向天线的水平波瓣宽度为360度主主瓣瓣第第一一副副瓣瓣后后瓣瓣垂直波瓣垂直波瓣 基站定向天线的垂直波瓣宽度为10度左右； 对于同一种类的天线，增益相同时，水平波瓣越宽，垂直波瓣就越窄； 较窄的垂直波瓣会在基站近端产生信号“死区” 。天线下倾调整天线下倾调整 限制信号在所服务的小区范围

4、内，减小“死区”，降低对其它小区的干扰。 机械下倾：小于10度 电调下倾：角度可调，后瓣同时下倾2、天线效率、天线效率 天线效率定义为：天线辐射功率Pr与天线输入功率Pin之比； 天线辐射功率与所消耗的功率Ps之和为输入功率。3、天线的增益、天线的增益 天线增益系数是方向系数与天线效率的乘积，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益就越高。 在同等条件下，天线增益越高，电波传播的距离越远，一般基地台天线都采用高增益天线4、天线的输入阻抗、天线的输入阻抗 天线的输入阻抗为输入端电压与输入端电流之比。 为使天线能获得最大的功率，应使天线输入阻抗与馈线特性阻抗匹配。5、工作频带、工作频带 天线的各种电性能参数

5、不超过允许范围时，所对应的工作频率宽度即为天线工作频带。 对频分双工的收发共用天线，必须考虑天线的工作频带宽度。6、天线极化方式、天线极化方式 分为线极化天线、圆极化天线和椭圆极化天线； 基站多采用线极化方式，又分为垂直极化和水平极化方式； 天线增益（dBi） 在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。 天线最直接的参数天线最直接的参数微波天线的主要电气参数微波天线的主要电气参数 前后比 前后比即天线后向(180 30 的范围内)的

6、副瓣电平与前向最大波束电平之差.它表明了天线对后瓣抑制的能力.前后比低的天线,天线后瓣有可能产生越区覆盖,导致切换关系混乱,产生掉话.一般来说,前后比在1845dB之间,工程中一般应选用前后比为30dB的天线。 微波天线的主要电气参数微波天线的主要电气参数微波天线的主要电气参数微波天线的主要电气参数驻波比驻波比全称为电压驻波比。在无线电通信中，天线与馈线的阻抗不匹配或天线与发信机的阻抗不匹配，高频能量就会产生反射折回，并与前进的部分干扰汇合发生驻波。SWR=R/r=(1+K)/(1-K) 反射系数K=(R-r)/(R+r) 驻波比总是大于1的。天线的种类天线的种类 按工作频段分：短波、超短波、

7、微波 按用途分：基地台、移动台 按方向性分：全向、定向 按结构分：线状、面状、天线阵列2. 分集接收技术分集接收技术分集接收分集接收技术技术 掌握分集技术的基本概念； 理解每一种不同的分集方式和合并方式； 了解其它分集方式的含义概念概念分集是指分散传输和集中接收。分集接收是指接收端对它收到的经过多个相互独立路径传输的信号进行特定的处理来减小衰落的深度与持续时间的方法。独立衰落信号的特点独立衰落信号的特点t 如果一条无线传播路径中的信号经历了深度衰落，而另一条相对独立的路径中可能仍包含着较强的信号。分集接收的含义分集接收的含义 分散传输：分散传输：使接收端能获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落

8、信号； 集中集中接收接收：把收到的多个统计独立的衰落信号进行合并以降低衰落的影响。分集方式分类分集方式分类 宏分集：宏分集：减小大尺度衰落的分集技术； “多基站多基站”分集分集 微分集：微分集：减小小尺度衰落影响的分集技术。微分集的种类微分集的种类 空间分集 时间分集 频率分集 极化 分集 角度分集 1、空间分集空间分集 v空间分集的依据在于快衰落的空间独立性快衰落的空间独立性。v空间分集的接收机至少需要两副相隔距离为d的天线，间隔距离d与工作波长、地物及天线高度有关，在移动信道中， 通常取：市区市区 d=0.5郊区郊区 d=0.8空间分集工作示意图空间分集工作示意图天线天线切换切换逻辑逻辑或

9、解或解调器调器输出输出1G1G1G12m可变增益可变增益2、频率分集、频率分集 频率分集方式是指用两个或两个以上的频率来传送相同的信息的方式。 频率分集的工作原理是基于在信道相信道相干带宽之外的频率上不会出现同样的干带宽之外的频率上不会出现同样的衰落。衰落。 3、极化分集、极化分集v基本工作原理：空中的水平极化和垂直极化路径是非相关的。v使用水平和垂直两个正交的分集支路，也称正交极化分集正交极化分集；v可看作是一种特殊的空间分集方式，特殊的空间分集方式，只使用两副天线，且天线间距缩短。4、角度分集角度分集 使电波通过几个不同路径，并以不同角度到达接收端；而接收端利用多个方向性尖多个方向性尖锐的

10、接收天线锐的接收天线分离出不同方向来的信号分量； 这些分量具有互相独立的衰落特性，因而可以实现角度分集。5、时间分集时间分集 以超过信道相干时间信道相干时间的间隔重复发送相同的信号的分集方式。 工作原理：在相干时间之外的信号不会出现同样的衰落，也就是说各次发送信号所出现的衰落将是彼此独立的； 有利于克服移动信道中因多普勒效应引起的衰落现象。合并方式合并方式 对接收到的多个分集信号，进行合并处理，减小衰落对信号传输的影响； 一般都使用线性合并器，其通用合并信号表达式为： MkkkMMtratratratratr12211)()()()()(1、选择式合并、选择式合并 检测所有分集支路的信号，选择

11、其中信噪比最高信噪比最高的那一个支路的信号作为合并器的输出。 信号表达式中的加权系数只有一项为1，其余均为0。接收机 1接收机 2二重分集选择式合并二重分集选择式合并 2、最大比值合并、最大比值合并 是最佳合并方式； 每一支路的加权系数ak与信号包络rk成正比而与噪声功率Nk成反比，即为：kbkNra MkkkMkkkRNrrar121输出信号包络为输出信号包络为接收机 1接收机 1Mk 1Nkrk2a2a1最大比值合并示意图最大比值合并示意图3、 等等增益合并增益合并 无需对信号加权，各支路的信号等增益相加，输出的信号包络为：MkkErr1接收机 1接收机 1Mk=1rk不同合并方式的性能对比不同合并方式的性能对比 在相同分集重数情况下，最大比值合并最大比值合并方式改善信噪比最多，等增益合并方式次之 在分集重数较小时，等增益合并等增益合并的信噪比改善接近最大比值合并，是一种较实用的合并方式； 选择式合并选择式合并只利用了最强的一路信号，而其它各支路信号都没有被利用，所得到的信噪比改善量最少。 不同合并方式的性能对比不同合并方式的性能对比分集接收抗衰落的效果分集接收抗衰落的效果 某微波通信系统不采用分集接收时的中断某微波通信系统不采用分集接收时的中断率是率是P1=0.01，若采用双重空间分集，并假，若采用双重空间分集，并假设两