第四章 数字微波传输设备

1、微波中继通信转发方式：微波中继通信转发方式：(a)(a)射频转接射频转接(c)(c)中频转接中频转接。(b)(b)基带转接基带转接微波站的多波道工作系统：微波站的多波道工作系统： （一个方向上）（一个方向上） 数字微波系统实例 馈线 电源机柜与蓄电池全室内型微波全室内型微波IDU/ODUIDU/ODU型微波型微波数字微波室内单元的数据接口重复调制解调器重复调制解调器（可选择）（可选择）USB 接口接口(不常用不常用)电源输入电源输入室外单元连接接口室外单元连接接口14 x E1/T1接口接口2 x E1/T1声音通讯线声音通讯线以太网数据线接口以太网数据线接口以太网网络管理接口以太网网络管理接

2、口报警系统界面接口报警系统界面接口备用电源备用电源(可选择可选择)数据通讯线数据通讯线呼叫按钮呼叫按钮无源中继站（实物照片）无源中继站（实物照片）反射板式无源中继站反射板式无源中继站Plane reflectors双抛物面无源中继站双抛物面无源中继站Parabolic reflectors0.6m0.6m 天线天线室外单元室外单元( (ODUODU) )天线抱杆天线抱杆室内单元室内单元( (IDUIDU) )中频电缆中频电缆( (同轴型同轴型) )拉线塔拉线塔PASOLINK ODU and IDU 室外部分室外部分 (ODU)室内部分室内部分 (IDU)0.6mAntennaPASOLINK

3、 IDU 2MB 数据口数据口 (75 ) IF 信号进出口信号进出口 2MB 数据口数据口 (120) 告警口告警口PASOLINK IDU公务接口公务接口 电源开关电源开关 接地端接地端 电源口电源口保险丝保险丝21367/81518233826E1E3/16E1STM-12x E14 x E18 x E1HNM & Starview/SNMP Proxy Network Management11 GHz7/8 GHz5/6 GHzMegaStar 155N x STM-11:NAurora 2400STM-0ConstellationGHz11Aurora 5800GalaxyMicro

4、Star EMicroStar LMicroStar MMicroStar H室内单元室内单元（IDU）四个部分四个部分天线天线 产品结构产品结构互连电缆互连电缆小巧的室外单元小巧的室外单元（ODU）标准天线标准天线集成天线集成天线15/18/23/26/38GHz天线全室外信道机单根电缆接口用于电源和信号的接入无线遥控天线调整装置 4.1 4.1 微波发信机的组成及主要技术指标微波发信机的组成及主要技术指标 一、组成一、组成 微波发信机方框图：微波发信机方框图： 代振：代振：信号中断时，信号中断时，70MHz70MHz代振器启动，便于明确故障位置，抑代振器启动，便于明确故障位置，抑 制噪声，

5、不影响相邻波道的工作；制噪声，不影响相邻波道的工作； 中频放大器：中频放大器：在中频在中频(70MHz)(70MHz)上放大信号；上放大信号；上变频器：上变频器：将中频已调信号变为微波已调信号；将中频已调信号变为微波已调信号； 发信本振：发信本振：本地振荡器本地振荡器 自动电平控制：自动电平控制：根据定向耦和器送来信号，控制放大器输出，以根据定向耦和器送来信号，控制放大器输出，以 克服温度变化、器件老化引起的功率不稳定。克服温度变化、器件老化引起的功率不稳定。 微波功放：微波功放：在微波频率上进行信号放大；在微波频率上进行信号放大；二、发信机的主要性能指标二、发信机的主要性能指标 1 1工作频

6、段工作频段（1GHz1GHz40GHz40GHz） 目前我国基本使用目前我国基本使用2 2、4 4、6 6、7 7、8 8、1111、1313、1515、18GHz18GHz频段。频段。其中其中2 2、4 4、6GHz6GHz频段因电波传播比较稳定，被用于干线微波通信，频段因电波传播比较稳定，被用于干线微波通信，而支线或专用网微波通信常用而支线或专用网微波通信常用2 2、7 7、8 8、1111、13GHz13GHz。 2. 2. 输出功率输出功率 输出功率是指发信机输出端口处功率的大小。一般在几十输出功率是指发信机输出端口处功率的大小。一般在几十毫瓦到几瓦之间。毫瓦到几瓦之间。 3. 3.

7、频率稳定度频率稳定度 射频中心频率射频中心频率f0，实际工作频率与中，实际工作频率与中心频率偏差心频率偏差f，则频率稳定度，则频率稳定度K为：为：0ffK一般频率稳定度为一般频率稳定度为1 11010-5-55 51010-6-6左右。左右。4.4.高功放的非线性指标高功放的非线性指标 功放的非线性功放的非线性 功放的功放的1dB1dB压缩点压缩点 1dB1dB增益压缩点增益压缩点 : : 增益由线性增益下降了增益由线性增益下降了1dB1dB的点。此时的增益称的点。此时的增益称为为1dB1dB增益压缩点增益增益压缩点增益G1dB；对应的输出功率称为；对应的输出功率称为1dB1dB增益压缩点增益

8、压缩点输出功率输出功率P1dB。通常用。通常用P1dB近似表示最大线性输出功率。近似表示最大线性输出功率。 对三阶交调系数对三阶交调系数IMIM3 3的讨论的讨论 00nnintUatU何为交调产物？何为交调产物？如果放大器输入端存在两个正弦信号，其角频率分别为如果放大器输入端存在两个正弦信号，其角频率分别为1 1和和2 2，则由于放大器的非线性作用将产生许多交叉调制分量：，则由于放大器的非线性作用将产生许多交叉调制分量：m1n2 ，n=0，1，2，。按照谐波次数按照谐波次数( (m+n) )的大小，各的大小，各分量分别称为分量分别称为(m+n)阶交调分量。在各阶交调分量中阶交调分量。在各阶交

9、调分量中21- 2和和221处在处在1和和2附近，大多数情况下则处在通频带之内，附近，大多数情况下则处在通频带之内，从而成为干扰信号。从而成为干扰信号。 隔直后输出隔直后输出, ,并考虑轻微的非线性并考虑轻微的非线性, ,则则: : 332210iiiUaUaUatU如果如果 tAtUi cos,则有则有: : tAatAatAaAatU 3cos4 2cos2 cos4333223310理想线性条件下的功率增益理想线性条件下的功率增益: : 10maxlg20lg10aPPGi非线性的基波功率增益非线性的基波功率增益: : 23143lg20AaaG 实际上信道可看成是窄带系统，两个激励信号

10、的各次谐波实际上信道可看成是窄带系统，两个激励信号的各次谐波和大多数交调产物不能到达负载，因此在轻微非线性信道中只和大多数交调产物不能到达负载，因此在轻微非线性信道中只考虑基波项和三阶交调项。考虑基波项和三阶交调项。 ttAattAaaAtU1221332123102cos2cos283coscos892三阶交调系数的定义：三阶交调系数的定义： 双频输入信号总功率等于单频输入信号的功率时，双频输入信号总功率等于单频输入信号的功率时，(21- -2 2)或或(2 2-1)频率频率信号的幅度与基波的信号幅度之比值。信号的幅度与基波的信号幅度之比值。23123231233938983AaaAaAaa

11、AaIM例如，例如，PKSPKS调制的三阶交调系数约为调制的三阶交调系数约为-20-20-25dB-25dB；而对于多；而对于多电平正交调幅系统，如电平正交调幅系统，如16QAM16QAM系统，则要求在系统，则要求在-25-25-30dB-30dB以上。以上。 tAtAtUi21cos2cos22312213212133(2)(2)(dB)10log10log20log()()9a APffPffIMP fP faa A可以用可以用三阶截断点三阶截断点( (三阶交调截距三阶交调截距) )表示三阶交调产物的影响。表示三阶交调产物的影响。 谐波抑制度谐波抑制度 考虑谐波抑止主要是考虑其对于模拟通信

12、系统和考虑谐波抑止主要是考虑其对于模拟通信系统和卫星通信系统的干扰。卫星通信系统的干扰。 通频带宽度通频带宽度 上变频器和微波小信号功率放大器易于实现宽带上变频器和微波小信号功率放大器易于实现宽带设计，而大功率微波放大器难以实现较大的带宽。设计，而大功率微波放大器难以实现较大的带宽。 非线性指标非线性指标 2PSK2PSK系统，要求不高；含调幅信息的调制方式，系统，要求不高；含调幅信息的调制方式，如如16QAM16QAM则要求较好的线性度。则要求较好的线性度。2. 2. 发信系统主要部件发信系统主要部件 1 1） 振荡源振荡源 性能要求：性能要求： (1)(1)频率稳定度高；频率稳定度高； (

13、2)(2)功率稳定性好；功率稳定性好； (3)(3)噪声低无干扰；噪声低无干扰； (4)(4)调制线性好。调制线性好。 常用振荡源：常用振荡源： (1)(1)倍频链式固态源倍频链式固态源 一般工作在较低的频率一般工作在较低的频率 如如 800MHz 1.5G 2G800MHz 1.5G 2G 构成：恒温晶体振荡器或温度补偿调频晶体构成：恒温晶体振荡器或温度补偿调频晶体振荡器来作为频率标准振荡器来作为频率标准 一系列晶体三极管倍频器构成一系列晶体三极管倍频器构成N N倍的倍频链。倍的倍频链。 此种固态源可用于勤务信道传输：此种固态源可用于勤务信道传输： 特点：谐波干扰大，稳定性差特点：谐波干扰大

14、，稳定性差 (2)(2)锁相式固态源锁相式固态源 锁相式固态源是一种应用极其广泛的频率源，不锁相式固态源是一种应用极其广泛的频率源，不仅微波通信，对其他通信系统也都适用。仅微波通信，对其他通信系统也都适用。 特点：频率稳定度高、频谱纯净、相位抖动小。特点：频率稳定度高、频谱纯净、相位抖动小。 锁相式固态源具有多种形式例如目前常用的有锁相式固态源具有多种形式例如目前常用的有取样锁相固态源、分频锁相固态源和取样混频取样锁相固态源、分频锁相固态源和取样混频/ /分分频锁相固态源等。频锁相固态源等。 (3)(3)介质稳频振荡器介质稳频振荡器 利用介质谐振器作为高利用介质谐振器作为高Q Q腔，对场效应管

15、进行稳频腔，对场效应管进行稳频的振荡器。的振荡器。 它具有体积小、电路不复杂、功耗低、可靠性高和没有低于主振频率的分谐波干扰等优点。(3)介质稳频振荡器介质稳频振荡器 当把高当把高Q Q介质谐振器放介质谐振器放置在输出微带线与输置在输出微带线与输入微带线之间，通过入微带线之间，通过磁耦合把输出功率的磁耦合把输出功率的一部分反馈到栅极，一部分反馈到栅极，当反馈相位和反馈功当反馈相位和反馈功率合适时将产生振荡。率合适时将产生振荡。 介质谐振器相当于窄介质谐振器相当于窄带带通滤波器，在介带带通滤波器，在介质谐振器的中心频率质谐振器的中心频率处，反馈最强，相位处，反馈最强，相位合适。合适。(3)介质稳

16、频振荡器介质稳频振荡器2) 2) 上下变频器上下变频器 上变频器是把中频信号上变换到微波发射频率上变频器是把中频信号上变换到微波发射频率的器件。的器件。 采用非线性器件：采用非线性器件：变容二极管、阶跃恢复二极变容二极管、阶跃恢复二极管、肖特基势垒二极管等管、肖特基势垒二极管等 当中频信号当中频信号fsfs与本振信号与本振信号fLfL同时加于变频器上时，由同时加于变频器上时，由于器件的非线性作用，其输出端特产生多次谐波分量于器件的非线性作用，其输出端特产生多次谐波分量及组合频率分量，用滤波器将其中的和频及组合频率分量，用滤波器将其中的和频fSfSfLfL或差或差频频fSfSfLfL分量取出，就

17、实现变频作用。分量取出，就实现变频作用。 功率上变频器处于大信号工作状态，它的主要技术指标是功率增益、变换效率和输出功率等。 功率增益： out：上边带输出功率 s：中频 L本振功率 变换效率0outsPGPoutLPP4.2 4.2 微波收信机的组成与主要技术指标微波收信机的组成与主要技术指标 一、组成一、组成 微波低放：微波低放：在微波频段上低噪声放大，改善噪声性能；在微波频段上低噪声放大，改善噪声性能； 混频与本振：混频与本振：与发信机类似。与发信机类似。 前置中放：前置中放：中频上的低噪声放大；中频上的低噪声放大； 中频滤波：中频滤波：进行时延均衡，并决定信道的通频带和选择性；进行时延

18、均衡，并决定信道的通频带和选择性； 主中放：主中放：放大信号并进行自动增益控制（放大信号并进行自动增益控制（AGCAGC）；）； 图图2 24 4 数字微波收信机方框图数字微波收信机方框图 二、收信机的主要技术指标二、收信机的主要技术指标 补充知识：电平的概念补充知识：电平的概念 在微波线路中，常用电平表示某点信号的大小。电平又有在微波线路中，常用电平表示某点信号的大小。电平又有绝对电平与相对电平之分。绝对电平与相对电平之分。 绝对电平：电路某点绝对电平：电路某点a的信号功率的信号功率Pa与与1mw1mw的比值取对数后乘的比值取对数后乘1010， 即为即为a点信号的绝对电平，单位为点信号的绝对

19、电平，单位为dBmdBm。 例：信号在例：信号在a点的功率分别为点的功率分别为1W1W、1mw1mw、 , , 分别计算出信号在分别计算出信号在a点对应的绝对电平。点对应的绝对电平。 解：解： WPa1dBmmWmWdBmPa3011000lg10时， WPam1dBmmWmWdBmPa011lg10时， WPa1dBmmWmWdBmPa301001. 0lg10时， 1 Wm相对电平：相对电平：电路某点电路某点a的信号功率的信号功率Pa与某一参考点与某一参考点b的信号功率的信号功率 的比值取对数后乘的比值取对数后乘10，即为，即为a点信号相对于点信号相对于b点的相点的相 对电平，用对电平，用

20、“Pr”表示，单位为表示，单位为dBr。 1.1.工作频段工作频段: :与发信频段相同。与发信频段相同。 2 2收信本振频率稳定度收信本振频率稳定度: :收信本振频率稳定度与发信设备基本一收信本振频率稳定度与发信设备基本一 致，通常为致，通常为(12)10-5, ,要求较高者为要求较高者为(15)10-6。 3 3噪声系数噪声系数NF环境温度为标准室温（环境温度为标准室温（17oc）、网络输入、输出端匹配）、网络输入、输出端匹配 nosonisiFPPPPN网络的增益为网络的增益为G=PSO/PSi，输出端噪声功率为，输出端噪声功率为 网PGPPnino性能指标性能指标GPPGPPGPGPPN

21、nininininoF网网1 NF =1=1，网络本身不产生热噪声，即，网络本身不产生热噪声，即 ，输出端噪声功，输出端噪声功率仅由输入噪声决定。率仅由输入噪声决定。 0P 网可以证明：无源损耗网络的噪声系数等于其正向传输损耗，即可以证明：无源损耗网络的噪声系数等于其正向传输损耗，即 NF =L 数字微波收信机的噪声系数为数字微波收信机的噪声系数为3.53.57dB7dB。 4 4通频带通频带 一般数字微波收信设备的通频带可取传输码元速率的一般数字微波收信设备的通频带可取传输码元速率的1 12 2倍。倍。对于对于fs=8.448Mb/s的二相调相数字微波通信设备，可取通频带为的二相调相数字微波

22、通信设备，可取通频带为13MHz13MHz，这个带宽等于码元速率（二相调相中与比特速率相等）的，这个带宽等于码元速率（二相调相中与比特速率相等）的1.51.5倍。通频带的宽度是由中频放大器的集中滤波器予以保证的。倍。通频带的宽度是由中频放大器的集中滤波器予以保证的。 5. 5. 选择性选择性 接收本波道信号，并抑制邻近波道干扰、镜象频率干扰以及接收本波道信号，并抑制邻近波道干扰、镜象频率干扰以及本波道发信干扰的能力，这就是收信机的选择性。本波道发信干扰的能力，这就是收信机的选择性。 收信机的选择性是靠收信混频之前的微波滤波器和混频后中收信机的选择性是靠收信混频之前的微波滤波器和混频后中频放大器

23、中的滤波器来保证的。频放大器中的滤波器来保证的。 6 6收信机的最大增益收信机的最大增益 低噪声放大器、前置中放和主中放的增益之和。低噪声放大器、前置中放和主中放的增益之和。 一般收信机最低输入电平为一般收信机最低输入电平为-80dBm-80dBm，要求主中放在，要求主中放在7575负负载上输出载上输出250mv(250mv(相当于相当于-0.8dBm)-0.8dBm)，收信机最大增益为，收信机最大增益为79.2dB79.2dB。 7 7自动增益控制范围自动增益控制范围 基准电平：自由空间传播条件下的收信电平；基准电平：自由空间传播条件下的收信电平；上衰落电平：高于基准电平的收信电平；上衰落电

24、平：高于基准电平的收信电平；下衰落电平：低于基准电平的收信电平。下衰落电平：低于基准电平的收信电平。 假定数字微波通信的上衰落为假定数字微波通信的上衰落为+5dB+5dB，下衰落为，下衰落为-40dB-40dB，其动，其动态范围（即收信机输入电平变化范围）为态范围（即收信机输入电平变化范围）为45dB45dB。要求收信机的。要求收信机的AGCAGC范围为范围为45dB45dB。 4.34.3热噪声与噪声系数热噪声与噪声系数 收信机前几级电路热噪声的影响显得尤为重要。收信机前几级电路热噪声的影响显得尤为重要。 一、热噪声的产生及其性质一、热噪声的产生及其性质 电阻热噪声：电阻热噪声：电子之间发生

25、碰撞产生电流脉冲，电阻两端就表现电子之间发生碰撞产生电流脉冲，电阻两端就表现 出一个波形及复杂的交流电压出一个波形及复杂的交流电压电阻热噪声。电阻热噪声。 散弹噪声：散弹噪声：晶体管内部载流子（电子或空穴）电流的大小随机起晶体管内部载流子（电子或空穴）电流的大小随机起 伏变化。伏变化。 二、网络输入端热噪声的分析二、网络输入端热噪声的分析 (a) 噪声源噪声源 (b) (b) 噪声源与负载的连接噪声源与负载的连接 理论上证明：通频带为理论上证明：通频带为B的网的网络置于温度络置于温度T的环境，只要网的环境，只要网络与电阻噪声源（或前级网络）络与电阻噪声源（或前级网络）阻抗匹配，则网络输入端产生

26、阻抗匹配，则网络输入端产生KTB的可用噪声功率的可用噪声功率Pa，与噪，与噪声源及负载电阻的大小无关。声源及负载电阻的大小无关。 ()aPKTB W式中式中K为玻尔兹曼常数，等于为玻尔兹曼常数，等于1.3810-23(W/HzK)。T为绝对温为绝对温度，度，0oC相当于相当于273K，T0为标准室温时的绝对温度，为标准室温时的绝对温度，T0290K，相当于标准室温相当于标准室温17oC。 当当T=T0时，时， KT0410-21(W/Hz)可用噪声功率可用噪声功率Pa的电平值为的电平值为: )(lg1017410lg103dBmBKTBPa收信机热噪声由噪声源热噪声和其本身热噪声组成，有收信机

27、热噪声由噪声源热噪声和其本身热噪声组成，有 sininonoFsosononinisiPPPPNPPPP GPP0nFniFPN GPN GKTB则折算在收信机输入端的热噪声功率为则折算在收信机输入端的热噪声功率为: : KTBNPFn，三、网络组合对收信机噪声系数的影响三、网络组合对收信机噪声系数的影响 121213121111nFnFFFFGGGNGGNGNNN 当实际的收信机或多级网络的各级噪声系数相差不很大，当实际的收信机或多级网络的各级噪声系数相差不很大，且第一级的增益比较大时（例如且第一级的增益比较大时（例如15dB15dB以上），则系统的总噪声以上），则系统的总噪声系数仅取决于前

28、两项。系数仅取决于前两项。 若数字微波收信机加装了若数字微波收信机加装了FETFET低噪声放大器，将会降低其整低噪声放大器，将会降低其整机的噪声系数。另外，机的噪声系数。另外，FETFET低噪声放大器的位置也将会影响到整低噪声放大器的位置也将会影响到整机的噪声系数，下面我们分三种情况来进行讨论。机的噪声系数，下面我们分三种情况来进行讨论。 4.44.4天馈部件天馈部件 发信机发信机馈线馈线天线天线 微波站内一般采用收发共用天线、多波道共用天微波站内一般采用收发共用天线、多波道共用天线，线，-则要求必须有极化分离器、波道的分并则要求必须有极化分离器、波道的分并路系统路系统天馈线系统：将天线连接到

29、微波收发信机的馈线和各种元件天馈线系统：将天线连接到微波收发信机的馈线和各种元件 分路系统：将各波道发信机发出信号组合起来送到馈线上，并分路系统：将各波道发信机发出信号组合起来送到馈线上，并把馈线送来的微波信号按频率分开，送入各个波道的收信机。把馈线送来的微波信号按频率分开，送入各个波道的收信机。 馈线系统馈线系统 一、馈线的形式一、馈线的形式 各种微波馈线的横截面图（a a）同轴线，常用在）同轴线，常用在2GHz2GHz左右的频段，损耗较大，且左右的频段，损耗较大，且随频率的增高，介质损耗也随频率的增高，介质损耗也随之上升。随之上升。 （b b）矩形波导，应用在微波高频段。不易损坏，但重量大

30、。）矩形波导，应用在微波高频段。不易损坏，但重量大。 （c c）圆波导，应用在微波高频段，制作天线的调向节以及极化）圆波导，应用在微波高频段，制作天线的调向节以及极化分离器等器件。分离器等器件。（d d）椭圆软波导，应用于）椭圆软波导，应用于4 4、6 6、7 7、8GHz8GHz频段，易弯曲，接头少，频段，易弯曲，接头少，易加工，安装方便，因此在微波通信中占据主导地位。易加工，安装方便，因此在微波通信中占据主导地位。 二、馈线元件二、馈线元件 （a）波导弯头）波导弯头 （b）矩圆过渡器）矩圆过渡器 （c）扭波导，实现极化面）扭波导，实现极化面9090（d）螺钉调配器）螺钉调配器 （e）极化分

31、离器）极化分离器 （f）是气密窗）是气密窗 三、馈线与天线的连接三、馈线与天线的连接 1.1.圆密封节圆密封节 4.6.4.6.终端法兰盘终端法兰盘2.2.圆矩变换圆矩变换 5.5.椭圆软馈线椭圆软馈线3.7.3.7.椭矩变换椭矩变换 8.8.矩形密封节矩形密封节(a)双极化天馈系统双极化天馈系统(b)单极化天馈系统单极化天馈系统(a)双极化天馈系统双极化天馈系统(b)单极化天馈系统单极化天馈系统1.1.圆密封节圆密封节 4.6.4.6.终端法兰盘终端法兰盘2.2.极化分离器极化分离器 5.5.椭圆软馈线椭圆软馈线3.7.3.7.椭矩变换椭矩变换 8.8.矩形密封节矩形密封节 VSWRVSWR

32、小，阻抗匹配好，传输损耗小、小，阻抗匹配好，传输损耗小、 无额外辐射无额外辐射 密封节：密封节： 防止潮湿空气进入波导。防止潮湿空气进入波导。 杂波滤除器：杂波滤除器： 圆波导中的主模为圆波导中的主模为H11(TE11)H11(TE11)，抑制其它杂模，主要是抑制其它杂模，主要是E01(TH01)E01(TH01) 极化补偿器：极化补偿器： 上一个内圆壁可以微调的波导上一个内圆壁可以微调的波导段。在实际应用中，当圆馈线不是理想圆时，段。在实际应用中，当圆馈线不是理想圆时，会使极化去耦特性变坏，采用极化补偿器进会使极化去耦特性变坏，采用极化补偿器进行校正，使其合成结果成为一个正圆形的波行校正，使

33、其合成结果成为一个正圆形的波导。导。馈线馈线 极化旋转器：极化旋转器： 针对主模针对主模H11(TE11)H11(TE11)模，在圆波导模，在圆波导中插入一块介质板中插入一块介质板-入射波分成一个平行于介质入射波分成一个平行于介质板（介质中）板（介质中）+ +垂直于介质板的波（空气中）。垂直于介质板的波（空气中）。-波导波长不同，相速不同，合成输出波比输入波波导波长不同，相速不同，合成输出波比输入波旋转了一个角度旋转了一个角度-极化旋转。极化旋转。 阻抗变换器：阻抗变换器： 极化分离器：极化分离器： 其作用是将收信和发信两个相互正其作用是将收信和发信两个相互正交的极化波分开，或分离两个波道的交

34、叉极化的交的极化波分开，或分离两个波道的交叉极化的波。波。采用环行器的收发共用器采用环行器的收发共用器收信机分波道滤波器发信机分波道滤波器132四四 微波分路系统微波分路系统 收信机分波道滤波器发信机分波道滤波器水平或垂直极化波极 化分离器垂直或水平极化波采用极化器的收发共作器采用极化器的收发共作器多波道共用器：多波道共用器： 一条微波线路通常允许多个波道同时工作，一条微波线路通常允许多个波道同时工作，- -共用一副天线共用一副天线-需采用多波道共用器。需采用多波道共用器。 多波道共用器大多采用分、并波道滤波器，分多波道共用器大多采用分、并波道滤波器，分波道滤波器用于收信，其作用是将天线接收到

35、波道滤波器用于收信，其作用是将天线接收到的多波道信号分离，送往各波道相应的接收设的多波道信号分离，送往各波道相应的接收设备；并波道滤波器用于将各波道发信设备输出备；并波道滤波器用于将各波道发信设备输出的信号进行合并送往天线。的信号进行合并送往天线。F1F3F2F1F2F3收信设备1收信设备3收信设备2极化分离器发信设备2发信设备3发信设备1吸收负载吸收负载 二、波道滤波器的安排顺序二、波道滤波器的安排顺序 分路滤波器引起的群时延分路滤波器引起的群时延 各波道信号需经过若干次反射后各波道信号需经过若干次反射后才能进入收信机或送到天馈线系统。才能进入收信机或送到天馈线系统。波道信号所经过反射的次数

36、与该波道波道信号所经过反射的次数与该波道相对于其它波道的位置有关。相对于其它波道的位置有关。 群时延与波道排列有关，安排波群时延与波道排列有关，安排波道时，需考虑引入的相位失真即群时道时，需考虑引入的相位失真即群时延。延。 可以看出，按可以看出，按2 2、6 6、4 4进行波道排列是合理的。进行波道排列是合理的。 若按若按2 2、6 6、4 4排列，微波信号被排列，微波信号被2 2、6 6波道反射后才进入波道反射后才进入4 4波道，显然波道，显然2 2、6 6波波道对道对4 4波道信号的时延可以补偿。波道信号的时延可以补偿。 三、隔离环行器与终端负载的作用三、隔离环行器与终端负载的作用 隔离环

37、行器就是靠近天线的环行器，通过匹配负载来消除隔离环行器就是靠近天线的环行器，通过匹配负载来消除反射波。反射波。 分路系统终端负载也是用来消除反射波的。分路系统终端负载也是用来消除反射波的。 4 4接头接头天线与发射机连接利用同轴馈线或波导，天线、发射机与馈线的连接形式多种多样，较常采用的有N型，L16，SMA，SMB与BNC型。SMB 微波数字通信常用.连接器一般分为两种类型：插针为J（阳）,插孔为K（阴）。主要指标：.工作频率：N型11G SMA 18G SMB4G BNC4G.阻抗： 50 75.驻波或者插入损耗天线和馈线（波导）天线和馈线（波导）主电源主电源: 发电机或发电机或太阳能太阳

38、能蓄电池蓄电池动力房动力房微波设备微波设备抛物面天线抛物面天线波导波导铁塔铁塔D 100 m无源反射板无源反射板禁航灯禁航灯防雷器防雷器机房机房AUXEPXTxRxTxRx充气机充气机椭圆波导椭圆波导使用范围使用范围: 室外安装室外安装 (波导密封波导密封)A.dB/米米r F Ghz100长度长度:120 m波导密封单元波导密封单元马达马达告警告警 (T.S)阀阀压缩压缩输入输入过滤过滤0-250mbar压力表压力表密封切换密封切换压力启动压力启动最大密封压力最大密封压力告警压力告警压力干燥济干燥济: 50 mbars: 75 mbars: 40 mbars到波导到波导分体式微波设备系统结构

39、分体式微波设备系统结构避雷器避雷器接地装置接地装置地气地气ODUIDU同轴电缆同轴电缆接地电阻小接地电阻小于于10欧姆欧姆ODU的接地线应接到铁塔的角钢上，的接地线应接到铁塔的角钢上，其接地电阻小于其接地电阻小于10欧姆欧姆地线的接地电阻应小于地线的接地电阻应小于10欧姆欧姆铁塔的接地电阻应小于铁塔的接地电阻应小于10欧姆欧姆IDU的接地的接地4.4 4.4 微波天线的技术要求微波天线的技术要求B B l la a h h b la hb la hblah天线基本原理天线基本原理天线主要参数天线主要参数电性能参数（电性能参数（Electrical properties） 工作频段工作频段 输入

40、阻抗输入阻抗 驻波比驻波比 极化方式极化方式 增益增益 方向图方向图 水平、垂直波瓣水平、垂直波瓣3dB宽度宽度 下倾角下倾角 前后比前后比 旁瓣抑制与零点填充旁瓣抑制与零点填充 功率容量功率容量 三阶互调三阶互调 天线口隔离天线口隔离机械参数（机械参数（Mechanical properties） 尺寸尺寸 重量重量 天线罩材料天线罩材料 外观颜色外观颜色 工作温度工作温度 存储温度存储温度 风载风载 迎风面积迎风面积 接头型式接头型式 包装尺寸包装尺寸 天线抱杆天线抱杆 防雷防雷天线基本原理天线辐射方向图全向天线定向天线天线基本原理垂直极化垂直极化水平极化水平极化+ 45度极化度极化- 4

41、5度极化度极化天线的极化 天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向天线辐射的电磁场的电场方向就是天线的极化方向天线基本原理V/H (垂直垂直/水平水平)倾斜倾斜 (+/- 45)极化方式极化方式-双极化双极化 2个天线按照固定角度叠加在一起，传播个天线按照固定角度叠加在一起，传播2个独立的波个独立的波天线基本原理常见的天线极化方式常见的天线极化方式 垂直线极化 45双线极化天线基本原理半波振子半波振子理想点源（无耗均匀辐射器）理想点源（无耗均匀辐射器）eg: 0dBd = 2.15dBidBd and dBi2.15dB增益天线基本原理例：例：1个个 dipole 接收功率：1mW多个多个

42、 dipole组阵组阵接收功率：4 mWGAIN= 10log(4mW/1mW) = 6dBd增益天线基本原理10log(8mW/1mW) = 9dBd扇区天线扇区天线“Sector antenna”接收功率：8mW全向阵列全向阵列“Omnidirectional array”接收功率：4mW(顶视)Antenna增益天线基本原理60 (eg)PeakPeak - 3dBPeak - 3dB3dB Beamwidth波束宽度天线基本原理前向功率前向功率后向功率后向功率以以dB表示的前后比表示的前后比 = 10 log 典型值为典型值为 25dB 左右左右目的是有一个尽可能小的反向功率目的是有一

43、个尽可能小的反向功率(前向功率前向功率)(反向功率反向功率)水平波瓣3dB宽度 定向天线：30/65/90/105/120 全向天线：360天线基本原理定向天线： 全向天线：垂直波瓣3dB宽度天线基本原理波束宽度和增益的关系 波束宽度越大，增益越小。天线基本原理下副瓣抑制 (dB)上副瓣抑制 (dB)抑制垂直旁瓣抑制垂直旁瓣天线基本原理下旁瓣零值填充下旁瓣零值填充天线基本原理低上部旁瓣波形低上部旁瓣波形 来自邻近单元的干扰信号来自邻近单元的干扰信号单元内的手提电话信号单元内的手提电话信号 低低上旁瓣能减少干扰上旁瓣能减少干扰 下旁瓣零值填充减小塔下黑下旁瓣零值填充减小塔下黑 无下倾机械下倾固定

44、电子下倾可调电子下倾遥控可调电子下倾机械电调可组合使用下倾角天线基本原理下倾角天线基本原理电调下倾原理示意天线基本原理不下倾不下倾电调下倾电调下倾机械下倾机械下倾电调下倾原理示意天线基本原理电调下倾与机械下倾天线基本原理天线波束下倾的演示天线波束下倾的演示天线3dB角、挂高、俯仰角以及天线覆盖距离之间的关系天线下倾天线基本原理传统基站天馈系统示意图天线基本原理4.54.5微波通信天线微波通信天线 在微波波段，常用在微波波段，常用面天线面天线，例如各种，例如各种喇叭天线与抛喇叭天线与抛物面天线物面天线。面天线的尺寸一般比波长大。其优点是。面天线的尺寸一般比波长大。其优点是方向性好方向性好 面天线

45、的求解面天线的求解：“内问题内问题”由场源求解口面上的场由场源求解口面上的场分布分布；“外问题外问题”由口面上的场分布求妥面天线的由口面上的场分布求妥面天线的辐射场；在界面上场应满足边界条件。辐射场；在界面上场应满足边界条件。 喇叭天线喇叭天线 抛物面天线抛物面天线 卡塞格伦天线卡塞格伦天线 微波天线汇总微波天线汇总1. 1. 抛物面天线抛物面天线 形式：形式：旋转抛物面天线（圆口径面，截抛物面），旋转抛物面天线（圆口径面，截抛物面），抛物柱面天线可获得较强的方向性。抛物柱面天线可获得较强的方向性。 抛物面天线组成：抛物面天线组成：辐射源，反射面辐射源，反射面 分析方法：分析方法：口径场分析法

46、：口径场分析法：几何光学，射线的入几何光学，射线的入射角射角= =反射角（注意条件）反射角（注意条件） 镜面电流法镜面电流法2.2.几何原理几何原理fzx42抛物线方程：抛物线方程： sinxcos fz2seccos122ffcos44sin222ff04cos4sin222ff绕绕z z轴旋转的抛物面方程：轴旋转的抛物面方程： fzyx4222seccos122ff(1)(2) 式中式中f f为抛物线的焦距。抛物面的顶点在原点。为抛物线的焦距。抛物面的顶点在原点。 引入引入焦径比焦径比： 或或 即焦距与口面直径相比，焦径比大，抛物面张角小。即焦距与口面直径相比，焦径比大，抛物面张角小。21

47、 cosf225. 02ctgaf22af tan抛物面天线所具有的性质：抛物面天线所具有的性质： 由焦点发出的射线经反射后平行于由焦点发出的射线经反射后平行于z z轴向外辐轴向外辐射；反之，若射线由平行于射；反之，若射线由平行于z z轴的方向进入，轴的方向进入，将聚于焦点。将聚于焦点。( (注：抛物面注：抛物面2a2al l) ) 由焦点发出的射线，到达口径面的距离相同，由焦点发出的射线，到达口径面的距离相同，无因行程所引起的相位变化。无因行程所引起的相位变化。 如果照射器辐射的是如果照射器辐射的是理想球面波理想球面波，则经抛物面，则经抛物面天线反射后为天线反射后为一平面波一平面波。说明：说

48、明：只有位于焦点的点源辐射理想球面波，且抛物面尺只有位于焦点的点源辐射理想球面波，且抛物面尺寸无限大，抛物面才能把点源的球面波变为理想平面波寸无限大，抛物面才能把点源的球面波变为理想平面波向向z z轴方向传播，其它方向辐射为零。而实际抛物面口面轴方向传播，其它方向辐射为零。而实际抛物面口面尺寸总是有限的，馈源也非理想点源，故抛物面天线辐尺寸总是有限的，馈源也非理想点源，故抛物面天线辐射的波束不是理想的平行波束，其波瓣宽度跟抛物面尺射的波束不是理想的平行波束，其波瓣宽度跟抛物面尺寸和馈源方向性图等多种因素有关。寸和馈源方向性图等多种因素有关。 3.3.抛物面天线的基本参数抛物面天线的基本参数（1

49、 1）天线增益）天线增益表示抛物面天线把能量集中辐射的程度，用字母表示抛物面天线把能量集中辐射的程度，用字母G表示。表示。 用功率定义用功率定义: :某天线与无方向性天线在某点产生相同电场强度的某天线与无方向性天线在某点产生相同电场强度的条件下（即电场强度平方相等），无方向性天线的输入功率条件下（即电场强度平方相等），无方向性天线的输入功率与某天线的输入功率与某天线的输入功率之比（两个天线的效率相等）被称为该之比（两个天线的效率相等）被称为该天线在该点的增益，记为：天线在该点的增益，记为： 202EEG 用场强定义用场强定义: :某天线在空间某点产生的电场强度平方为某天线在空间某点产生的电场强

50、度平方为 ，一，一个无方向天线在同一点产生的电场强度平方为个无方向天线在同一点产生的电场强度平方为 ，就被称，就被称为该天线在该点的增益，记为：为该天线在该点的增益，记为： 20E20EE2E0iiGPP0iPiP天线增益计算公式天线增益计算公式 2222444DDAG表示工作波长；表示工作波长；D代表抛物面反射器的口面直径。代表抛物面反射器的口面直径。天线的实天线的实际制作与理论计算相比要存在误差，因此公式修正为：际制作与理论计算相比要存在误差，因此公式修正为： 2DG常用分贝的形式表示：常用分贝的形式表示： dB)(lg10lg102DGGdB说明：说明：天线增益天线增益G G实际上是一个

51、与方向有关的量，然而如果不加实际上是一个与方向有关的量，然而如果不加以特别说明，天线指标中给出的增益值都是指最大辐射方向以特别说明，天线指标中给出的增益值都是指最大辐射方向（称为主瓣）上的增益。（称为主瓣）上的增益。（2 2）主瓣宽度）主瓣宽度 主瓣宽度是最大辐射方向两侧功率密度等于最大值一半的主瓣宽度是最大辐射方向两侧功率密度等于最大值一半的两个方向之间的夹角，也叫作两个方向之间的夹角，也叫作3dB波瓣宽度，记为波瓣宽度，记为20. 5。 主瓣宽度近似计算公式：主瓣宽度近似计算公式：D70)65(5 0.（3 3）极化去耦）极化去耦为隔离各个信号，有时需要两个微波信号采用不同极化方式，为隔离

52、各个信号，有时需要两个微波信号采用不同极化方式，如水平极化和垂直极化。但由于天线结构不均匀，会引起不同极化如水平极化和垂直极化。但由于天线结构不均匀，会引起不同极化波之间的转换。为此引入极化去耦表征转换程度。正常极化波接收波之间的转换。为此引入极化去耦表征转换程度。正常极化波接收功率为功率为Po，异极化波接收功率为，异极化波接收功率为Px，则极化去耦表示为：，则极化去耦表示为： )dB(lg10 xoPPxdB（4 4）防卫度）防卫度 天线对某方向的接收能力相对于主瓣最大辐射方向的接收天线对某方向的接收能力相对于主瓣最大辐射方向的接收能力的衰减程度。对能力的衰减程度。对180180方向的防卫度

53、也叫前后比。方向的防卫度也叫前后比。 （5 5）电压驻波比）电压驻波比天线与馈线连接的匹配程度。如果驻波比大说明天线向馈天线与馈线连接的匹配程度。如果驻波比大说明天线向馈线反射大。线反射大。 前向功率前向功率后向功率后向功率Ga=20lgDa+20lgf+20.4+10lgAGa为天线增益(dB)；Da为天线口径(m)；f为工作频率(GHz)；A为天线效率，可取50%70%。增益：增益：实例:D0.6m F=13GHzG=35dBi (VHP2-130,35.5dBi)抛物面天线抛物面天线高性能天线高性能天线: 减小背面辐射减小背面辐射和和 副辨辐射副辨辐射 15 dB)风力改善风力改善: 0

54、.6M : 230 km (64m/s) 1.8M : 190 km (53m/s) 抛物面天线抛物面天线抛物面天线抛物面天线抛物面抛物面反射器反射器极化极化r. H极化极化. V天线屏蔽天线屏蔽器器(减小背面辐射减小背面辐射和副辨辐射和副辨辐射 15 dB) 3 dB 58 /R (均匀反射均匀反射)Gain = 10 log 0.55() 2R极化去耦极化去耦 H/V, XPD 30 dB2TRTR高性能天线高性能天线边围边围 + 屏蔽器屏蔽器+站点和通信站点和通信方位角方位角加固杆加固杆天线天线可调节杆可调节杆固定杆固定杆顶视图顶视图防护罩防护罩二、卡塞格伦天线二、卡塞格伦天线 N(b)

55、2b2adF1F21245123nfF1MMN抛物面喇叭双曲面F2(a)1.1.结构结构结构上分为三结构上分为三个部分：主反射面个部分：主反射面（旋转抛物面）、（旋转抛物面）、副反射面（旋转双副反射面（旋转双曲面）和馈源。曲面）和馈源。双曲面有虚、实两个焦点，即双曲面有虚、实两个焦点，即F1和和F2两点，两点，F1至至F2的距离的距离是双曲面的焦距。主、副反射面的焦轴相重合，双曲面的虚焦是双曲面的焦距。主、副反射面的焦轴相重合，双曲面的虚焦点点F1与抛物反射面的焦点与抛物反射面的焦点F 重合。馈源的辐射中心置于双曲面重合。馈源的辐射中心置于双曲面的实焦点的实焦点F2处。处。 2.2.工作原理工

56、作原理 F2处馈源发出任意射线，经双曲面和抛物面两次反射，不仅相处馈源发出任意射线，经双曲面和抛物面两次反射，不仅相互平行，且以相等路程到达抛物面口面。由馈源发射的球面波就互平行，且以相等路程到达抛物面口面。由馈源发射的球面波就转换为沿轴向传播的平面波，形成了方向性极强的辐射。转换为沿轴向传播的平面波，形成了方向性极强的辐射。3.3.卡塞格伦天线的优缺点卡塞格伦天线的优缺点 两个反射面两次反射，改善主反射面的场分布，提高口面利用两个反射面两次反射，改善主反射面的场分布，提高口面利用系数，改进了工作性能；系数，改进了工作性能；馈源靠近主反射面顶点，架设和维修馈源靠近主反射面顶点，架设和维修方便，

57、缩短了馈线长度，降低馈线损耗；方便，缩短了馈线长度，降低馈线损耗；抛物面和双曲面组合，抛物面和双曲面组合，缩短了天线纵向尺寸；缩短了天线纵向尺寸；馈源对双曲面照射，经双曲面反射后的馈源对双曲面照射，经双曲面反射后的射线散开，返回馈源能量极少，改善了匹配。射线散开，返回馈源能量极少，改善了匹配。 副反射面边缘绕射较严重，使口面场振幅起伏和相位分布畸变；副反射面边缘绕射较严重，使口面场振幅起伏和相位分布畸变；副反射面对主反射面有遮挡作用，使增益下降、副瓣电平增高副反射面对主反射面有遮挡作用，使增益下降、副瓣电平增高。 4.4.卡塞格伦天线的技术参数卡塞格伦天线的技术参数 卡塞格伦天线具有与抛物面天

58、线相同的技术参数，其定义和卡塞格伦天线具有与抛物面天线相同的技术参数，其定义和物理意义也都一样。但是卡式天线的指标大多高于抛物面天线。物理意义也都一样。但是卡式天线的指标大多高于抛物面天线。 表表4 41 1 几种国产卡式天线的技术参数几种国产卡式天线的技术参数频段天线型号口面直径 (m)增益(dB)0. 5 (度)前后比 (dB)驻波比 (dB)极化去耦(dB)2GHzWT3.202 3.2 33.9 3.2 47 1.2 304GHzWT3.204 3.2 39.5 1.6 52 1.1 304GHzWT404 4 41.5 1.3 54 1.1 302GHzWT402 4 35.9 2.

59、5 49 1.2 30三、格栅天线三、格栅天线 抛物面天线和卡式天线重量重和风阻较大，为此引入格栅天线。抛物面天线和卡式天线重量重和风阻较大，为此引入格栅天线。 格栅天线实现技术：格栅天线实现技术： （1 1）在抛物面上打小圆孔，小孔的直径应加以限制，即）在抛物面上打小圆孔，小孔的直径应加以限制，即0.59d一般格栅天线的工作频率不会太高，一般在一般格栅天线的工作频率不会太高，一般在4GHz4GHz以下。以下。 （2 2）抛物面的网孔为正方形，网孔的边长小于）抛物面的网孔为正方形，网孔的边长小于/2/2。（3 3）由若干个金属栅条等间距地平行排列，构成抛物面。栅条）由若干个金属栅条等间距地平行

60、排列，构成抛物面。栅条与电场矢量平行，可阻止电磁波通过栅条之间空隙。栅条之间的与电场矢量平行，可阻止电磁波通过栅条之间空隙。栅条之间的距离小于工作波长之半。距离小于工作波长之半。 2221222cc作业：作业： 中控台馈线系统输入功率中控台馈线系统输入功率=30dBm=30dBm，馈线，馈线长长20m20m，馈线损耗，馈线损耗0.05dB/m0.05dB/m；因天线与馈线的；因天线与馈线的匹配问题使天馈线系统驻波系数匹配问题使天馈线系统驻波系数S=1.2S=1.2，天线，天线效率为效率为0.950.95，计算天线辐射功率。，计算天线辐射功率。 4.6 4.6 阵列天线与智能天线简介阵列天线与智