第5章--微波传输基本理论讲课讲稿

1、第五章第五章 微波传输微波传输(chun sh)基本理论基本理论 第一页，共97页。主要(zhyo)内容l微波简介(jin ji)l微波传播l微波传输系统l衰落及抗衰落第二页，共97页。微波(wib)简介l什么是微波(wib)l微波(wib)通信的发展第三页，共97页。什么(shn me)是微波频段名称频段名称频率范围频率范围波长范围波长范围长波长波30300KHz100010000m中波中波3003000KHz1001000m短波短波330MHz10100m超短波超短波303000MHz110m微波微波0.33GHz10 cm1m330GHz110cm30300GHz110mm第四页，共97

2、页。各种( zhn)波段波的特性长波的穿射能力最强，电磁波靠地波传播，但其收发信天线的占用场地很大，常用于海上通信。中波比较稳定，主要用于广播。短波(dunb)在传输过程中，碰到电离层会发生反射现象因而其传输距离很远，故短波(dunb)常用于远距离通信或广播。但极易受电离层变化的影响，信号会时强时弱。超短波(dunb)的传输特性同光波一样，是沿直线传播的，要求通信双方之间（两微波站之间）没有阻挡物，信号方能传输到对方。微波传输特性也和光波一样，只能沿直线传播即视距传播，绕射能力弱，且在传播中遇到不均匀的介质时，将产生折射和反射。 第五页，共97页。微波通信微波的发展是与无线通信的发展是分不开的

3、。1901年马克尼使用800KHz中波信号进行了从英国到北美纽芬兰的世界上第一次横跨大西洋的无线电波的通信试验，开创(kichung)了人类无线通信的新纪元。无线通信初期，人们使用长波及中波来通信。20世纪20年代初人们发现了短波通信，直到20世纪60年代卫星通信的兴起，它一直是国际远距离通信的主要手段，并且对目前的应急和军事通信仍然很重要。第六页，共97页。微波通信微波通信是二十世纪50年代的产物。由于其通信的容量大而投资费用省（约占电缆投资的五分之一），建设速度(sd)快，抗灾能力强等优点而取得迅速的发展。20世纪40年代到50年代产生了传输频带较宽，性能较稳定的微波通信，成为长距离大容量

4、地面干线无线传输的主要手段，模拟调频传输容量高达2700路，也可同时传输高质量的彩色电视，而后逐步进入中容量乃至大容量数字微波传输。第七页，共97页。微波(wib)扩频通信具有以下特点 l建设无线微波扩频通信系统目前无需申请、带宽较高、建设周期短； l一次性投资、建设简便、组网灵活、易于管理，设备可再次利用 ； l相连单位距离不能太远，并且两点直线范围内不能有阻挡物； l抗噪声和干扰能力强，具极强的抗窄带瞄准式干扰能力，适应军事电子对抗； l能与传统的调制方式共用频段； l信息传输可靠性高； l保密性强，伪随机噪声使得信号不易被发现而有利于防止窃听； l多址复用(f yn)，可以采用码分复用(

5、f yn)实现多址通信； l设备使用寿命较长。 第八页，共97页。微波(wib)传播l无线电波无线电波(din b)(din b)传播方式及特性传播方式及特性l无线电波无线电波(din b)(din b)传播的特性传播的特性 l电波电波(din b)(din b)传播的信道特征传播的信道特征l传输媒质对电波传输媒质对电波(din b)(din b)传播的影响传播的影响l地面对微波传播的影响地面对微波传播的影响l大气对微波传播的影响大气对微波传播的影响 第九页，共97页。无线电波无线电波(wxin dinb)传播方传播方式及特性式及特性 任何一个通信系统，要完成通信，除必须具有发信机外，还要具备

6、由传输媒质构成的信道(xn do)。信道(xn do)按传输媒质可分为有线信道(xn do)和无线信道(xn do)两类。有线信道(xn do)包括电缆和光纤；无线信道(xn do)是指无线电波传播的空间。信道(xn do)按传输特性参数随外界各种因素影响变化的快慢来分有“恒参信道(xn do)”和“变参信道(xn do)”。第十页，共97页。无线信号传输无线信号传输(chun sh)过程过程l传输过程一般是由发射设备(shbi)产生电信号并由发射天线转换成电磁波，经空间媒质传播到接收端，由接收天线接收电磁波并还原成电信号而完成传输。 第十一页，共97页。无线电波传播无线电波传播(chunb)

7、的几种方式的几种方式 直射波电离层对流层天波散射波地波地反射波CTR第十二页，共97页。无线电波无线电波(wxin dinb)传播的几传播的几种方式种方式 直射波传播（视距传播）：一般用在超短波和微波波段。直射波传播是最主要的无线电波传播方式。电离层反射波传播（天波传播）：指电波向天空辐射并经电离层反射后回到地面的传播方式，主要用在中波(zhngb)和短波波段，简称天波。地表面波传播：这是一种沿着地球表面传播的电磁波，简称地波。主要用在中、长波波段和短波的低频段。由于大地对电波能量的吸收作用，因此利用地波这种传播方式时，只能进行频段较低的近距离通信。散射波传播：这种传播主要是由于电磁波投射到大

8、气层（如对流层）中不均匀气团或投射到流星余迹上时产生散射，其中有一部分电磁波到达接收地点。地面反射波传播：电波经地面反射后到达接收地点的传播方式。 第十三页，共97页。电波电波(din b)传播的特性传播的特性 电磁波在均匀媒质中沿直线传播电磁波在均匀媒质中沿直线传播 在均匀媒质中，电磁波各射在均匀媒质中，电磁波各射线的传播速度相同线的传播速度相同 ，传播方向不变。，传播方向不变。能量的扩散与吸收能量的扩散与吸收 当电磁波离开天线后，便向当电磁波离开天线后，便向四面八方扩散，随着传播距离增加四面八方扩散，随着传播距离增加(zngji)(zngji)，空间的电磁场就越来越弱，空间的电磁场就越来越

9、弱 。第十四页，共97页。电波电波(din b)传播的特性传播的特性 反射与折射反射与折射 当电波由一种媒质传播到另当电波由一种媒质传播到另一种媒质时，在两种媒质的交界面上，传一种媒质时，在两种媒质的交界面上，传播方向会发生改变，产生反射和折射现象。播方向会发生改变，产生反射和折射现象。并遵守光学的折射和反射定律。并遵守光学的折射和反射定律。 电波的干涉电波的干涉 由同一由同一(tngy)(tngy)电波源所产电波源所产生的电磁波，经过不同的路径到达某接收生的电磁波，经过不同的路径到达某接收点场强由不同路径的电波合成，这种现象点场强由不同路径的电波合成，这种现象叫做波的干涉，也称作多径效应。叫

10、做波的干涉，也称作多径效应。第十五页，共97页。电波电波(din b)传播的特性传播的特性 绕射现象绕射现象 电波在传播过程中有一定的电波在传播过程中有一定的绕过障碍物的能力，这种现象称为绕射绕过障碍物的能力，这种现象称为绕射 。 电波的绕射能力与波长有关电波的绕射能力与波长有关(yugun)(yugun)，波长越长，绕射能力越强，波长越长，绕射能力越强，波长越短，绕射能力越弱。波长越短，绕射能力越弱。第十六页，共97页。电波传播的信道电波传播的信道(xn do)特征特征无线电波在自由空间中的传播 自由空间传播是指天线周围为无限大真空时的电波传播，它是理想传播条件。 实际情况下，只要地面上空(

11、shngkng)的大气层是各向同性的均匀介质，其相对界电常数和相对磁导率都等于1，传播路径上没有障碍物阻挡，到达接收天线的地面反射信号场强也可以忽略不计，在这样的情况下，电波可视作在自由空间中传播。 第十七页，共97页。自由空间传播自由空间传播(chunb)损耗损耗 l假设发射天线置于自由空间（一个没有能够反射、折射、绕射、假设发射天线置于自由空间（一个没有能够反射、折射、绕射、散射和吸收电磁波的无限大的真空散射和吸收电磁波的无限大的真空(zhnkng)(zhnkng)中），若无方向中），若无方向性天线，辐射功率为性天线，辐射功率为PTPT瓦，则距离辐射源瓦，则距离辐射源d d米处的电场强度有

12、效米处的电场强度有效值为：值为：l磁场电场强度有效值为：磁场电场强度有效值为：l上式表明，电场上式表明，电场/ /磁场强度与传播距离成反比，当电波经一段路磁场强度与传播距离成反比，当电波经一段路径传播后，增加能量仍然会受到衰减，这是由于辐射能量的扩径传播后，增加能量仍然会受到衰减，这是由于辐射能量的扩散而引起的。散而引起的。 )/(300mVdPET)/(120300mAdPHT第十八页，共97页。接收接收(jishu)天线获取电波的功天线获取电波的功率率单位面积上的电波功率密度单位面积上的电波功率密度S为：为：S= PT /4d2（W/m2）4d2_球体表面积球体表面积无方向性接收无方向性接

13、收(jishu)天线的有天线的有 效面积效面积A为为:A= 2/4(天线理论天线理论)在在PR处接收处接收(jishu)天线获取电波的功率天线获取电波的功率PR为：为：PR=S A= PT /4d2 A =PT /4d2 2/4= PT(/4d)2第十九页，共97页。自由空间传播自由空间传播(chunb)损耗损耗 24dPPLRTP)(lg20)(lg2044.324lg102MHzfkmddLP第二十页，共97页。传输传输(chun sh)(chun sh)媒质对电波媒质对电波传播的影响传播的影响l传输损耗传输损耗(snho)(snho)（信道损耗（信道损耗(snho)(snho)） l衰落

14、现象衰落现象 l传输失真传输失真 l电波传播方向的变化电波传播方向的变化 第二十一页，共97页。传输传输(chun sh)(chun sh)损耗损耗l电波在实际的媒质中传播时是有能量损耗的。这种能量损耗可能是由于大气对电波的吸收或扩散(kusn)引起的，也可能是由于电波绕过球形地面或障碍物的绕射而引起的。不同的传播方式、传播媒质，信道的传输损耗不同。第二十二页，共97页。衰落衰落(shuilu)(shuilu)现象现象 l所谓衰落，一般是指信号电平随时间的随机起伏。按引起衰落的原因分类，大致可以分为吸收型衰落和干涉型衰落。l吸收型衰落主要是由于传播媒质电参数的变化，使得信号在媒质中的衰减发生相

15、应的变化而引起的。这种衰落跟天气(tinq)有很大的关系，而且信号电平的变化缓慢，所以称为慢衰落。此外，由地形起伏、建筑物及障碍物的遮蔽等引起的阴影衰落也称慢衰落。l干涉型衰落主要是由于随机多径干涉现象引起的。这种衰落的信号电平变化很快，所以称为快衰落。第二十三页，共97页。衰落衰落(shuilu)(shuilu)现象现象 504030209:00 10:00 11:00（小时） 1 50 100（秒）相对电平（）慢衰落（）快衰落40302010图5-3衰落现象第二十四页，共97页。传输传输(chun sh)(chun sh)失真失真 l无线电波通过媒质除产生(chnshng)传输损耗外，还会

16、产生(chnshng)失真振幅失真和相位失真。产生(chnshng)失真的原因有两个：一是媒质的色散效应，二是随机多径传输效应。第二十五页，共97页。电波电波(din b)(din b)传播方向的变化传播方向的变化 l电波在实际空间中传播的场是复杂多样(du yn)的，有反射、散射和绕射等。因此电波传播的方向是不断变化的。第二十六页，共97页。地面地面(dmin)对微波传播的影响对微波传播的影响l惠更斯原理惠更斯原理(yunl)是，一点源的振动可传递给邻近是，一点源的振动可传递给邻近质点，使其成为二次波源。当点源发出球面波时，二质点，使其成为二次波源。当点源发出球面波时，二次波源产生的波前也是

17、球面，三次、四次次波源产生的波前也是球面，三次、四次波源也波源也是如此。是如此。第二十七页，共97页。费涅尔区费涅尔区l由解析几何由解析几何(ji x jh)可知，平面上一动点至两可知，平面上一动点至两定点定点T、R的距离之和为常数时，此动点轨迹为的距离之和为常数时，此动点轨迹为椭圆。在空间，此动点轨迹为旋转椭球面椭圆。在空间，此动点轨迹为旋转椭球面 第二十八页，共97页。第一第一(dy)费涅尔区半径费涅尔区半径 T R F1d2d1P第二十九页，共97页。第第n n费涅尔区费涅尔区第三十页，共97页。费涅尔区对微波(wib)传播的影响 l由费涅尔区定义可知经过各费涅尔区端点P1、P2、P3的

18、电波射线TP1R、TP2R、TP3R依次相差。这样，各相邻费涅尔区在R处产生的电波场强相位(xingwi)相差180，即第二费涅尔区在R处产生的电波场强与第一费涅尔区的反相，第一费涅尔区的电波场强与第三费涅尔区的同相。 第三十一页，共97页。费涅尔区对微波(wib)传播的影响 1234522111223344551222(222222222222EEEEEEEEEEEEEEEEEEEE133445511EEEEEEE =-+-+22222221111 =+)- ()+ ()11 - ()+11111 =+E-E+E-E1 =E第三十二页，共97页。费涅尔区对微波(wib)传播的影响 l在自由空

19、间，并不是(b shi)所有费涅尔区的能量都使R处的场强增大，而是相互干涉，偶数区的抵消奇数区的，最后结果是R处从所有费涅尔区的得到的场强大致等于第一费涅尔区在R处产生场强之半。 第三十三页，共97页。用费用费(yngfi)(yngfi)涅尔区解释阻挡涅尔区解释阻挡物的影响物的影响 第三十四页，共97页。自由空间余隙 h0 l若余隙hc大于h0，路径损耗随hc的增加略有波动，最终稳定在自由空间损耗上。若余隙hc小于h0，那么随着(su zhe)hc的减小，路径损耗急剧增加。微波链路设计时，首先要保证自由空间余隙内没有任何障碍物。在实际中往往要求在第一菲涅尔区内不存在任何障碍物。 第三十五页，共

20、97页。用费涅尔区分析平坦用费涅尔区分析平坦(pngtn)(pngtn)地面的发射地面的发射 l实际中，总是将收发天线对准(du zhn)，以便收方接收到较强的直射波，但由惠更斯原理，总会有一部电波折射到地面；若发射天线方向性不尖锐，也会有电波折射到地面。这时，接收点除收到直射波外，还收到地面反射的波（反射角等于入射角） 第三十六页，共97页。接收点场强222200022cos()EEEEr 20212cos()Er 第三十七页，共97页。衰落(shuilu)因子Lr l一般(ybn)入射角很小，180；而1（全反射），于是20212cos()rELrE 2212cos()rLr第三十八页，共

21、97页。Lrr的关系(gun x)曲线 第三十九页，共97页。说明(shumng)l当r/ 2 、3/2 时，反射点P相当于在第一、第三等奇数号费涅尔区的边缘，接收处的合成场强是直射波（它是第一费涅尔区）与同相的反射波相加，合成场强最大。当r、2时，P点在第二、第四等偶数费涅尔区的边缘，接收处的合成场强是直射波与反相反射波相加，合成场强最小。当r/ 6 、5/ 6 时，反射点P在第一、第二等费涅尔区以内。仅以r/ 6说明。当r /6 时，反射点P在第一费涅尔区内，虽然第一费涅尔区的下半部被地面阻挡，但反射波与直射波同相相加，可以弥补(mb)地面阻挡的损失，仍可使接收处的场强与自由空间相近。 第

22、四十页，共97页。大气对微波大气对微波(wib)(wib)传播的影响传播的影响 l地球地球(dqi)大气层大气层 对流层平流层D 层E 层F1 层F2 层4090KM90110KM150KM250KM至1000KM1020KM2040KM电离层地 球第四十一页，共97页。地球地球(dqi)大气层大气层 l地球大气层中最低的一层是对流层，其厚度平均约1020KM，由于其贴近地表面，大气的温度随着高度的增加而下降，空气对流十分(shfn)频繁。对流层的平均高度随地域变化而有所差异，温带地区为1012KM，赤道附近为1618KM。在对流层中集中了大气中90%以上的水和3/4以上的大气质量。l在对流层

23、的上面一层是平流层，又称同温层，距地面约2040KM。在平流层上面是电离层。电离层是地球大气的一部分。处于这种高度的大气，其对流作用甚小，在太阳的辐射作用以及宇宙射线的影响下产生电离，形成相当多的离子和自由电子。按离地球表面的高度，电离层依次分为D层、E层、F1层和F2层等四层。在白天，这四层电离层均存在；在晚上，D层消失，F1层和F2层合并为一层（这时称为F2层）。 第四十二页，共97页。对流层l对流层自地面向上约10km范围的低空大气层。因天线架设高度不会超过此范围，且微波传播为空间射线(shxin)形式，故大气的影响主要是对流层的影响，其它各层对微波传播影响不大。l对流层集中了整个大气质

24、量的3/4 ，当地面受太阳照射时，地表温度上升，地面放出的热量使温度较低的大气膨胀，从而造成大气密度不匀，产生了大气的对流波动，故称之为对流层。 第四十三页，共97页。对流层对微波(wib)传播的影响 l由于气体(qt)分子谐振，使微波能量被吸收。对波长2cm的微波，吸收才较显著，当 2cm时可不考虑。l由雨、雾、雪引起的微波能量的吸收，5cm时要考虑这种吸收， 5cm时可不考虑。l对流层温度随高度的增加而下降（平均每公里下降6C），压力随高度的增加而减小，水汽含量随高度的增加而迅速下降。因此会形成云、雾之类的不均匀结构，它们使电波发生折射、反射、散射、吸收等现象，其中最主要的是大气折射。第四

25、十四页，共97页。大气(dq)折射 l当n随着高度(god)的增大而增大时，由折射率定律可知，折射角ti，电波传播轨迹将向下弯曲 第四十五页，共97页。等效地球(dqi)半径 l大气可以认为时n是连续变化的，是由无限簿层构成的，在其中传播的微波将是连续折射(zhsh)弯曲的曲线 第四十六页，共97页。等效(dn xio)地球半径 l等效条件是：等效前后电波射线轨迹上各点与地面之间垂直距离(jl)处处不变。由几何学知，若两曲线的曲率差相等，则它们之间距离(jl)处处相等，这样，等效条件是电波路径与地面之曲率差应相等。 第四十七页，共97页。等效地球(dqi)半径 第四十八页，共97页。正负折射正

26、负折射(zhsh)(zhsh)及标准折射及标准折射(zhsh) (zhsh) 无折射无折射 K K1 1，ReReR R，无折射，如图，无折射，如图5-235-23所示。所示。负折射（图负折射（图5-235-23曲线曲线） ReReR R，, ,电波射线折射向上弯曲，与地球电波射线折射向上弯曲，与地球(dqi)(dqi)弯曲方向相反，故称负折射。弯曲方向相反，故称负折射。正折射（图正折射（图5-235-23曲线曲线） K K，电波射线折射向下弯曲，与地球，电波射线折射向下弯曲，与地球(dqi)(dqi)弯曲方向相同，故称正折射。弯曲方向相同，故称正折射。 第四十九页，共97页。折射(zhsh)

27、示意第五十页，共97页。大气大气(dq)(dq)折射对余隙的影响折射对余隙的影响 第五十一页，共97页。凸起(t q)高度 第五十二页，共97页。折射(zhsh)后的总余隙 KRKddKRddRddh2) 1(22212121KRKddhhcce2) 1(21第五十三页，共97页。复杂复杂(fz)地形的余隙地形的余隙 1122213()()ceehH dhHdhHhd第五十四页，共97页。k值及余隙的选择(xunz) l在天线高度设计中，k值非常重要(zhngyo)。在温带平均情况下，取k4/3，其变化范围为2/3,若K值较小，余隙hc将会变小，电波衰减增大，故天线不能太低。反之，若天线较高，

28、而气象变化使K增大，则hc增大，显得天线太高造成浪费。如果hc等于费涅尔区半径，则可能使地面反射去削弱主波。为此，对所选天线高度，应按以下标准进行检查：第五十五页，共97页。地面(dmin)反射系数较小 l0.5，即地面反射系数较小，此时主要防止障碍阻挡(zdng)过大，标准为k时，hc0.3F1（一般障碍物），或hc0（刃形障碍物）；lk时，hcF1；lk时，hc不能等于偶数费涅尔区半径。第五十六页，共97页。地面(dmin)反射系数较大l0.7，即地面反射(fnsh)系数较大，此时主要防止反射(fnsh)衰落过大，标准为lk时，hc0.3F1（一般障碍物），或hc0（刃形障碍物）；lk时，

29、hcF1；lK时，hc1.35 F1 第五十七页，共97页。微波传输微波传输(chun sh)系统的组系统的组成成 l数字微波传输系统数字微波传输系统(xtng)组成方框图组成方框图 编编码码译译码码多多路路复复用用设设备备基基带带信信号号处处理理调调制制器器解解调调器器微波微波发信发信机机微波微波收信收信机机分分路路系系统统天天馈馈线线系系统统用用户户第五十八页，共97页。各部分(b fen)作用l信源/信宿l 产生信息和接收信息的末端设备。如电话机、计算机等。l复用/解复用l 复用是将多路模拟信号(xnho)经过A/D变化再进行时分复用为高速率信号(xnho)的过程。解复用是复用的逆过程。

30、l调制/解调器l 调制是将基带信号(xnho)对射频(微波)或中频进行调制.解调是调制逆过程。第五十九页，共97页。各部分(b fen)作用l发射机和接收机l 发射机用来将已调信号功率放大后馈送给发射天线发射出去的设备。接收机则将受空间传输衰减后的微弱信号进行放大、混频、滤波等处理和变换的设备。l分路滤波器（双工器）l 通信一般均是双向进行的。为了实现(shxin)发射和接收共用一副天线，必须采用分路器或双工器，它利用收发频率的差异实现(shxin)收发分离。第六十页，共97页。各部分(b fen)作用l天馈线l 天线及其馈线完成收发信机的电信号和空间电磁波之间的能量转换。l 前二类设备(sh

31、bi)称为通信系统的终端设备(shbi)，后四类设备(shbi)称为信道设备(shbi)。第六十一页，共97页。天馈线天馈线(ku xin)系统的结构图系统的结构图 第六十二页，共97页。天线(tinxin)的方向性 第六十三页，共97页。天线天线(tinxin)增益增益天线增益是表示抛物面天线辐射能量的集中程度。用字母G表示。G=E2/E02=A/(24) =(14)D2/24 =(D/)2 E有方向天线在空间某点(P点)产生的电场强度(qingd)。 E0无方向理想天线在某点(同一点P)产生的电场强度(qingd). A: 天线口面积 ; D: 抛物面反射器的口面直径 24:无方向性天线的

32、等效面积 : 为工作波长 第六十四页，共97页。天线天线(tinxin)增益增益实际：G=(D/)2 称为口面利用系数，一般=0.450.60GdB=10lgG=10lg(D/)2当=0.54时，GdB=10lg（Df/c）2 GdB =20lgf(MHz)+20lgD(m)-42.28(dB) 式中：f(MHz)为工作(gngzu)波长对应的频率。D(m)：为天线口面直径(m)第六十五页，共97页。半功率(gngl)角(3dB波束宽度) 和零功率(gngl)角l半功率角是指主叶瓣上场强为主射方向场强的1/2= 0.707时（即功率下降1/2时），两个方向间的夹角，即为“20.5”； l零功率

33、角是指偏离主射方向最近的两个零射方向（辐射(fsh)场强为零的方向）之间的夹角，记为“20”。 l天线的半功率角越小，能量集中程度越高第六十六页，共97页。防卫(fngwi)度l天线后向防卫度是指天线主射方向的辐射场强0与后向辐射场强E180的比值，用180表示(biosh)，即 l天线正交防卫度是指天线主射方向的辐射场强0与偏离主射方向90方向上辐射场强E 90的比值，用90表示(biosh)，即 l天线防卫度反映了主射方向的辐射场强对偏离其90和180方向上的串扰影响大小，防卫度越高其扰越小。 第六十七页，共97页。抛物面天线(tinxin) 抛物面天线由旋转抛物面和辐射源（馈源）两部分组

34、成，抛物面焦点(jiodin)处的辐射源发射出的球面波，经抛物面反射形成定向的平面波束射向空间。 第六十八页，共97页。抛物面天线(tinxin) lPF+MP=常数，与P点的位置无关，这说明MF平面是一个等相位面。因此(ync)抛物面天线发射出的电磁波在Z方向是一个平面波。 第六十九页，共97页。卡塞格林天线卡塞格林天线(tinxin) (tinxin) 第七十页，共97页。卡塞格林天线卡塞格林天线(tinxin) (tinxin) l卡塞格伦天线由三部分组成，即主反射器、副反射器和辐射源。其中主反射器为旋转抛物面，副反射面为旋转双曲面。在结构上，双曲面的一个焦点与抛物面的焦点重合，双曲面焦

35、轴与抛物面的焦轴重合，而辐射源位于双曲面的另一焦点上，如下图所示。它是由副反射器对辐射源发出的电磁波进行的一次反射，将电磁波反射到主反射器上，然后(rnhu)再经主反射器反射后获得 方向的平面波波束，以实现定向发射 第七十一页，共97页。卡塞格林天线卡塞格林天线(tinxin)(tinxin)原理原理第七十二页，共97页。为什么用卡塞格伦天线(tinxin)l卡塞格伦天线相对于抛物面天线来讲，它将馈源的辐射方式由抛物面的前馈方式改变为后馈方式，这使天线的结构较为紧凑，制作起来也比较方便。另外卡塞格伦天线可等效为具有长焦距的抛物面天线，而这种长焦距可以使天线从焦点至口面各点的距离接近(jijn)

36、于常数，因而空间衰耗对馈电器辐射的影响要小，使得卡塞格伦天线的效率比标准抛物面天线要高。 第七十三页，共97页。微波馈线(ku xin)系统 l馈线系统是联接分路系统与天线的馈线和波导部件l它可以有多种安装(nzhung)形式。l软同轴电缆系统l矩形硬波导系统l椭圆软波导系统l圆一矩硬波导系统l圆一椭圆馈线系统。第七十四页，共97页。微波馈线(ku xin)系统 l硬波导系统是目前4GHz、6GHz常用的方式。优点是不易损坏。但波导管短，接头多，要用弯头和扭波导来转弯，安装不方便，钢材用量大。l同轴电缆和椭圆软波导系统用在2GHz较多。优点：这种电缆可以做得很长，接头少，泄漏少，反射也小。运输

37、方便，安装简单。但单位长度衰耗大，最好用于天线距收发信机较近的场合。这种电缆特别注意不要挤压损坏。l圆波导系统的优点是衰耗小，适宜作长馈线使用，目前在高塔上一般用圆波导作主馈线。引入机房(j fn)后再变换为矩形波导。圆波导非常有用，但安装、调整比较困难。其中高次模的滤除、极化去耦补偿是安装圆波导要特别注意的。l目前4GHz、6GHz大部分使用圆一矩波导系统；2GHz用同轴电缆或椭圆软波导；8GHz用矩形硬波导系统。随着椭圆软波导质量的提高，其应用范围越来越大。 第七十五页，共97页。微波微波(wib)中继传输中继传输l微波通信是视距方式的通信，如要在超视距的两个点或多个点间建立微波站传输，也

38、就是必须采用中继方式转播，用多个微波接力站实现微波中继或利用卫星(wixng)实现微波中继。l微波传输信道上的微波站可分为微波端站，微波中继站和微波分站。l微波站都是由微波中继机、馈线、天线、铁塔等构成。l不同工作性质的微波站主要区别在于微波站中各中继机的结构形式不同。分为：再生转接（基带式）、中频转接和微波转接三种。第七十六页，共97页。微波微波(wib)中继传输中继传输第七十七页，共97页。再生再生(zishng)(zishng)转接（基带式）转接（基带式） l载频为的接收微波信号经混频电路后，输出中频已调信号，经中放输出符合电平和阻抗要求的中频已调信号，经解调、再生还原出数字基带脉冲序列

39、，作为下话路的信号。如本站有上话路的脉冲序列，则又对中频和微波载波进行调制，再经微波功放后，以为载波的形式发射(fsh)出去。 图图5-12再生转接中继机结构示意图再生转接中继机结构示意图微微波波低噪低噪声放声放大大混混频频中中放放解解调调再再生生本振本振微微波波功功放放调调制制天线天线主振主振天线天线第七十八页，共97页。中频中频(zhngpn)(zhngpn)转接转接 l载频为f1的接收微波信号经混频还原出中频已调波，中放后输出满足一定(ydng)电平的中频调制信号。此中频调制信号直接送往发送侧的功率中放输出足够大的电平和频率为f2的主振信号经上变频输出频率为f1；的微波调制信号，再经微波

40、功放由微波天线发射出去。微微波波低噪低噪声放声放大大混混频频中中放放功 率功 率放大放大收本收本振振微微波波功功放放上上变变频频天线天线主振主振天线天线。第七十九页，共97页。微波微波(wib)(wib)转接转接 l微波转接和采用(ciyng)中频转接方式很类似。只是一个是微波放大，一个是中频放大。旧书P117第八十页，共97页。衰落(shuilu)及抗衰落(shuilu)l衰落大体上可以归为两大类：l第一类是气象条件的不平稳变化引起的，如大气折射的慢变化，雨雾衰减，大气中不均匀体的散射等引起的衰落；l第二类是多径传播引起的衰落。由于气象条件不平稳变化，使传播发生异常。可能出现多条传播路径，这

41、就称为(chn wi)多径传播，这时到达接收天线的几条射线，在垂直天线口面上的相位不可能完全相同，这就会产生相互迭加干扰，使合成信号产生或深或浅的衰落。 第八十一页，共97页。平衰落(shuilu) l第一类是相对平稳的衰落，它是在信号带内各频分量的衰减无显著差别，这种衰落称为平坦衰落，简称平衰落。平衰落的现象是使收信电平降低，严重时也可使电路(dinl)中断。 第八十二页，共97页。频率(pnl)选择性衰落 lK型衰落：地面反射引起的，在等效地球半径系数K发生变化(如大气折射发生快而大的变化)时引起的衰落，当接收天线高度固定时具有频率选择性 l波导型衰落：电波在低空大气层传播时，由于(yuy

42、)大气波导层的折射或反射形成多径传播而产生的衰落，也具有频率选择性 第八十三页，共97页。分析多径衰落(shuilu)的方法l在视距微波线路上，分析(fnx)多径衰落时均可等效为多条电波射线相互干扰后的结果。第八十四页，共97页。抗衰落抗衰落(shuilu)技术技术 l分集接收 l自适应(shyng)均衡技术 第八十五页，共97页。分集接收(jishu)分集技术(Diversity Techniques)就是研究如何利用多径信号来改善系统的性能。分集技术利用多条传输相同信息、且具有近似相等的平均信号强度和相互独立(dl)衰落特性的信号路径，并在接收端对这些信号进行适当的合并(Combining

43、)，以便大大降低多径衰落的影响，从而改善传输的可靠性。第八十六页，共97页。频率(pnl)分集和空间分集 l二重频率分集：是同用一天线，发射两个频率f1和f2，两者载送同一信息。在接收端，用两部(lin b)接收机从同一天线分别接收两个频率的信号后，再通过组合电路输出。这种方法占用频带宽，在干线微波上很少采用。 l二重空间分集：是一个天线发射，用两个在不同位置的天线接收，再通过组合后输出。l对频率选择性衰落更严重的线路，也可两种分集同时采用，称为混合分集。第八十七页，共97页。采用(ciyng)空间分集l当存在地面反射时，可采用空间分集在空间不同的高度上设置几副进行接收(jishu)。l由平滑

44、地面反射知，发生地面反射而引起衰落时，衰落大小与行程差有关，与余隙有关，所以接收(jishu)场强(或电平)随接收(jishu)点高度的变化而变化。当气象条件变化时，会引起余隙变化。如用一个固定高度的天线接收(jishu)，这种变化无疑引起信号的衰落。如果采用两个固定天线，使高差等于场强分布相邻最大与最小值的间距，这样两天线在接收(jishu)信号时可以互相补偿，使衰落带来的影响可大大降低。 第八十八页，共97页。时间时间(shjin)分集分集时间分集就是将要传输的信息分别在时间分集就是将要传输的信息分别在不同的时隙发射出去，要求重发信号的时不同的时隙发射出去，要求重发信号的时隙间隔要大于信道相干时间，以保证重发隙间