微波传输基本理论.ppt

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1、第五章第五章 微波传输基本理论微波传输基本理论内容提要n无线电波传播的方式及特性无线电波传播的方式及特性n微波传输微波传输n衰落及抗衰落技术衰落及抗衰落技术n 微波传输系统及应用微波传输系统及应用各种波段波的特性长波长波的穿射能力最强，电磁波靠地波传播，但其收发信的穿射能力最强，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。天线的占用场地很大，常用于海上通信。中波中波比较稳定，主要用于广播。比较稳定，主要用于广播。短波短波在传输过程中，碰到电离层会发生反射现象因而其在传输过程中，碰到电离层会发生反射现象因而其传输距离很远，故短波常用于远距离通信或广播。但极传输距离很远，故短波

2、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。易受电离层变化的影响，信号会时强时弱。超短波超短波的传输特性同光波一样，是沿直线传播的，要求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。传输到对方。微波微波传输特性也和光波一样，只能沿直线传播即视距传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。产生折射和反射。5.1 无线电波传播的方式及特性无线电波传播的方式及特性

3、5.1.1电波传播所涉及到的地球大气层电波传播所涉及到的地球大气层 电波传播会涉及到地球大气层，地球上电波传播会涉及到地球大气层，地球上面的大气层的结构如图。面的大气层的结构如图。n 对流层对流层n 平流层平流层n 电离层电离层 大气层的结构大气层的结构无线电波在空间的传播模式无线电波在空间的传播模式 电电磁磁波波在在其其横横向向平平面面中中场场值值的的大大小小和和方方向向都都不不变变，则则称称为为均均匀匀平平面面波波。为为简简化化起起见见，下下面面只只讨讨论论均匀平面波在自由空间中的传播情况。均匀平面波在自由空间中的传播情况。在无边界（开放）的无限空间中，电磁波的场在无边界（开放）的无限空间

4、中，电磁波的场结构只有横电磁波结构只有横电磁波TEM。513 无线电波传播的方式及特性无线电波传播的方式及特性无线电波由发射天线辐射到空间的各区域后，无线电波由发射天线辐射到空间的各区域后，可依不同的路径到达接收天线处。可依不同的路径到达接收天线处。5.1.3.1地表面波传播地表面波传播地表波传播地表波传播 这这是是一一种种沿沿着着地地球球表表面面传传播播的的电电磁磁波波，简简称称地地表表波波。主主要要用用在在中中、长长波波波波段段(广广播播)。5.1.3.2 对流层电波传播对流层电波传播无无线线电电波波在在低低层层大大气气层层对对流流层层中中的的传传播播就就称称为为对对流流层层电电波波传传播

5、播。按按传传播播机机制制区区分分，又又可可分分为为：直直射射波波传传播播、散散射射波波传传播播和和地地面面反射波传播。反射波传播。1.直射波传播直射波传播 当当收收、发发天天线线架架设设高高度度较较高高时时，电电波波从从发发射射天天线线直直射射到到接接收收天天线线的的传传播播方方式式，亦亦可可称称为为视视距距传传播播。一一般般用用在在超超短短波波和和微微波波波波段段，主主要要用用于于微微波波中中继继通通信信、甚甚高高频频和和超超高高频频广广播播、电电视视、雷雷达达等等业业务务。直射波传播是最主要的无线电波传播方式。直射波传播是最主要的无线电波传播方式。2.2.散射波传播散射波传播 这这种种传传

6、播播主主要要是是由由于于电电磁磁波波投投射射到到大大气气层层（如如对对流流层层）中中不不均均匀匀气气团团上上时时产产生生散散射射，特特别别适适用用于于无无法法建建立立微微波波中中继继站站的的地地区区，例例如如海海岛岛之之间间或或需需跨跨越湖泊、沙漠、雪山等的地区。越湖泊、沙漠、雪山等的地区。3.3.地面反射波传播地面反射波传播 电波经地面反射后到达接收地点的传播方式。电波经地面反射后到达接收地点的传播方式。5.1.3.3电离层电波传播电离层电波传播无无线线电电波波经经电电离离层层反反射射或或散散射射后后到到达达接接收收点点的的一一种种传传播播方方式式。依依传传播播机机制制又又可可分分为为：电电

7、离离层层反反射射传传播播、电电离离层层散散射射传传播播和和流流星星电电离离余余迹迹反反（散散）射传播。射传播。外大气层及行星际空间电波传播外大气层及行星际空间电波传播 5.1.3.5电波传播的特性电波传播的特性 电磁波的频段或波长不同，其传播方式电磁波的频段或波长不同，其传播方式和特点也不同和特点也不同,但有以下共同特性。但有以下共同特性。1.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，电磁波各射线的传播速在均匀媒质中，电磁波各射线的传播速度相同度相同,传播方向不变传播方向不变.2.辐射能量的扩散与吸收辐射能量的扩散与吸收能量衰减能量衰减 当电磁波离开天线后，便向四

8、面八方扩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，空间的电磁场散，随着传播距离增加，空间的电磁场就越来越弱就越来越弱.n假设发射天线置于自由空间（一个没有能假设发射天线置于自由空间（一个没有能够反射、折射、绕射、散射和吸收电磁波够反射、折射、绕射、散射和吸收电磁波的无限大的真空中），若无方向性天线，的无限大的真空中），若无方向性天线，辐射功率为辐射功率为PT瓦，则距离辐射源瓦，则距离辐射源d米处的米处的电场强度有效值为电场强度有效值为：n上式表明，电场上式表明，电场/磁场强度与传播距离成反比，磁场强度与传播距离成反比，当电波经一段路径传播后，增加能量仍然会受当电波经一段路径传播后

9、，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。到衰减，这是由于辐射能量的扩散而引起的。3.反射与折射反射与折射 当电波由一种媒质传播到另一种媒质时，在两种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，传播方向会发生改变，产生反媒质的交界面上，传播方向会发生改变，产生反射和折射现象。并遵守光学的折射和反射定律。射和折射现象。并遵守光学的折射和反射定律。4.电波的干涉电波的干涉 由同一电波源所产生的电磁波，经过不同的路径由同一电波源所产生的电磁波，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，这种到达某接收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

10、应。接收点的现象叫做波的干涉，也称作多径效应。接收点的场强是由直射波和地面反射波合成的。场强是由直射波和地面反射波合成的。5.绕射现象绕射现象 电波在传播过程中有一定的绕过障碍物的能力，电波在传播过程中有一定的绕过障碍物的能力，这种现象称为绕射这种现象称为绕射5.1.45.1.4传输媒质对电波传播的影响传输媒质对电波传播的影响5.1.4.1传播损耗传播损耗1 1自由空间的传播损耗自由空间的传播损耗自由空间传播指天线周围为无限大真空时的自由空间传播指天线周围为无限大真空时的电波传播，能量既不会被吸收，也不会产生电波传播，能量既不会被吸收，也不会产生反射和散射。反射和散射。此时的电波扩散损耗称此时

11、的电波扩散损耗称自由空间传播损耗自由空间传播损耗由电磁场理论可知，若无方向性（也称全向由电磁场理论可知，若无方向性（也称全向天线）天线的辐射功率为天线）天线的辐射功率为 瓦时，则距辐射瓦时，则距辐射源源d d米处的电场强度和磁场强度有效值分别为：米处的电场强度和磁场强度有效值分别为：单位面积上的电波功率密度单位面积上的电波功率密度Ws为：为：Ws=PT/4d2（W/m2）4d2_球体表面积球体表面积PR若用发射天线增益为若用发射天线增益为G GT T的有方向性的有方向性天线取代无方向性天线，则上述公天线取代无方向性天线，则上述公式应改写为：式应改写为：（V/m）（A/m）（w/m）接收天线获取

12、的电波功率等于该点的电波功率密度乘以接接收天线获取的电波功率等于该点的电波功率密度乘以接收天线的有效面积。即：收天线的有效面积。即：式中，为接收天线的有效面积，它与接收天线增益满足式中，为接收天线的有效面积，它与接收天线增益满足下列关系：下列关系：式中，式中，为无方向性天线的有效面积。可得：为无方向性天线的有效面积。可得：（5.1）将输入功率将输入功率PT与输出功率与输出功率PR之比定义为之比定义为含收发天线增益的含收发天线增益的自由空间信道的基本传播损耗自由空间信道的基本传播损耗LP：（5.2a）将上式取对数得：将上式取对数得：若收发天线增益为若收发天线增益为0 dB即即GR=GT=1，则，

13、则自由空间传播损耗自由空间传播损耗LP：由上式可见，自由空间中电波传播损耗与工作频率由上式可见，自由空间中电波传播损耗与工作频率f和传播距和传播距离离d成正比。当成正比。当f或或d增大一倍时，增大一倍时，LP将会分别增加将会分别增加6 dB。LP反映了球面波的扩散损耗大小。反映了球面波的扩散损耗大小。例例5-1：某某微微波波传传输输信信道道，发发射射天天线线的的增增益益为为22dB，接接收收天天线线的的的的增增益益为为18dB，收收发发距距离离为为14500 km，载载波波中中心心频频率率为为5.904GHzHz求求(1)(1)该信道的基本传输损耗为多少该信道的基本传输损耗为多少?(2)(2)

14、若发射功率为若发射功率为25w,25w,接收机的接收到的功率为多少接收机的接收到的功率为多少?（2）接收机的接收到的功率为：）接收机的接收到的功率为：解（解（1 1）该信道的基本传输损耗为：）该信道的基本传输损耗为：2实际空间的传播损耗实际空间的传播损耗实实际际电电波波的的传传播播,不不同同的的传传播播方方式式、传传播播媒媒质质，信信道道的的传传输输损耗不同。损耗不同。在在传传播播距距离离、工工作作频频率率、发发射射天天线线、输输入入功功率率PT和和接接收收天天线线都都相相同同的的情情况况下下，设设接接收收点点的的实实际际场场强强为为E，功功率率为为 ，而自由空间场强为而自由空间场强为 、功率

15、为、功率为 ，则信道的，则信道的衰减因子衰减因子A为为：则实际空间的传播损耗则实际空间的传播损耗Lb为：为：5.1.4.2 传播衰落现象传播衰落现象 衰落？衰落？一般是指信号电平随时间的随机起伏一般是指信号电平随时间的随机起伏。按引起衰落的原因可以分为按引起衰落的原因可以分为吸收型衰落：吸收型衰落：主要是由于传播媒质电参数的变化，使得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应的变化而引起的。这种衰信号在媒质中的衰减发生相应的变化而引起的。这种衰落跟天气有很大的关系，而且信号电平的变化缓慢，所落跟天气有很大的关系，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

16、物及障碍物的以称为慢衰落。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遮蔽等引起的阴影衰落也称慢衰落慢衰落。干涉型衰落：干涉型衰落：主要是由于随机多径干涉现象引起的。这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，所以称为种衰落的信号电平变化很快，所以称为快衰落快衰落。5.1.4.3 传播失真传播失真无无线线电电波波通通过过媒媒质质会会产产生生振振幅幅失失真真和和相相位位失失真真。产产生生失失真真的的原原因因有有两两个个：一一是是随随机机多多径径传传输输效效应应，二二是是媒媒质质的的色色散散效应。效应。5.1.4.4 电波传播方向的变化电波传播方向的变化 一条微波

17、中继信道是由终端站、中间站和再一条微波中继信道是由终端站、中间站和再生中继站、终点站及无线电波空间组成。生中继站、终点站及无线电波空间组成。终端站的任务是将复用设备送来的基带信终端站的任务是将复用设备送来的基带信号，调制到微波频段上并发射出去；或者反号，调制到微波频段上并发射出去；或者反之。之。线路中间的中继站的任务是完成微波信号线路中间的中继站的任务是完成微波信号的转发和分路，又分为的转发和分路，又分为中间站、分路站和枢中间站、分路站和枢纽站。纽站。5.2 微波传播微波传播微波在实际的空间传播要受微波在实际的空间传播要受地面的影响和大气的影响。地面的影响和大气的影响。5.2.1 地面对微波传

18、播的影响地面对微波传播的影响光滑地面及水面光滑地面及水面地面起伏较大时地面起伏较大时地面障碍物（如山头、高大建筑物）地面障碍物（如山头、高大建筑物）在惠更斯波动学基础上，提出在惠更斯波动学基础上，提出菲涅尔区菲涅尔区的概念，可解释的概念，可解释电波的绕射等现象。电波的绕射等现象。5.2.1.1费涅尔区的概念费涅尔区的概念1惠更斯菲涅尔原理惠更斯菲涅尔原理 惠惠更更斯斯原原理理是是，一一点点波波源源的的振振动动可可传传递递给给邻邻近近质质点点，使使其其成成为为二二次次波波源源。当当点点源源发发出出球球面面波波时时，二二次次波波源源产产生生的的波波前前也是球面，三次、四次也是球面，三次、四次波也是

19、如此。波也是如此。惠更斯原理n图图中中T为为发发射射天天线线，视视为为点点源源，它它发发出出球球面面波波。把把波波前前分分解解为为许许多多面面积积元元，点点源源T在在接接收收处处R产产生生的的场场强强,便便是是许许多多面面积积元元在在R处处产产生生的的场场强强之之矢矢量量和和。尽尽管管T与与R之之间间有有障障碍碍物物，但但不不能能挡挡住住所所有有面面积积元元，在在R处处仍仍可可收到一定的场强。收到一定的场强。n由由解解析析几几何何知知，球球面面上上一一动动点点P至至两两定定点点T、R的的距距离离之之和和为为常常数数时时，此此动动点点轨轨迹迹为为椭椭球球体体。在在讨讨论论微微波波传传播时，若该常

20、数为：播时，若该常数为：d 则则得得到到的的椭椭球球面面称称为为第第一一菲菲涅涅尔尔椭椭球球面面,式式中中d|TR|。若该常数为：。若该常数为：则则得得到到第第n费费涅涅尔尔椭椭球球面面。若若用用图图5-8的的一一系系列列费费涅涅尔尔椭椭球球面面交交截截图图5-7的的某某个个波波前前面面，则则得得到到一一系系列列的的圆圆的的圆环，图圆环，图5-9，得，得第第n费涅尔区。费涅尔区。2.第第n菲涅尔区的半径菲涅尔区的半径Fn第第n菲涅尔区边界的某个点菲涅尔区边界的某个点P到到TR连线的距连线的距离为离为第第n菲涅尔区的半径菲涅尔区的半径Fn.因因第第n菲涅尔区定义菲涅尔区定义:TP+PR=d+n/

21、2所以所以:当当n=1,第第1菲涅尔区的菲涅尔区的半径半径所以所以显然，显然，P点位置不同时，点位置不同时，Fn亦不相同亦不相同。当。当P在在线路中点时（线路中点时（时），时），Fn最最大，用大，用Fnm表示。表示。5.2.1.2费涅尔区对电波传播的影响图中图中T点发射的球面点发射的球面波向波向R方向传播。方向传播。由菲涅尔区定义可由菲涅尔区定义可知，经过各菲涅尔知，经过各菲涅尔区端点区端点 P1、P2、P3的电波射线的电波射线TP1R、TP2R、TP3R依次相差依次相差/2。各相邻费涅尔区在各相邻费涅尔区在R处产生的电波场强相位相差处产生的电波场强相位相差1800 由费涅尔区半径公式可知，第

22、一费涅尔区的由费涅尔区半径公式可知，第一费涅尔区的面积为面积为F21;第二费涅尔区的面积为：第二费涅尔区的面积为：F22-F21=（2 F1）2-F21=F21 第三费涅尔区的面积为：第三费涅尔区的面积为：F21 可见个可见个相邻费涅尔区面积相等相邻费涅尔区面积相等。但它们离。但它们离R的距离不相等。第一费涅尔区离的距离不相等。第一费涅尔区离R最近，在最近，在R处产生的电场处产生的电场E1最大，其他依次减小，近似最大，其他依次减小，近似为等差级数，考虑到相位相反，使为等差级数，考虑到相位相反，使R点的总点的总电场强度电场强度E=1/2 E15.2.1.3用费涅尔区解释阻挡物的影响用费涅尔区解释

23、阻挡物的影响微微波波传传播播途途中中有有时时遇遇到到刃刃形形障障碍碍物物，此此时时由由于于障障碍碍物物不不能遮挡全部费涅尔区，在收信处能遮挡全部费涅尔区，在收信处R可接收到微波。可接收到微波。刃形遮挡传播途中刃形障碍物余隙：障碍物顶部至余隙：障碍物顶部至TR线的垂直距离线的垂直距离hc。正余隙：障碍物在正余隙：障碍物在TR线之下时，线之下时，hc为正值为正值负余隙：障碍物的顶部在负余隙：障碍物的顶部在TR线以上时，线以上时，hc为负值。为负值。如果余隙如果余隙 时，阻挡引起损耗正好是时，阻挡引起损耗正好是0dB，即路径损耗正好是自由空间损耗，所以即路径损耗正好是自由空间损耗，所以h0称为自由空

24、称为自由空间余隙间余隙。若若hc h0，路径损耗略有波动路径损耗略有波动,最终稳定在自由空间损耗上。最终稳定在自由空间损耗上。若若hc DE，EF2R，故得：C点是路径上电波的反射点位置R是地球实际半径.hd2d1d1d2q考虑电波折射,等效地面突起高度等效地面突起高度he:he=d1d2/2Re=d1d2/2KR将将R6370km代入式中得：代入式中得：he=q反射点余隙的变化反射点余隙的变化 hc=h=h-he=d1d2/2R-d1d2/2kR=d1d2(k-1)/2KR因此考虑了折射因素后的等效余隙等效余隙hce 等效余等效余隙隙hce=hc+hc=hc+d1d2(k-1)/2kR 可见

25、可见K1（正折射）时，等效余隙正折射）时，等效余隙hce增大；增大；K1时，等效余隙时，等效余隙hce减小；正折射时，减小；正折射时，K越大，等效越大，等效余隙余隙hce越大。越大。2.复杂地形余隙的计算 球球形形地地面面上上复复杂杂地地形形单单障障碍碍物物时时地地形形路路径径的的典典型型断断面面图，实际微波电路多类似为这种断面。图，实际微波电路多类似为这种断面。考虑大气折射后的等效余隙考虑大气折射后的等效余隙hce：h1、h2为发射、接收天线对山顶的高度为发射、接收天线对山顶的高度(m)；d1、d2为反射点到发、收两端的距离；为反射点到发、收两端的距离；H1、H2为发射、接收点山顶高度（为发

26、射、接收点山顶高度（m），注意，），注意，它是海拔高度，不是山顶至山脚之高。它是海拔高度，不是山顶至山脚之高。H3为反射点海拔高（为反射点海拔高（m）；）；he为反射点等效地球的地面凸起高度（为反射点等效地球的地面凸起高度（m）。）。5.2.2.4 K值及余隙的选择值及余隙的选择在在天天线线高高度度设设计计中中，K值值非非常常重重要要。在在温温带带平平均均情情况况下下，取取K4/3，其其变变化化范范围围为为2/3，若若K值值较较小小，余余隙隙hc将将会会变变小小，电电波波衰衰减减增增大大，故故天天线线不不能能太太低低。反反之之，若若天天线线较较高高，而而气气象象变变化化使使K增增大大，则则hc

27、增增大大，显显得得天天线线太太高高造造成成浪浪费费。如如果果hc等等于于费费涅涅尔尔区区半半径径，则则可可能能使使地地面面反反射射波波削弱主波。削弱主波。为此，对所选天线高度，应按以下标准进行检查：为此，对所选天线高度，应按以下标准进行检查：（1）0.5，即即地地面面反反射射系系数数较较小小，此此时时主主要要防防止止障障碍碍阻阻挡过大，标准为挡过大，标准为k 时，时，hc0.3F1(一般障碍物一般障碍物),或或hc0(刃形障碍物刃形障碍物)k 时，时，hcF1k 时，时，hc不能等于偶数费涅尔区半径不能等于偶数费涅尔区半径（2）0.7，即即地地面面反反射射系系数数较较大大，此此时时主主要要防防

28、止止反反射射衰落过大，标准为：衰落过大，标准为：k 时时，hc0.3F1（一一般般障障碍碍物物），或或hc0（刃刃形形障障碍碍物）；物）；k 时，时，hcF1；k 时，时，hc1.35 F1 hc1.35 F1 是根据是根据Lr不大于（不大于（68）dB而得。而得。若若以以上上标标准准不不能能满满足足，则则改改变变路路由由，或或改改变变天天线线高高度度，以便减小障碍物阻挡损耗及反射损耗。以便减小障碍物阻挡损耗及反射损耗。例例：设设微微波波中中继继通通信信采采用用f8GHz，站站距距为为50km，路路径径为光滑球形地面。为光滑球形地面。求求（1）不不计计大大气气折折射射，保保证证自自由由空空间间

29、余余隙隙 时时，等等高高收收发天线的最小高度；发天线的最小高度；（2）在）在k 时，收发天线最小高度。时，收发天线最小高度。h00.577F1=0.577 0.577 12.4m 解：（解：（1 1）地形为光滑球面，线路中点之地面凸起高度）地形为光滑球面，线路中点之地面凸起高度h h最大，最大，可设中点为反射点（一般以地形最高点为反射点），可设中点为反射点（一般以地形最高点为反射点），d d1 1=d=d2 2=25km=25km而而 0.0375m0.0375m，于是自由空间余隙为：，于是自由空间余隙为：49m地面突起高度地面突起高度确确定定收收发发天天线线高高度度时时，应应使使地地面面凸凸

30、起起高高度度最最大大处处还还留留有有h0 的传播空间，故的传播空间，故 Hminh0h12.4+4961.4m（2）k 时，地面凸起高度时，地面凸起高度 he 36.8m Hmin12.4+36.849.2m可见工作频率提高，天线高度可以降低。可见工作频率提高，天线高度可以降低。5.3 衰落及抗衰落技术衰落及抗衰落技术微波传播路径上的大气不可能总是混合得很均匀，微波传播路径上的大气不可能总是混合得很均匀，因存在对流、平流、湍流，以及雾、雨等因素影因存在对流、平流、湍流，以及雾、雨等因素影响，加上地面反射波的干涉，都会使收信点场强响，加上地面反射波的干涉，都会使收信点场强(或电平或电平)不断起伏

31、变化。这种变化就称为信号的不断起伏变化。这种变化就称为信号的随机性。随机性。抗衰落一般采用抗衰落一般采用分集接收和自适应均衡技术分集接收和自适应均衡技术实现。实现。图A 各种障碍物引起的反射和散射电磁波 天线电波在传输途径上遇到各种障碍物都可能产电波在传输途径上遇到各种障碍物都可能产生反射、散射和吸收。实际上，接收点的电生反射、散射和吸收。实际上，接收点的电波除直射波以外，还有从各种障碍物（包括波除直射波以外，还有从各种障碍物（包括地面）产生的反射。地面）产生的反射。5.3.1 衰落原因及分类衰落原因及分类 引引起起衰衰落落的的原原因因大大体体上上可可以以归归为为两两大大类类：第第一一类类是是

32、气气象象条条件件的的不不平平稳稳变变化化引引起起的的衰落；衰落；第二第二类类是多径是多径传传播引起的衰落。播引起的衰落。对对衰衰落落比比较较普普遍遍的的分分类类方方法法是是按按衰衰落落周周期的时间快慢，分为期的时间快慢，分为 快衰落快衰落 慢衰落慢衰落 慢衰落慢衰落快衰落快衰落5.3.1.1 慢衰落：慢衰落：衰落随时间变化比较缓慢，常由大气折射的衰落随时间变化比较缓慢，常由大气折射的缓慢变化引起。如绕射衰落就是属于这一类型。缓慢变化引起。如绕射衰落就是属于这一类型。5.3.1.2 快快衰衰落落：从从几几秒秒钟钟、几几分分钟钟以以上上至至十十分分钟钟的的信信号号强强度度变化叫快衰落。多径干涉产生

33、的快衰落更严重。变化叫快衰落。多径干涉产生的快衰落更严重。在在工工程程应应用用中中常常按按衰衰落落产产生生的的机机制制分分为为以以下下几种类型。几种类型。K型衰落型衰落波导型衰落波导型衰落闪烁型衰落闪烁型衰落散射型衰落散射型衰落大气雨雾的吸收衰落大气雨雾的吸收衰落5.3.2 抗衰落技术抗衰落技术5.3.2.1 分集技术分集技术分分集集技技术术是是指指将将同同一一个个信信号号在在发发端端分分散散发发送送，收收端端集集中中接接收。最常用的分集方法是空收。最常用的分集方法是空间间分集和分集和频频率分集。率分集。1空空间间分集分集空空间间分分集集分分为为空空间间分分集集发发信信和和空空间间分分集集接接

34、收收两两个个系系统统，以以空空间间分分集集接接收收为为例例，在在不不同同的的空空间间位位置置设设置置几几副副天天线线，同同时时接接收收一一个个发发射射天天线线的的微微波波信信号号，然然后后合合成成或或选选择择其其中中一一个强信号，这种工作方式称为空间分集接收。个强信号，这种工作方式称为空间分集接收。有有几几副副接接收收天天线线就就称称为为几几重重分分集集。在在微微波波传传输输系系统统中中最最常常用的是二重垂直空间分集接收。用的是二重垂直空间分集接收。2频频率分集率分集采采用用两两个个或或两两个个以以上上具具有有一一定定频频率率间间隔隔的的微微波波频频率率同同时时发发送送和和接接收收同同一一信信

35、息息，然然后后进进行行合合成成或或选选择择，以以减减轻轻衰衰落落影影响响，这这种种工工作作方方式式叫叫做做频频率率分分集集。当当采采用用两两个个微微波波频频率率时时，称称为为二二重重频频率分集。频率分集有率分集。频率分集有同频段分集和跨频段分集同频段分集和跨频段分集两种类型。两种类型。5.3.2.2 自适自适应应均衡技均衡技术术实实践践证证明明，一一个个高高性性能能的的数数字字微微波波通通道道往往往往是是把把空空间间分分集集和和自自适适应应均均衡衡技技术术配配合合使使用用的的，以以最最大大限限度度地地降降低低通通信中断的时间。信中断的时间。1频域自适应均衡器频域自适应均衡器 2时域自适应均衡器

36、时域自适应均衡器在数字微波通信系统中，影响系统误码率的主要原因是在在数字微波通信系统中，影响系统误码率的主要原因是在收端取样判决点处其前后信号对取样判决样值的码间干扰。收端取样判决点处其前后信号对取样判决样值的码间干扰。故通常采用时域自适应均衡器以消除（减小）取样判决点故通常采用时域自适应均衡器以消除（减小）取样判决点处的码间干扰。应用较广的是加在基带系统的由横向滤波处的码间干扰。应用较广的是加在基带系统的由横向滤波器构成的自适应均衡器。器构成的自适应均衡器。在实际使用中，往往用频域均衡器去实现粗均衡，在实际使用中，往往用频域均衡器去实现粗均衡，时域自适应均衡器均衡空间分集和频域自适应均时域自

37、适应均衡器均衡空间分集和频域自适应均衡器没有完全均衡的剩余波形失真。理论上讲，衡器没有完全均衡的剩余波形失真。理论上讲，可以均衡基带领域中的任何波形失真。可以均衡基带领域中的任何波形失真。5.4 微波传输系统及其应用 5.4.1微波通信系统的频率配置微波通信系统的频率配置5.4.1.1微波传输系统使用频段的划分微波传输系统使用频段的划分q微波传输是一种无线通信方式，但采用无线通微波传输是一种无线通信方式，但采用无线通信方式的不仅限于微波通信，还有广播、导航、信方式的不仅限于微波通信，还有广播、导航、短波通信等，它们都是利用无线频段来传输的。短波通信等，它们都是利用无线频段来传输的。为了避免相互

38、干扰，必须对无线频段作一些分为了避免相互干扰，必须对无线频段作一些分配，以便不同的通信系统使用不同的频段。配，以便不同的通信系统使用不同的频段。q微微 波波 是是 指指 频频 率率 为为 300MHz300MHz 300GHz300GHz的的 电电 磁磁 波波（1GHz=Hz1GHz=Hz）。使使用用特特有有设设备备，并并利利用用这这个个频频段段的的频频率率作作载载波波携携带带信信息息，通通过过无无线线电电波波空空间间进进行中继（接力）通信的通信方式就叫行中继（接力）通信的通信方式就叫微波通信。微波通信。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30300KHz100010000

39、m中波中波3003000KHz1001000m短波短波330MHz10100m超短波超短波(特高频特高频)30300MHz110m微波微波分米波分米波0.33GHz10100cm厘米波厘米波330GHz110cm毫米波毫米波30300GHz110mm无线电波频段的划分无线电波频段的划分 q电磁波的频率不同，其空间传播特性也不同。电磁波的频率不同，其空间传播特性也不同。q在微波频段中，频率越低的电波传输越稳定，但在微波频段中，频率越低的电波传输越稳定，但相应的设备和元件尺寸也较大，否则损耗会增大。相应的设备和元件尺寸也较大，否则损耗会增大。例如当天线口径一定时，微波频率越低，天线增益例如当天线口

40、径一定时，微波频率越低，天线增益也越低。也越低。q在微波频段的使用方面，各国的微波设备往往首在微波频段的使用方面，各国的微波设备往往首先使用先使用4GHz 频段，目前各国的通信设备已使用到频段，目前各国的通信设备已使用到 2、4、5、6、7、8、11、15、20GHz等频段。我国等频段。我国数字微波通信已有数字微波通信已有2、4、6、7、8、11GHz各频段各频段的设备。的设备。5.4.1.2微波传输的射频频率配置微波传输的射频频率配置1频率配置的基本原则频率配置的基本原则在在一一个个中中间间站站，一一个个单单向向波波道道的的收收信信和和发发信信必必须须使使用用不不同同频率，而且有足够大的间隔

41、。频率，而且有足够大的间隔。多波道同时工作时，相邻波道频率之间必须有足够的间隔多波道同时工作时，相邻波道频率之间必须有足够的间隔整个频谱必须紧凑。整个频谱必须紧凑。多波道系统要设法共用天线。多波道系统要设法共用天线。根据上述的频率配置原则，当一个站上有多个波道工作时，根据上述的频率配置原则，当一个站上有多个波道工作时，为了提高频带利用率，对一个波道而言，宜采用为了提高频带利用率，对一个波道而言，宜采用二频制二频制。即两个方向的发信使用一个射频频率，两个方向的收信使即两个方向的发信使用一个射频频率，两个方向的收信使用另外一个射频频率。用另外一个射频频率。多波道二频制的频率配置方案多波道二频制的频

42、率配置方案 2数字微波频率配置方案举例数字微波频率配置方案举例 对于数字微波传输系统的频率配置，对于数字微波传输系统的频率配置，CCIR提出相应的建提出相应的建议书。议书。B站站我国几种数字微波频率配置方案 5.4.2 5.4.2 微波传输特点微波传输特点微微波波传传输输系系统统的的显显著著特特点点是是三三方方面面，即即“微微波波、多多路路、接接力力”。“微微波波”是是指指微微波波工工作作频频段段宽宽。微微波波频频率率高高，故故其其波波长长短短，微微波波通通信信一一般般使使用用面面式式天天线线，当当面面式式天天线线的的口口径径面面积积给给定定时时，其其增增益益与与波波长长的的平平方方成成反反比

43、比，故故微微波波通通信信很很容容易易制制成成高高增增益益天天线线。微微波波频频段段，天天电电干干扰扰和和工工业业干干扰扰及及太太阳阳黑黑子子的变化基本上不起作用的变化基本上不起作用，所以可靠性和稳定性很高。，所以可靠性和稳定性很高。“多多路路”是是指指微微波波通通信信的的通通信信容容量量大大，即即微微波波通通信信设设备备的的通频带可以做得很宽。通频带可以做得很宽。“接力接力”是指加中继站，是目前广泛的视距微波通信方式。是指加中继站，是目前广泛的视距微波通信方式。5.4.3 数字微波传输系统结构数字微波传输系统结构5.4.3.1数字微波传输系统组成数字微波传输系统组成 调制与解调器调制与解调器的

44、作用是将基带信号对微波载波或中频进行的作用是将基带信号对微波载波或中频进行调制，解调是调制的逆过程。调制，解调是调制的逆过程。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微波波发发信信机机微微波波收收信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发射机发射机是用来将已调信号功率放大后馈送给发射是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。天线发射出去的设备。接收机接收机则是将受空间传输衰减后的微弱信号进行则是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。放大、混频、滤波等处理和变换的设备。分路系统分路系统实际上

45、是分路滤波器（或称双工器），实际上是分路滤波器（或称双工器），通信一般均是双向进行的，为了实现发射和接收通信一般均是双向进行的，为了实现发射和接收共用一副天线，必须采用分路系统，它利用收发共用一副天线，必须采用分路系统，它利用收发频率的差异实现收发分离。频率的差异实现收发分离。天馈线系统天馈线系统是由天线及其馈线完成收发信机的电是由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。信号和空间电磁波之间的能量转换。5.4.3.25.4.3.2天线馈线系统天线馈线系统 当多波道双向传输时，天馈线系统中的一些部件为收发兼用当多波道双向传输时，天馈线系统中的一些部件为收发兼用同轴电缆型 圆波

46、导型 1微波馈线系统微波馈线系统馈馈线线系系统统是是联联接接分分路路系系统统与与天天线线的的馈馈线线和和波波导导部部件件。主主要要有有五五种种安安装装形形式式：同同轴轴电电缆缆系系统统、矩矩形形硬硬波波导导系系统统、椭椭圆圆软软波波导导系系统统、圆圆一矩硬波一矩硬波导导系系统统和和圆圆一一椭圆馈线椭圆馈线系系统统。目前目前4GHz、6GHz大部分使用圆一矩波导系大部分使用圆一矩波导系统；统；2GHz用同轴电缆或椭圆软波导；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。提高，其应用范围越来越大。圆波导型馈线系

47、统各部分的作用：圆波导型馈线系统各部分的作用：1.密封节密封节：特制的波导小段，防止波导生锈。：特制的波导小段，防止波导生锈。2.杂杂波波滤滤除除器器：在在圆圆波波导导中中,保保证证主主模模是是TE11模传送。是一种特制波导段来出去次主模模传送。是一种特制波导段来出去次主模.3.极化补偿器：极化补偿器：校正极化去耦在圆波导度内校正极化去耦在圆波导度内壁可微调的波导段。壁可微调的波导段。4.极化旋转器极化旋转器：波导段内插入一介质板可使：波导段内插入一介质板可使极化方向旋转。极化方向旋转。5.极化分离器极化分离器:用来分离两种不同的用来分离两种不同的(如水平如水平和垂直极化波和垂直极化波)极化波

48、极化波.2微波天线微波天线 凡是能凡是能辐辐射或接收微波能量的天射或接收微波能量的天线线都叫微波天都叫微波天线线。微微波波天天线线的的技技术术参参数数有有天天线线的的增增益益和和方方向向性性、反反射系数射系数、极化去耦和机械极化去耦和机械强强度度等。等。微波天线形式微波天线形式卡塞格林天线（具有双曲面卡塞格林天线（具有双曲面形反射器的抛物面天线。）形反射器的抛物面天线。）另外还有喇叭天线，另外还有喇叭天线，喇叭抛物天线，潜望镜天线，标准地物面天线等。喇叭抛物天线，潜望镜天线，标准地物面天线等。F（焦点）（焦点）抛物线抛物线YZO(1)抛物面的几何关系抛物面的几何关系 焦点焦点F放一微波源，发放

49、一微波源，发射波向四面八方放出射。射波向四面八方放出射。如果反射体是一个抛物如果反射体是一个抛物面，则由其焦点射出的面，则由其焦点射出的电波经抛物面反射之后，电波经抛物面反射之后，将成为圆柱形平行射束方式向将成为圆柱形平行射束方式向Z方向传播。而这些方向传播。而这些反射波到达基准面反射波到达基准面AA的路径相等，即的路径相等，即每条射线由每条射线由F点射出至点射出至AA面止，其行程都相等。面止，其行程都相等。双曲线的几何关系双曲线的几何关系顶点位置为顶点位置为z士士a，x0，双曲线有两焦点为，双曲线有两焦点为c和和czabboxa（2）双曲面的几何关系）双曲面的几何关系 在解析几何中，双曲线的

50、标在解析几何中，双曲线的标准方程为：准方程为：CC在双曲线上任一点在双曲线上任一点P（z，x）的法线）的法线PN与与CP延延长线的夹角长线的夹角等于等于PN与与PC的夹角的夹角；等于常数，即等于常数，即 (3)卡塞格林天线几何关系C发发射射波波到到双双曲曲面面P点上，点上，=P1-P2=2a将将C和双曲面的焦点重合，当辐射源放射在和双曲面的焦点重合，当辐射源放射在C后。后。相当于从相当于从C处发射。处发射。根据上述原理做成的天线叫根据上述原理做成的天线叫卡塞格林天线卡塞格林天线。反射波反向延长到反射波反向延长到C上相当于从上相当于从C(F)点的发射波。点的发射波。如果把双曲面的如果把双曲面的焦