第二章微波中繼通信系統(tǒng)2-1

1、第二章第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)第二章第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)一、基本概念一、基本概念接力通信接力通信-接力賽跑接力賽跑起點起點-交接交接-交接交接-終點終點信源信源-中繼中繼-中繼中繼-信宿信宿簡易接力通信：烽火傳信、擊鼓傳音、驛站等。簡易接力通信：烽火傳信、擊鼓傳音、驛站等。無線電接力通信：是指利用超短波或微波的視距傳輸無線電接力通信：是指利用超短波或微波的視距傳輸特性，采用中間站轉(zhuǎn)發(fā)的方式達成的遠距離多路無線電通特性，采用中間站轉(zhuǎn)發(fā)的方式達成的遠距離多路無線電通信。信。第二章第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)一、基本概念一、基本概念（一）微波通信的概念

2、（一）微波通信的概念微波通信是利用微波作為載波來攜帶信息，微波通信是利用微波作為載波來攜帶信息，并通過自由空間電波傳送信息。并通過自由空間電波傳送信息。微波的頻率范圍？微波的頻率范圍？微波的傳輸特性？微波的傳輸特性？第二章第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)一、基本概念一、基本概念（一）微波通信的概念（一）微波通信的概念微波通信是利用微波作為載波來攜帶信息，微波通信是利用微波作為載波來攜帶信息，并通過自由空間電波傳送信息。并通過自由空間電波傳送信息。微波的頻率范圍？微波的頻率范圍？300MHz300GHz微波的傳輸特性？微波的傳輸特性？視距傳輸特性（直線傳播）視距傳輸特性（直線傳播）第二章

3、第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)一、基本概念一、基本概念（二）微波中繼通信的概念（二）微波中繼通信的概念微波中繼通信是利用微波的視距傳輸特性，微波中繼通信是利用微波的視距傳輸特性，采用中間站轉(zhuǎn)發(fā)的方式達成的遠距離多路通信。采用中間站轉(zhuǎn)發(fā)的方式達成的遠距離多路通信。問：為什么利用微波進行遠距離傳輸必須采問：為什么利用微波進行遠距離傳輸必須采用中間站轉(zhuǎn)發(fā)的方式？用中間站轉(zhuǎn)發(fā)的方式？第二章第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)一、基本概念一、基本概念（二）微波中繼通信的概念（二）微波中繼通信的概念問：為什么利用微波進行遠距離傳輸必須采問：為什么利用微波進行遠距離傳輸必須采用中間站轉(zhuǎn)發(fā)的方式

4、？用中間站轉(zhuǎn)發(fā)的方式？1、微波工作頻率高，波長短，能穿透電離層，、微波工作頻率高，波長短，能穿透電離層，不能利用天波進行遠距離傳播。不能利用天波進行遠距離傳播。第二章第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)一、基本概念一、基本概念（二）微波中繼通信的概念（二）微波中繼通信的概念問：為什么利用微波進行遠距離傳輸必須采問：為什么利用微波進行遠距離傳輸必須采用中間站轉(zhuǎn)發(fā)的方式？用中間站轉(zhuǎn)發(fā)的方式？2、由于地球表面為球面，再加上地物地貌的、由于地球表面為球面，再加上地物地貌的影響使得視距傳播距離受限。影響使得視距傳播距離受限。第二章第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)措施？措施？增加天線高度，增大

5、發(fā)射功率？增加天線高度，增大發(fā)射功率？第二章第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)中繼方式中繼方式第二章第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)一、基本概念一、基本概念（三）微波中繼通信的特點（三）微波中繼通信的特點微波通信具有頻帶寬、容量大、傳輸穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。微波通信具有頻帶寬、容量大、傳輸穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。1.通信頻帶寬通信頻帶寬微波頻段（微波頻段（300MHz300GHz）占用的頻帶約）占用的頻帶約300GHz，大約是整個長波、中波和短波頻段總和的大約是整個長波、中波和短波頻段總和的10000倍。由于占用的頻帶倍。由于占用的頻帶寬，可容納更多的無線電設(shè)備同時工作，通信容量大。通常，一套

6、短寬，可容納更多的無線電設(shè)備同時工作，通信容量大。通常，一套短波通信設(shè)備只能容納幾個話路同時工作，而一套微波中繼通信設(shè)備可波通信設(shè)備只能容納幾個話路同時工作，而一套微波中繼通信設(shè)備可以容納幾千甚至上萬條話路同時工作，還可以傳輸電視圖像等寬頻帶以容納幾千甚至上萬條話路同時工作，還可以傳輸電視圖像等寬頻帶信號。信號。第二章第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)一、基本概念一、基本概念（三）微波中繼通信的特點（三）微波中繼通信的特點2.抗電磁干擾能力強抗電磁干擾能力強微波頻段基本不受工業(yè)干擾、天電干擾及太微波頻段基本不受工業(yè)干擾、天電干擾及太陽黑子活動的影響，因地，微波中繼通信系統(tǒng)工陽黑子活動的影

7、響，因地，微波中繼通信系統(tǒng)工作穩(wěn)定，通信的可靠性高。作穩(wěn)定，通信的可靠性高。第二章第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)一、基本概念一、基本概念（三）微波中繼通信的特點（三）微波中繼通信的特點3.通信機動性好通信機動性好微波中繼通信采用中繼方式，即可以跨越沼澤、江河、微波中繼通信采用中繼方式，即可以跨越沼澤、江河、湖泊和高山等特殊地域，實現(xiàn)地面上的遠距離通信，又能湖泊和高山等特殊地域，實現(xiàn)地面上的遠距離通信，又能在遭遇地震、洪水、戰(zhàn)爭等災(zāi)禍時，迅速建立和組織有效在遭遇地震、洪水、戰(zhàn)爭等災(zāi)禍時，迅速建立和組織有效的通信，而且微波通信系統(tǒng)的撤收和轉(zhuǎn)移都較容易。因此，的通信，而且微波通信系統(tǒng)的撤收

8、和轉(zhuǎn)移都較容易。因此，它比光纜、電纜等固定通信信道具有更好的機動性。它比光纜、電纜等固定通信信道具有更好的機動性。第二章第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)一、基本概念一、基本概念（三）微波中繼通信的特點（三）微波中繼通信的特點4.天線增益高、方向性強天線增益高、方向性強由于微波頻率高，工作波長短，所以其天線尺寸，容由于微波頻率高，工作波長短，所以其天線尺寸，容易制成高增益的面式天線，降低發(fā)信機的輸出功率。另外，易制成高增益的面式天線，降低發(fā)信機的輸出功率。另外，微波電磁波具有直線傳播特性，可以利用微波天線把電磁微波電磁波具有直線傳播特性，可以利用微波天線把電磁波聚集成很窄的波束，使微波天

9、線具有很強的方向性，減波聚集成很窄的波束，使微波天線具有很強的方向性，減少通信中的相互干擾和被截獲的概率。少通信中的相互干擾和被截獲的概率。第二章第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)一、基本概念一、基本概念（三）微波中繼通信的特點（三）微波中繼通信的特點5.建設(shè)成本低、周期短建設(shè)成本低、周期短在通信容量和質(zhì)量基本相同的條件下，按話在通信容量和質(zhì)量基本相同的條件下，按話路千米計算，微波中繼通信線路建設(shè)費用不到同路千米計算，微波中繼通信線路建設(shè)費用不到同軸電纜通信線路的一半，還可以節(jié)約大量的有色軸電纜通信線路的一半，還可以節(jié)約大量的有色金屬，建設(shè)時間也比較短。金屬，建設(shè)時間也比較短。第二章第二

10、章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)一、基本概念一、基本概念（四）微波中繼通信的應(yīng)用（四）微波中繼通信的應(yīng)用微波中繼通信主要用于長途電話、電視廣播、微波中繼通信主要用于長途電話、電視廣播、數(shù)據(jù)以及移動通信系統(tǒng)基地站與移動業(yè)務(wù)交換中數(shù)據(jù)以及移動通信系統(tǒng)基地站與移動業(yè)務(wù)交換中心之間的信號傳輸，還可用于跨越河流、峽谷等心之間的信號傳輸，還可用于跨越河流、峽谷等特殊地形的通信線路。特殊地形的通信線路。第二章第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)一、基本概念一、基本概念二、微波中繼線路的組成二、微波中繼線路的組成 微波線路微波線路 發(fā)信設(shè)備發(fā)信設(shè)備 收信設(shè)備收信設(shè)備 中繼方式中繼方式第二章第二章 微波

11、中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)18o 數(shù)字微波通信線路數(shù)字微波通信線路第二章第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)19o 數(shù)字微波通信系統(tǒng)組成數(shù)字微波通信系統(tǒng)組成o 用戶終端；交換機 ；數(shù)字終端機；微波站第二章第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)20u 用戶終端用戶終端直接為用戶所使用的終端設(shè)備。如電話機、傳真機、計算機、調(diào)度電話機等。u 交換機交換機用戶可通過交換機進行呼叫連接，建立暫時的通信信道或電路。這種交換可以是模擬交換，也可以是數(shù)字交換。目前，大容量干線絕大部分采用數(shù)字程控交換機。 u 數(shù)字終端機數(shù)字終端機實際上是一個數(shù)字電話終端復(fù)用/分接設(shè)備，其基本功能是把來自交換機的多路信號

12、模擬變換成時分多路數(shù)字信號，復(fù)接信號送往數(shù)字微波傳輸信道。同時把來自微波終端站的復(fù)接信號進行分接，分接信號送往交換機。第二章第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)21u 微波站微波站第二章第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)22u 數(shù)字微波終端站數(shù)字微波終端站 數(shù)字微波終端站指的是位于線路兩端或分支線數(shù)字微波終端站指的是位于線路兩端或分支線路終點的微波站，它對一個方向收、發(fā)，且收路終點的微波站，它對一個方向收、發(fā)，且收發(fā)射頻不同。微波終端站設(shè)備中包括發(fā)信端和發(fā)射頻不同。微波終端站設(shè)備中包括發(fā)信端和收信端兩大部分。收信端兩大部分。第二章第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)23u 數(shù)字微

13、波中繼站數(shù)字微波中繼站 數(shù)字微波中繼站指的是位于線路中間的微波站。數(shù)字微波中繼站指的是位于線路中間的微波站。根據(jù)對信號的處理方式不同，又可將中繼站分根據(jù)對信號的處理方式不同，又可將中繼站分為中間站和再生中繼站，再生中繼站又包括上為中間站和再生中繼站，再生中繼站又包括上下話路和不上下話路兩種結(jié)構(gòu)。下話路和不上下話路兩種結(jié)構(gòu)。 第二章第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)24u 數(shù)字微波分路站數(shù)字微波分路站 數(shù)字微波分路站指的是位于線路中間的微波站，數(shù)字微波分路站指的是位于線路中間的微波站，既可以上、下某收、發(fā)信波道的部分支路，也既可以上、下某收、發(fā)信波道的部分支路，也可以溝通干線上兩個方向之間

14、的通信。由于在可以溝通干線上兩個方向之間的通信。由于在此站上能夠完成部分波道信號的再生，因此該此站上能夠完成部分波道信號的再生，因此該站應(yīng)配備有微波傳輸設(shè)備和分插復(fù)用設(shè)備。站應(yīng)配備有微波傳輸設(shè)備和分插復(fù)用設(shè)備。 第二章第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)25u 數(shù)字微波樞紐站數(shù)字微波樞紐站數(shù)字微波樞紐站指的是位于干線上的、需要完成多數(shù)字微波樞紐站指的是位于干線上的、需要完成多個方向通信任務(wù)的微波站。在系統(tǒng)多波道工作個方向通信任務(wù)的微波站。在系統(tǒng)多波道工作的情況下，此類站應(yīng)能完成對某些波道信號或的情況下，此類站應(yīng)能完成對某些波道信號或部分支路的轉(zhuǎn)接和話路的上、下功能，同時也部分支路的轉(zhuǎn)接和話

15、路的上、下功能，同時也能完成對某些波道能完成對某些波道STM-4信號的復(fù)接和分接操信號的復(fù)接和分接操作，如果需要，還能對某些波道的信號進行再作，如果需要，還能對某些波道的信號進行再生處理后的再繼續(xù)傳播。生處理后的再繼續(xù)傳播。 第二章第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)2.1.1.2 2.1.1.2 發(fā)信設(shè)備發(fā)信設(shè)備- -微波調(diào)制發(fā)射機微波調(diào)制發(fā)射機v 信碼經(jīng)碼型變換后直接對微波載頻進行調(diào)制信碼經(jīng)碼型變換后直接對微波載頻進行調(diào)制v 發(fā)射機結(jié)構(gòu)簡單，但通用性差發(fā)射機結(jié)構(gòu)簡單，但通用性差v 發(fā)射頻率較高時，設(shè)備制作難度大發(fā)射頻率較高時，設(shè)備制作難度大微波微波振蕩器振蕩器微波微波調(diào)制器調(diào)制器微波微

16、波功放功放微波微波濾波器濾波器信碼信碼碼型碼型變換變換2.1.1.2 2.1.1.2 發(fā)信設(shè)備發(fā)信設(shè)備- -中頻調(diào)制發(fā)射機中頻調(diào)制發(fā)射機中中頻頻振振蕩蕩器器中中頻頻調(diào)調(diào)制制器器微微波波功功放放微微波波濾濾波波器器信碼信碼碼型碼型變換變換中中頻頻功功放放上上變變頻頻器器微波振微波振蕩器蕩器中頻單元中頻單元射頻單元射頻單元l 信碼經(jīng)碼型變換后，首先在中頻調(diào)制器對信碼經(jīng)碼型變換后，首先在中頻調(diào)制器對中頻載頻（中頻載頻（70MHz/140MHz70MHz/140MHz）進行調(diào)制；）進行調(diào)制；l 只要更換調(diào)制、解調(diào)單元，就可以傳輸模只要更換調(diào)制、解調(diào)單元，就可以傳輸模擬數(shù)字信號，實現(xiàn)數(shù)字模擬系統(tǒng)兼容。擬

17、數(shù)字信號，實現(xiàn)數(shù)字模擬系統(tǒng)兼容。2.1.1.2 2.1.1.2 發(fā)信設(shè)備發(fā)信設(shè)備- -微波調(diào)制發(fā)射機微波調(diào)制發(fā)射機 收信設(shè)備組成一般采用超外差接收方式收信設(shè)備組成一般采用超外差接收方式, ,由射頻系統(tǒng)、中頻由射頻系統(tǒng)、中頻系統(tǒng)和解調(diào)系統(tǒng)組成。系統(tǒng)和解調(diào)系統(tǒng)組成。2.1.1.3 2.1.1.3 收信設(shè)備收信設(shè)備o 微波中繼通信系統(tǒng)中間站的轉(zhuǎn)接方式一般是按照收發(fā)信機轉(zhuǎn)接信號時的接口頻帶接口頻帶劃分的，分為3種：再生轉(zhuǎn)接方式、中頻轉(zhuǎn)接方式和再生轉(zhuǎn)接方式、中頻轉(zhuǎn)接方式和微波轉(zhuǎn)接方式。微波轉(zhuǎn)接方式。2.1.1.4 2.1.1.4 中間站的轉(zhuǎn)接方式中間站的轉(zhuǎn)接方式o1.再生轉(zhuǎn)接方式再生轉(zhuǎn)接方式o 中繼站把

18、來自某一通信方向的載頻為f1的接收信號經(jīng)對應(yīng)中繼機(微波收發(fā)信機)的天線饋電系統(tǒng)、微波低噪聲放大器后，與該中繼機的接收機本振信號混頻，混頻輸出信號經(jīng)中放后送到解調(diào)器解調(diào)輸出基帶信號，再轉(zhuǎn)接到該中繼站的另一中繼機調(diào)制其發(fā)信機的中頻或直接對微波振蕩器進行調(diào)制。已調(diào)信號經(jīng)過變頻輸出載頻為f2的微波信號，該信號經(jīng)微波功放、天線饋電系統(tǒng)后向中繼站的另一個通信方向發(fā)送出去。32o 1再生轉(zhuǎn)接中繼方式再生轉(zhuǎn)接中繼方式第二章第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)o 1.再生轉(zhuǎn)接方式再生轉(zhuǎn)接方式o 因為信號從某一中繼機的收信機轉(zhuǎn)接到另一中繼機的發(fā)信機時，接口頻帶為基帶接口頻帶為基帶，所以稱作基帶轉(zhuǎn)接。模擬微波

19、中繼通信系統(tǒng)的基帶轉(zhuǎn)接又稱為群頻轉(zhuǎn)接群頻轉(zhuǎn)接，數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)的基帶轉(zhuǎn)接又稱為再生轉(zhuǎn)接再生轉(zhuǎn)接。對群頻轉(zhuǎn)接而言，群路信號在調(diào)制、解調(diào)過程中產(chǎn)生失真，隨著中間站數(shù)目的增加，調(diào)制、解調(diào)的次數(shù)增加，失真和噪聲積累不斷加劇，使系統(tǒng)的信噪比惡化，影響通信質(zhì)量。o 1.再生轉(zhuǎn)接方式再生轉(zhuǎn)接方式o 而再生轉(zhuǎn)接再生轉(zhuǎn)接，由于解調(diào)信號在轉(zhuǎn)接之前進行了再生，轉(zhuǎn)接之前進行了再生，因而消除了噪聲積累因而消除了噪聲積累。再生轉(zhuǎn)接方式是目前數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)最常用的一種中間站轉(zhuǎn)接方式。o o 基帶轉(zhuǎn)接方式可以直接上、下話路，是微波分路站必微波分路站必須采用的轉(zhuǎn)接方式須采用的轉(zhuǎn)接方式。采用這種轉(zhuǎn)接方式的中繼站的設(shè)備與

20、終端站可以通用。o 2.中頻轉(zhuǎn)接方式中頻轉(zhuǎn)接方式o 中間站把來自某一通信方向的載頻為f1的接收信號經(jīng)對應(yīng)中繼機(微波收發(fā)信機)的天線饋電系統(tǒng)、微波低噪聲放大器后，與該中繼機接收機本振信號混頻，混頻輸出信號經(jīng)中放后轉(zhuǎn)接到該中繼站的另一中繼機的發(fā)信機功率中放，將信號放大到上變頻器所需的功率電平，然后與發(fā)信機本振信號進行上變頻，輸出載頻為f2的微波信號。該信號經(jīng)微波功放、天線饋電系統(tǒng)后，向中繼站的另一通信方向發(fā)送出去。 36o 2中頻轉(zhuǎn)接中繼方式中頻轉(zhuǎn)接中繼方式第二章第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)o 2.中頻轉(zhuǎn)接方式中頻轉(zhuǎn)接方式o 因為信號從中間站的某一中繼機的收信機轉(zhuǎn)接到另一中繼機的發(fā)信

21、機時，接口頻帶為中頻接口頻帶為中頻，所以稱作中頻稱作中頻轉(zhuǎn)接又稱為外差轉(zhuǎn)接轉(zhuǎn)接又稱為外差轉(zhuǎn)接。中頻轉(zhuǎn)接省去了調(diào)制、解調(diào)器，簡化了設(shè)備，且沒有調(diào)制和解調(diào)引入的失真和噪聲沒有調(diào)制和解調(diào)引入的失真和噪聲。中頻轉(zhuǎn)接的發(fā)信本振和收信本振采用移頻振蕩方案，降低了對本振穩(wěn)定度的要求。但中頻轉(zhuǎn)接不能上、下話路，但中頻轉(zhuǎn)接不能上、下話路，不能消除噪聲積累不能消除噪聲積累。對于不需要上、下話路的中繼站，可以采用中頻轉(zhuǎn)接方式，如模擬微波中繼通信系統(tǒng)的中繼站就常用這種方式。o 3.微波轉(zhuǎn)接方式微波轉(zhuǎn)接方式o 微波轉(zhuǎn)接與中頻轉(zhuǎn)接類似，但其轉(zhuǎn)接接口是微波接口，且為了使同中繼站的轉(zhuǎn)發(fā)信號不干擾接收信號，轉(zhuǎn)信載頻f2，相對于

22、收信載頻f1；需要移頻，即移頻振蕩器的頻率等于f2與f1之差。另外，為了克服傳播衰落引起的電平波動，還需在微波放大時采取自動增益控制措施。微波轉(zhuǎn)接電路技術(shù)實現(xiàn)起來比中頻轉(zhuǎn)接困難，但微波轉(zhuǎn)接方案簡單，設(shè)備體積小、功耗低，對于不需要上、下話路的中繼站可采用這種轉(zhuǎn)接方式。 39o 3微波轉(zhuǎn)接中繼方式微波轉(zhuǎn)接中繼方式第二章第二章 微波中繼通信系統(tǒng)微波中繼通信系統(tǒng)2.12.1.2 .2 微波傳播特性微波傳播特性2.1.2.1天線高度與傳播距離天線高度與傳播距離2.1.2.2 自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗2.1.2.3天氣效應(yīng)天氣效應(yīng)2.1.2.4地面效應(yīng)地面效應(yīng)2.1.2.5衰落、電平儲備與分集接收

23、衰落、電平儲備與分集接收R h1h2d1d22211RhRd2222RhRd22222121RhRRhRddd)(3.57)(222212121hhhhRRhRhd21,hRhR考慮到考慮到，上式可以寫成：，上式可以寫成：v 當(dāng)當(dāng)h h1 1=h=h2 2=50m=50m時，時，d=50kmd=50kmAB2.1.2.1天線高度與傳播距離天線高度與傳播距離422.1.2.2 自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗o 實際微波通信中采用的天線均有方向性，對于發(fā)射天線而言，天線增益Gt表示天線在最大輻射方向上單位立體角的發(fā)射功率與無方向天線單位立體角的發(fā)射功率的比值。此時，與發(fā)射源相距d的單位面積所接收

24、的功率為 2ttr4 dGPP432.1.2.2 自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗o 對于接收天線而言，天線增益Gr表示天線接收特定方向電波功率的能力。根據(jù)天線理論，天線的有效面積為 42A 若接收機與發(fā)射機的距離為d，接收天線的有效面積為A，發(fā)射天線的增益為Gt，接收天線的增益為Gr，則接收到的信號載波功率為 trt222r2ttrrr)4(44PGGdGdGPAGPP442.1.2.2 自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗o 若不考慮發(fā)射天線增益Gt和接收天線增益Gr，電波的自由空間損耗定義為發(fā)射功率與接收功率之比，即 通常用分貝表示自由空間傳播損耗，即 22222rtf4)4(fdcdPPL

25、fdLlg20lg2044.23f452.1.2.2 自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗o 若考慮發(fā)射天線增益Gt和接收天線增益Gr ，則將這種有方向性的傳播損耗稱為系統(tǒng)損耗，通常用L表示，其分貝形式為rttGGLL462.1.2.3大氣效應(yīng)大氣效應(yīng) 從地面算起，垂直向上，可把大氣分從地面算起，垂直向上，可把大氣分為為6層，依次稱作對流層、同溫層、中間層、層，依次稱作對流層、同溫層、中間層、電離層、超離導(dǎo)以及逸散層。電離層、超離導(dǎo)以及逸散層。 對流層對流層是指自地面向上大約是指自地面向上大約10km范范圍的低空大氣層。圍的低空大氣層。 對流層集中了整個大氣質(zhì)量的四分對流層集中了整個大氣質(zhì)量的四分

26、之三。之三。47對流層對微波傳播的影響對流層對微波傳播的影響，主要表現(xiàn)：，主要表現(xiàn)：（1）由于氣體分子諧振引起對電磁波能量的吸）由于氣體分子諧振引起對電磁波能量的吸收。收。（2）由雨、霧、雪引起對電磁波能量的吸收和）由雨、霧、雪引起對電磁波能量的吸收和散射。散射。（3）對流層對流層結(jié)構(gòu)的不均勻性對電磁波的結(jié)構(gòu)的不均勻性對電磁波的折射折射。 由于氣象因素等影響，使對流層也會形成由于氣象因素等影響，使對流層也會形成云、霧之類的云、霧之類的“水氣囊水氣囊”，形成了大氣中的，形成了大氣中的不均勻結(jié)構(gòu)。不均勻結(jié)構(gòu)。2.1.2.3大氣效應(yīng)大氣效應(yīng)48 由于由于對流層的折射率隨高度而變對流層的折射率隨高度而

27、變，因此電波在對，因此電波在對流層中傳輸時會發(fā)生不斷的折射，從而導(dǎo)致軌跡彎曲，流層中傳輸時會發(fā)生不斷的折射，從而導(dǎo)致軌跡彎曲，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為大氣折射大氣折射。 表現(xiàn)為：在空間表現(xiàn)為：在空間不同高度的波束不同高度的波束，其，其傳播速度傳播速度會發(fā)生會發(fā)生變化變化 當(dāng)下層比上層傳播快則往上彎曲。當(dāng)下層比上層傳播快則往上彎曲。 當(dāng)上層比下層快，則電波射線往下彎曲。當(dāng)上層比下層快，則電波射線往下彎曲。2.1.2.3大氣效應(yīng)大氣效應(yīng)4950 收、發(fā)兩微波站間的電波傳播，同樣會受到電離收、發(fā)兩微波站間的電波傳播，同樣會受到電離層、對流層影響，環(huán)境的大氣壓力、溫度、濕度等參層、對流層影響，環(huán)境的大

28、氣壓力、溫度、濕度等參數(shù)變化會影響微波的傳播。數(shù)變化會影響微波的傳播。 對流層不同高度的大氣壓力、溫度和濕度不同，對流層不同高度的大氣壓力、溫度和濕度不同，因而其因而其折射率折射率也不同，使其中的微波傳播不是按也不同，使其中的微波傳播不是按直線直線而是按而是按曲線曲線前進。前進。2.1.2.3大氣效應(yīng)大氣效應(yīng)51 折射率梯度折射率梯度表示表示折射率折射率n n隨高度隨高度h h的變化率的變化率，體現(xiàn)了不同，體現(xiàn)了不同高度的大氣壓力、溫度及濕度等對大氣折射的影響，表示高度的大氣壓力、溫度及濕度等對大氣折射的影響，表示為為 。（1 1） 0 0，n n隨高度的增加而增加，傳播速度隨高度的增加而增加

29、，傳播速度v v與與n n成反成反比，隨高度的增加而減小。電波傳播的軌跡向上彎曲。比，隨高度的增加而減小。電波傳播的軌跡向上彎曲。（2 2） 0 0，v v隨高度的增加而增加，使電波傳播的軌跡隨高度的增加而增加，使電波傳播的軌跡向下彎曲。向下彎曲。dhdn/dn dh/dn dh2.1.2.3大氣效應(yīng)大氣效應(yīng)52 根據(jù)電波受大氣折射后的軌跡，將大氣折射分為三類。根據(jù)電波受大氣折射后的軌跡，將大氣折射分為三類。（1 1）無折射：）無折射：電波傳播軌跡電波傳播軌跡不隨大氣的垂直高度而變化不隨大氣的垂直高度而變化。此時此時dn/dh=0，意味著對流層大氣為均勻大氣，電波意味著對流層大氣為均勻大氣，電

30、波射線軌跡為直線，射線軌跡為直線，射線的曲率半徑為射線的曲率半徑為。（2）負(fù)折射：上層空間的電波射線速度小，下層空間電波負(fù)折射：上層空間的電波射線速度小，下層空間電波射線速度大，使電波傳播軌跡射線速度大，使電波傳播軌跡向上彎曲向上彎曲。此時。此時dn/dh0，曲率半徑為負(fù)值曲率半徑為負(fù)值。 以上兩種情況實際上很少發(fā)生。以上兩種情況實際上很少發(fā)生。2.1.2.3大氣效應(yīng)大氣效應(yīng)53（3）正折射：上層空間的電波射線速度大，下層空間電波）正折射：上層空間的電波射線速度大，下層空間電波射線速度小，使電波傳播軌跡射線速度小，使電波傳播軌跡向下彎曲向下彎曲。此時。此時dn/dhh1,h2時，時， r2h1

31、h2/dAdH1Ar1r2H2E2E1B水平極化垂直極化, , E1E2h1E0E1E1E0h1h2rr+ r2.1.2.3地面效應(yīng)地面效應(yīng)61 在在傳播路徑遠大于天線架高傳播路徑遠大于天線架高的情況下，兩路波在的情況下，兩路波在B處的場強視為相同極化。在實際問題中，如果沿處的場強視為相同極化。在實際問題中，如果沿r路徑在路徑在B處產(chǎn)生的場強振幅為處產(chǎn)生的場強振幅為E0，沿沿r+ r路徑在路徑在B處產(chǎn)生的場處產(chǎn)生的場強振幅為強振幅為E1，在忽略方向系數(shù)的差異，忽略強度上的差在忽略方向系數(shù)的差異，忽略強度上的差異后，異后，B處的總場強為合成場強處的總場強為合成場強 E=E0+E1 平坦地表反射波

32、的影響平坦地表反射波的影響的大小用的大小用衰減系數(shù)衰減系數(shù)表示表示 =|E|/|E0|2.1.2.3地面效應(yīng)地面效應(yīng)62衰減系數(shù)衰減系數(shù)與行程差與行程差 r的關(guān)系的關(guān)系地表反射系數(shù)地表反射系數(shù)全反射全反射場強場強E直射波完全被直射波完全被反射波抵消反射波抵消E=E0+E1=063 收信點的場強幅值隨收信點的場強幅值隨反射波與直射波的行程差反射波與直射波的行程差 r周期變化。周期變化。 r等于整數(shù)倍波長等于整數(shù)倍波長的情況下，的情況下，衰減衰減達達到極大值；地表反射系數(shù)到極大值；地表反射系數(shù)值越大，曲線的起伏程度值越大，曲線的起伏程度越大。越大。 在進行微波中間站站址選擇和微波線路設(shè)計時，在進行

33、微波中間站站址選擇和微波線路設(shè)計時，應(yīng)充分利用地形地物阻擋反射波。應(yīng)充分利用地形地物阻擋反射波。2.1.2.3地面效應(yīng)地面效應(yīng)64 地表障礙物對微波視距傳播的影響地表障礙物對微波視距傳播的影響 地表障礙物地表障礙物是諸如丘陵、山頭、樹林和是諸如丘陵、山頭、樹林和高大建筑物等會阻擋電磁波視距傳播的地物。高大建筑物等會阻擋電磁波視距傳播的地物。2.1.2.3地面效應(yīng)地面效應(yīng)65 在實際的微波線路中，有時會遇到傳輸路徑上的刃形在實際的微波線路中，有時會遇到傳輸路徑上的刃形障礙物。當(dāng)刃形障礙物的最高點靠近或超過收發(fā)之間的視障礙物。當(dāng)刃形障礙物的最高點靠近或超過收發(fā)之間的視距連線距連線TR時，收信點時，

34、收信點R仍能接收信號，甚至可以正常通信。仍能接收信號，甚至可以正常通信。 這是這是因為刃形障礙物不可能遮擋住所有的因為刃形障礙物不可能遮擋住所有的費涅耳區(qū)費涅耳區(qū)，所以在收信點只要有一定數(shù)量的費涅耳區(qū)空間不被遮擋，所以在收信點只要有一定數(shù)量的費涅耳區(qū)空間不被遮擋，電波就能繞過刃形障礙物，使收信電平達到一定的數(shù)值。電波就能繞過刃形障礙物，使收信電平達到一定的數(shù)值。2.1.2.3地面效應(yīng)地面效應(yīng)66 在電波傳播中在電波傳播中, 當(dāng)波束中心剛好擦過障礙物時當(dāng)波束中心剛好擦過障礙物時, 電波也會受到電波也會受到阻擋衰落阻擋衰落。 為了避免或者減少阻擋衰落為了避免或者減少阻擋衰落, 設(shè)計的電波傳播路設(shè)計

35、的電波傳播路徑在最壞的大氣條件時離障礙物頂部要有足夠的徑在最壞的大氣條件時離障礙物頂部要有足夠的“余余隙隙” hc。為了確定余隙為了確定余隙, 利用費涅耳繞射原理。利用費涅耳繞射原理。 2.1.2.3地面效應(yīng)地面效應(yīng)67微波信號傳輸線路中的余隙概念微波信號傳輸線路中的余隙概念o 余隙余隙是指從地面最高點是指從地面最高點(設(shè)為信號反射點設(shè)為信號反射點)至收、發(fā)天至收、發(fā)天線連線間的距離，用線連線間的距離，用Hc來表示，當(dāng)在設(shè)計天線高度來表示，當(dāng)在設(shè)計天線高度時一定要有余隙的計算。時一定要有余隙的計算。 余隙的計算與余隙的計算與等效地球半徑等效地球半徑系數(shù)系數(shù)k和第一菲涅爾和第一菲涅爾區(qū)半徑區(qū)半徑

36、(F1)有關(guān)。有關(guān)。 其中其中k主要隨氣象變化而受影響。主要隨氣象變化而受影響。2.1.2.3地面效應(yīng)地面效應(yīng)68傳輸路徑上的刃形障礙物傳輸路徑上的刃形障礙物69 由于電波傳播的主要通道并不是一條直線，因此即使由于電波傳播的主要通道并不是一條直線，因此即使某凸出物并沒有擋住收、發(fā)兩點間的幾何射線，但是已某凸出物并沒有擋住收、發(fā)兩點間的幾何射線，但是已進入了第一菲涅爾橢球，此時接收點的場強已經(jīng)受到影進入了第一菲涅爾橢球，此時接收點的場強已經(jīng)受到影響，該收、發(fā)兩點之間不能視為自由空間傳播。而響，該收、發(fā)兩點之間不能視為自由空間傳播。而當(dāng)凸當(dāng)凸出物未進入第一菲涅爾橢球出物未進入第一菲涅爾橢球，即電波

37、傳播的主要通道，即電波傳播的主要通道，此時才此時才可以認(rèn)為該收、發(fā)兩點之間被視為自由空間傳播可以認(rèn)為該收、發(fā)兩點之間被視為自由空間傳播。2.1.2.3地面效應(yīng)地面效應(yīng)70 即使在地面上的障礙物遮住收、發(fā)兩點間的幾何即使在地面上的障礙物遮住收、發(fā)兩點間的幾何射線的情況下，由于電波傳播的主要通道未被全部遮擋射線的情況下，由于電波傳播的主要通道未被全部遮擋住，因此接收點仍然可以收到信號，此種現(xiàn)象被稱為住，因此接收點仍然可以收到信號，此種現(xiàn)象被稱為電電波繞射波繞射。在地面上的障礙物高度一定的情況下，波長越。在地面上的障礙物高度一定的情況下，波長越長，電波傳播的主要通道的橫截面積越大，相對遮擋面長，電波

38、傳播的主要通道的橫截面積越大，相對遮擋面積就越小，接收點的場強就越大，因此積就越小，接收點的場強就越大，因此頻率越低，繞射頻率越低，繞射能力越強能力越強。2.1.2.3地面效應(yīng)地面效應(yīng)71 若要求收信點的場強幅值等于自由空間傳播場強幅若要求收信點的場強幅值等于自由空間傳播場強幅值，則收發(fā)視距連線與障礙物最高點之間的垂直距離值，則收發(fā)視距連線與障礙物最高點之間的垂直距離即即傳播余隙傳播余隙Hc應(yīng)當(dāng)大于或等于最小應(yīng)當(dāng)大于或等于最小菲涅爾區(qū)半徑菲涅爾區(qū)半徑F0。 即即 HcF02.1.2.3地面效應(yīng)地面效應(yīng)72 與自由空間傳播相比，與自由空間傳播相比，地表障礙物對微波視距傳地表障礙物對微波視距傳播的

39、影響播的影響表現(xiàn)為引入了表現(xiàn)為引入了阻擋損耗阻擋損耗。 路徑上刃形障礙物的路徑上刃形障礙物的阻擋損耗阻擋損耗為收信點的場強幅為收信點的場強幅值與自由空間傳播場強幅值的比值值與自由空間傳播場強幅值的比值E/E0。2.1.2.3地面效應(yīng)地面效應(yīng)73阻擋損耗阻擋損耗與相對余隙與相對余隙Hc/F1有一定的關(guān)系：有一定的關(guān)系：o Hc=0時，阻擋損耗為時，阻擋損耗為6dB；o Hc/F10.5時，阻擋損耗在時，阻擋損耗在0dB上下波動。上下波動。2.1.2.3地面效應(yīng)地面效應(yīng)74路徑上刃形障礙物的路徑上刃形障礙物的阻擋損耗阻擋損耗75 視距微波通信常常根據(jù)路徑余隙視距微波通信常常根據(jù)路徑余隙Hc的大小將

40、線的大小將線路分為三類：路分為三類：（1）Hc F0稱為開路線路；稱為開路線路；（2）0 Hc F0稱為半開路線路；稱為半開路線路；（3）Hc 0稱為閉路線路。稱為閉路線路。2.1.2.3地面效應(yīng)地面效應(yīng)2.1.2.5 2.1.2.5 衰落和分集接收技術(shù)衰落和分集接收技術(shù)收信電平隨時間變化的現(xiàn)象稱為衰落。收信電平隨時間變化的現(xiàn)象稱為衰落。2.1.2.5 2.1.2.5 衰落和分集接收技術(shù)衰落和分集接收技術(shù)l 目前在微波通信和衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，視距傳播存在衰落現(xiàn)目前在微波通信和衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，視距傳播存在衰落現(xiàn)象。直射波的傳播路徑嚴(yán)重偏離正常路徑，可產(chǎn)生兩個后果：象。直射波的傳播路徑嚴(yán)重偏離正常路

41、徑，可產(chǎn)生兩個后果： （1 1）發(fā)射主瓣不再對準(zhǔn)天線，接受信號功率下降；）發(fā)射主瓣不再對準(zhǔn)天線，接受信號功率下降； （2 2）偏離后的電波可能被障礙物阻擋或部分阻擋，使接）偏離后的電波可能被障礙物阻擋或部分阻擋，使接受信號功率下降，設(shè)置通信中斷受信號功率下降，設(shè)置通信中斷 多徑衰落是微波中繼系統(tǒng)電波衰落的最主要原因，因此，多徑衰落是微波中繼系統(tǒng)電波衰落的最主要原因，因此，在實際工程設(shè)計中都要用經(jīng)驗公式設(shè)計一個衰落門限，使得在實際工程設(shè)計中都要用經(jīng)驗公式設(shè)計一個衰落門限，使得就衰落深度小于該值，以滿足接受端的接受要求。就衰落深度小于該值，以滿足接受端的接受要求。分集接收技術(shù)分集接收技術(shù)l 目前在微波通信和衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，抗多徑衰落的主要手目前在微波通信和衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，抗多徑衰落的主要手段是采用分集技術(shù)。段是采用分集技術(shù)。分集分集就是指通過兩條或兩條以上途徑就是指通過兩條或兩條以上途徑（例如空間途徑）傳輸同一信息，以減輕衰落影響的一種技（例如空間途徑）傳輸同一信息，以減輕衰落影響的一種技術(shù)措施。術(shù)措施。l 分集接收的原理分集接收的原理 采用兩種或兩種以上的不同方法接收同一信號，然后在接采用兩種或兩種以上的不同方法接收同一信號，然后在接收端再以一定的