第2章2 微波中繼通信系統(tǒng)

1.

天線技術(shù)工作原理:基本功能:輻射和接收無線電波發(fā)射:把高頻電流轉(zhuǎn)換為電磁波接收:把電滋波轉(zhuǎn)換為高頻電流根據(jù)電磁場(chǎng)理論，當(dāng)導(dǎo)體通過高頻電流時(shí)會(huì)在周圍空間產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)當(dāng)導(dǎo)體長(zhǎng)度足夠大（能夠與波長(zhǎng)相比擬時(shí)），就能使電磁波有效輻射出去工作原理:電磁波從發(fā)射天線輻射出來后，向四面?zhèn)鞑コ鋈バ纬呻姶艌?chǎng)在交變電磁場(chǎng)中放置一導(dǎo)線，在電磁波的作用下，導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)該導(dǎo)線與接收設(shè)備相連，在接收設(shè)備的輸入端就會(huì)產(chǎn)生高頻電流工作原理:天線的互易原理：發(fā)信天線和收信天線都屬于能量變換器，具有“可逆性”天線用作發(fā)信時(shí)的參數(shù)和收信時(shí)的參數(shù)保持不變，這就是天線的互易原理天線參數(shù)天線的性能主要關(guān)心其信號(hào)覆蓋范圍和輻射強(qiáng)度。決定天線性能因素有些與天線本身無關(guān)，如天線架設(shè)高度等。有些因素與天線的設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝相關(guān)，這些因素稱為天線參數(shù)。主要的天線參數(shù)方向圖 效率增益 輸入阻抗工作頻帶 極化方式1、天線的方向性天線對(duì)空間不同方向具有不同的輻射或接收能力，這就是天線的方向性。在水平面上，輻射與接收無最大方向的天線稱為全向天線，有一個(gè)或多個(gè)最大方向的天線稱為定向天線。天線方向圖用來表示天線的輻射或接收強(qiáng)度隨空間方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系全向天線全向天線由于其無方向性，所以常用在一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信的中心臺(tái)。定向天線定向天線具有最大輻射或接收方向，因此能量集中，增益相對(duì)較高，適合于遠(yuǎn)距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。波瓣寬度天線方向圖的最大輻射功率所在的波瓣稱為主瓣，其余為副瓣主瓣最大輻射方向兩側(cè)，輻射強(qiáng)度降低3dB的兩點(diǎn)間的夾角定義為波瓣寬度

水平波瓣全向天線的水平波瓣寬度為360度垂直波瓣基站定向天線的垂直波瓣寬度為10度左右；對(duì)于同一種類的天線，增益相同時(shí)，水平波瓣越寬，垂直波瓣就越窄；較窄的垂直波瓣會(huì)在基站近端產(chǎn)生信號(hào)“死區(qū)”。天線下傾調(diào)整限制信號(hào)在所服務(wù)的小區(qū)范圍內(nèi)，減小“死區(qū)”，降低對(duì)其它小區(qū)的干擾。機(jī)械下傾：小于10度電調(diào)下傾：角度可調(diào)，后瓣同時(shí)下傾2、天線效率天線效率定義為：天線輻射功率Pr與天線輸入功率Pin之比；天線輻射功率與所消耗的功率Ps之和為輸入功率。3、天線的增益天線增益系數(shù)是方向系數(shù)與天線效率的乘積，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益就越高。在同等條件下，天線增益越高，電波傳播的距離越遠(yuǎn)，一般基地臺(tái)天線都采用高增益天線4、天線的輸入阻抗天線的輸入阻抗為輸入端電壓與輸入端電流之比。為使天線能獲得最大的功率，應(yīng)使天線輸入阻抗與饋線特性阻抗匹配。5、工作頻帶天線的各種電性能參數(shù)不超過允許范圍時(shí)，所對(duì)應(yīng)的工作頻率寬度即為天線工作頻帶。對(duì)頻分雙工的收發(fā)共用天線，必須考慮天線的工作頻帶寬度。6、天線極化方式分為線極化天線、圓極化天線和橢圓極化天線；基站多采用線極化方式，又分為垂直極化和水平極化方式；天線增益（dBi）

在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同一點(diǎn)處所產(chǎn)生的信號(hào)的功率密度之比。它定量地描述一個(gè)天線把輸入功率集中輻射的程度。增益顯然與天線方向圖有密切的關(guān)系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。天線最直接的參數(shù)微波天線的主要電氣參數(shù)前后比

前后比即天線后向(180°±30°的范圍內(nèi))的副瓣電平與前向最大波束電平之差.它表明了天線對(duì)后瓣抑制的能力.前后比低的天線,天線后瓣有可能產(chǎn)生越區(qū)覆蓋,導(dǎo)致切換關(guān)系混亂,產(chǎn)生掉話.一般來說,前后比在18～45dB之間,工程中一般應(yīng)選用前后比為30dB的天線。微波天線的主要電氣參數(shù)微波天線的主要電氣參數(shù)駐波比駐波比全稱為電壓駐波比。

在無線電通信中，天線與饋線的阻抗不匹配或天線與發(fā)信機(jī)的阻抗不匹配，高頻能量就會(huì)產(chǎn)生反射折回，并與前進(jìn)的部分干擾匯合發(fā)生駐波。

SWR=R/r=(1+K)/(1-K)

反射系數(shù)K=(R-r)/(R+r)

駐波比總是大于1的。

天線的種類按工作頻段分：短波、超短波、微波按用途分：基地臺(tái)、移動(dòng)臺(tái)按方向性分：全向、定向按結(jié)構(gòu)分：線狀、面狀、天線陣列2.分集接收技術(shù)分集接收技術(shù)掌握分集技術(shù)的基本概念；理解每一種不同的分集方式和合并方式；了解其它分集方式的含義概念分集是指分散傳輸和集中接收。分集接收是指接收端對(duì)它收到的經(jīng)過多個(gè)相互獨(dú)立路徑傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行特定的處理來減小衰落的深度與持續(xù)時(shí)間的方法。獨(dú)立衰落信號(hào)的特點(diǎn)t如果一條無線傳播路徑中的信號(hào)經(jīng)歷了深度衰落，而另一條相對(duì)獨(dú)立的路徑中可能仍包含著較強(qiáng)的信號(hào)。分集接收的含義分散傳輸：使接收端能獲得多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的、攜帶同一信息的衰落信號(hào)；集中接收：把收到的多個(gè)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的衰落信號(hào)進(jìn)行合并以降低衰落的影響。分集方式分類宏分集：減小大尺度衰落的分集技術(shù)；“多基站”分集

微分集：減小小尺度衰落影響的分集技術(shù)。微分集的種類空間分集時(shí)間分集頻率分集極化分集角度分集1、空間分集空間分集的依據(jù)在于快衰落的空間獨(dú)立性?？臻g分集的接收機(jī)至少需要兩副相隔距離為d的天線，間隔距離d與工作波長(zhǎng)、地物及天線高度有關(guān)，在移動(dòng)信道中，通常取：市區(qū)d=0.5λ郊區(qū)d=0.8λ空間分集工作示意圖天線切換邏輯或解調(diào)器輸出1G1G1G12m可變?cè)鲆?、頻率分集頻率分集方式是指用兩個(gè)或兩個(gè)以上的頻率來傳送相同的信息的方式。頻率分集的工作原理是基于在信道相干帶寬之外的頻率上不會(huì)出現(xiàn)同樣的衰落。

3、極化分集基本工作原理：空中的水平極化和垂直極化路徑是非相關(guān)的。使用水平和垂直兩個(gè)正交的分集支路，也稱正交極化分集；可看作是一種特殊的空間分集方式，只使用兩副天線，且天線間距縮短。4、角度分集使電波通過幾個(gè)不同路徑，并以不同角度到達(dá)接收端；而接收端利用多個(gè)方向性尖銳的接收天線分離出不同方向來的信號(hào)分量；這些分量具有互相獨(dú)立的衰落特性，因而可以實(shí)現(xiàn)角度分集。5、時(shí)間分集以超過信道相干時(shí)間的間隔重復(fù)發(fā)送相同的信號(hào)的分集方式。工作原理：在相干時(shí)間之外的信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)同樣的衰落，也就是說各次發(fā)送信號(hào)所出現(xiàn)的衰落將是彼此獨(dú)立的；有利于克服移動(dòng)信道中因多普勒效應(yīng)引起的衰落現(xiàn)象。合并方式對(duì)接收到的多個(gè)分集信號(hào)，進(jìn)行合并處理，減小衰落對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?；一般都使用線性合并器，其通用合并信號(hào)表達(dá)式為：1、選擇式合并檢測(cè)所有分集支路的信號(hào)，選擇其中信噪比最高的那一個(gè)支路的信號(hào)作為合并器的輸出。信號(hào)表達(dá)式中的加權(quán)系數(shù)只有一項(xiàng)為1，其余均為0。二重分集選擇式合并2、最大比值合并是最佳合并方式；每一支路的加權(quán)系數(shù)ak與信號(hào)包絡(luò)rk成正比而與噪聲功率Nk成反比，即為：輸出信號(hào)包絡(luò)為最大比值合并示意圖3、等增益合并無需對(duì)信號(hào)加權(quán)，各支路的信號(hào)等增益相加，輸出的信號(hào)包絡(luò)為：不同合并方式的性能對(duì)比在相同分集重?cái)?shù)情況下，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?cái)?shù)較小時(shí)，等增益合并的信噪比改善接近最大比值合并，是一種較實(shí)用的合并方式；選擇式合并只利用了最強(qiáng)的一路信號(hào)，而其它各支路信號(hào)都沒有被利用，所得到的信噪比改善量最少。不同合并方式的性能對(duì)比分集接收抗衰落的效果

某微波通信系統(tǒng)不采用分集接