第五章 微波传输基本理论.ppt

第五章 微波传输基本理论,内容提要无线电波传播的方式及特性微波传输衰落及抗衰落技术 微波传输系统及应用,各种波段波的特性,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。但极易受电离层变化的影响，信号会时强时弱。超短波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。,5.1 无线电波传播的方式及特性,5.1.1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，地球上面的大气层的结构如图。对流层 平流层 电离层,大气层的结构,5.1.2无线电波在空间的传播模式,电磁波在其横向平面中场值的大小和方向都不变，则称为均匀平面波。为简化起见，下面只讨论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。5.1.3.1地表面波传播地表波传播 这是一种沿着地球表面传播的电磁波，简称地表波。主要用在中、长波波段(广播)。5.1.3.2 对流层电波传播无线电波在低层大气层对流层中的传播就称为对流层电波传播。按传播机制区分，又可分为：直射波传播、散射波传播和地面反射波传播。,1.直射波传播 当收、发天线架设高度较高时，电波从发射天线直射到接收天线的传播方式，亦可称为视距传播。一般用在超短波和微波波段，主要用于微波中继通信、甚高频和超高频广播、电视、雷达等业务。直射波传播是最主要的无线电波传播方式。2.散射波传播 这种传播主要是由于电磁波投射到大气层（如对流层）中不均匀气团上时产生散射，特别适用于无法建立微波中继站的地区，例如海岛之间或需跨越湖泊、沙漠、雪山等的地区。3.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。,5.1.3.3电离层电波传播无线电波经电离层反射或散射后到达接收点的一种传播方式。依传播机制又可分为：电离层反射传播、电离层散射传播和流星电离余迹反（散）射传播。5.1.3.4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,电磁波的频段或波长不同，其传播方式和特点也不同,但有以下共同特性。1.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度相同,传播方向不变.2.辐射能量的扩散与吸收能量衰减 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，空间的电磁场就越来越弱.,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中），若无方向性天线，辐射功率为PT瓦，则距离辐射源d米处的电场强度有效值为：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。,3.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。4.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，也称作多径效应。接收点的场强是由直射波和地面反射波合成的。5.绕射现象 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,5.1.4传输媒质对电波传播的影响,5.1.4.1传播损耗1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电波传播，能量既不会被吸收，也不会产生反射和散射。此时的电波扩散损耗称自由空间传播损耗,由电磁场理论可知，若无方向性（也称全向天线）天线的辐射功率为 瓦时，则距辐射源d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Ws为：Ws=PT/4d2（W/m2）4d2_球体表面积,PR,若用发射天线增益为GT的有方向性天线取代无方向性天线，则上述公式应改写为：,（V/m）,（A/m）,（w/m）,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：,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：,式中，为无方向性天线的有效面积。可得：,（5.1）,将输入功率PT与输出功率PR之比定义为含收发天线增益的自由空间信道的基本传播损耗LP：,（5.2a）,将上式取对数得：,若收发天线增益为0 dB即GR=GT=1，则自由空间传播损耗LP：,由上式可见，自由空间中电波传播损耗与工作频率f和传播距离d成正比。当f或d增大一倍时，LP将会分别增加6 dB。LP反映了球面波的扩散损耗大小。,例5-1：某微波传输信道，发射天线的增益为22dB，接收天线的的增益为18dB，收发距离为14500 km，载波中心频率为5.904GHz求(1)该信道的基本传输损耗为多少?(2)若发射功率为25w,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：,解（1）该信道的基本传输损耗为：,2实际空间的传播损耗实际电波的传播,不同的传播方式、传播媒质，信道的传输损耗不同。在传播距离、工作频率、发射天线、输入功率PT和接收天线都相同的情况下，设接收点的实际场强为E，功率为，而自由空间场强为、功率为，则信道的衰减因子A为：,则实际空间的传播损耗Lb为：,5.1.4.2 传播衰落现象 衰落？一般是指信号电平随时间的随机起伏。按引起衰落的原因可以分为吸收型衰落：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。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。,5.1.4.3 传播失真无线电波通过媒质会产生振幅失真和相位失真。产生失真的原因有两个：一是随机多径传输效应，二是媒质的色散效应。5.1.4.4 电波传播方向的变化,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。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；或者反之。线路中间的中继站的任务是完成微波信号的转发和分路，又分为中间站、分路站和枢纽站。,5.2 微波传播,微波在实际的空间传播要受地面的影响和大气的影响。,5.2.1 地面对微波传播的影响光滑地面及水面地面起伏较大时地面障碍物（如山头、高大建筑物）在惠更斯波动学基础上，提出菲涅尔区的概念，可解释电波的绕射等现象。,5.2.1.1费涅尔区的概念1惠更斯菲涅尔原理,惠更斯原理是，一点波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，二次波源产生的波前也是球面，三次、四次波也是如此。,惠更斯原理,图中T为发射天线，视为点源，它发出球面波。把波前分解为许多面积元，点源T在接收处R产生的场强,便是许多面积元在R处产生的场强之矢量和。尽管T与R之间有障碍物，但不能挡住所有面积元，在R处仍可收到一定的场强。由解析几何知，球面上一动点P至两定点T、R的距离之和为常数时，此动点轨迹为椭球体。在讨论微波传播时，若该常数为：d 则得到的椭球面称为第一菲涅尔椭球面,式中d|TR|。若该常数为：则得到第n费涅尔椭球面。若用图5-8的一系列费涅尔椭球面交截图5-7的某个波前面，则得到一系列的圆的圆环，图5-9，得第n费涅尔区。,2.第n菲涅尔区的半径Fn第n菲涅尔区边界的某个点P到TR连线的距离为第n菲涅尔区的半径Fn.,因第n菲涅尔区定义:TP+PR=d+n/2所以:,当n=1,第1菲涅尔区的半径,所以,显然，P点位置不同时，Fn亦不相同。当P在线路中点时（时），Fn最大，用Fnm表示。,5.2.1.2费涅尔区对电波传播的影响,图中T点发射的球面波向R方向传播。由菲涅尔区定义可知，经过各菲涅尔区端点 P1、P2、P3的电波射线TP1R、TP2R、TP3R依次相差/2。,各相邻费涅尔区在R处产生的电波场强相位相差1800,由费涅尔区半径公式可知，第一费涅尔区的面积为F21;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：F21 可见个相邻费涅尔区面积相等。但它们离R的距离不相等。第一费涅尔区离R最近，在R处产生的电场E1最大，其他依次减小，近似为等差级数，考虑到相位相反，使R点的总电场强度E=1/2 E1,5.2.1.3用费涅尔区解释阻挡物的影响微波传播途中有时遇到刃形障碍物，此时由于障碍物不能遮挡全部费涅尔区，在收信处R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TR线的垂直距离hc。正余隙：障碍物在TR线之下时，hc为正值负余隙：障碍物的顶部在TR线以上时，hc为负值。如果余隙 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h0称为自由空间余隙。若hch0，路径损耗略有波动,最终稳定在自由空间损耗上。若hch0，那么随着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。,5.2.1.4用菲涅尔区分析平坦地面的反射,平滑地面的反射,在两个微波站的范围内，不考虑地球的曲率而视为平面。由惠更斯原理，总会有一部分电波折射到地面，接收点除收到直射波外，还收到地面反射的波。,1.反射波 反射波r2=TO+OR；直射波:r1=TR 反射波与直射波的路程差r=TO+OR-TR 即r=r2-r1反射波与直射波的相位差为:相位常数r=2/r 设O点反射系数为:=e-j 设E0为自由空间传播时，直射波到达R处的电场强度有效值。,直线波到达接收点的场强瞬时值:e1(t)=E0COSt反射波到达接收点的场强瞬时值为：反射波与直射波的总相位差为:在接收点按平行四边形求合成场矢量为e1(t)、e2(t)矢量和,E=AE=(AC+CD)2+DE21/2 接收点的合成电场强度有效值E与自由空间的直射波电场强度有效值E0之比称为地面反射引起的衰落因子Lr=E/E0,一般入射角很小，180；而1（全反射），于是：,随着r的变化，收信点的电场E可从零变化到2E0，E0出现在r、2 时，应尽量避免。r变化引起接收处合成场强的改变可用费涅尔区说明。,Lrr的关系,522 大气对微波传播的影响大气层可分为六层,依次称为对流层、同温层、中间层、电离层、超离层、逸散层。大气的影响主要是对流层的影响。5.2.2.1 大气对微波的衰减对流层对微波的衰减主要来自三方面：云、雾、雨等小水滴对微波能量的热吸收及氧分子对微波的谐振吸收云、雨、雾、雪等水滴对微波的散射对流层温度随高度的增加而下降，使电波发生折射、反射、散射、吸收等衰减现象，其中最主要的是大气折射。,5.2.2.2 大气对微波的折射1大气折射对微波轨迹的影响在真空中电波传播速度为：,而在大气中，介电常数,导磁率，故：,式中，为相对介电常数，于是大气层绝对折射率为：,因为大气是非均匀信道，大气层的 及n是h的函数。,2等效地球半径由于大气折射的作用，使实际的电波传播不是按直线进行，而是连续折射弯曲的曲线，为分析方便引入“等效地球半径Re”概念。引入Re后，便可把电波仍视为直射线，而真正地球半径R（6370km）变成了Re。此时电波不是在真实地球上传播，而是在等效地球上传播。,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，则它们之间距离处处相等，等效条件是电波路径与地面之曲率差应相等。等效条件是：,变换后：,引入等效地球半径系数K：,3正负折射及标准折射根据电波在大气层折射的轨迹，即K值的大小，大气折射可分为以下几类：,标准折射在温带气候条件下，通过大量试验得到的 平均值为：,得,在温带，K4/3时的大气称为“标准大气”，Re（4/3）R=8500km称为标准等效地球半径，K4/3的大气折射称为标准折射。在赤道，标准等效地球半径为：Re=（4/33/2）R 在两极，标准等效地球半径为：Re=（6/54/3）R,4.视距传播的极限距离,极限距离d：两个相邻天线之间最长的可视距离。,视距传播的极限距离为：,在标准大气折射情况下，Re=8 500km,故：,由于地球等效半径远远大于天线高度,有:,式中ht、hr的单位是m，d的单位是km,5.2.2.3大气折射对反射点余隙的影响,1.地面突起高度在平原地面上相邻两微被站间，其地形剖面图是一段弧,弧上各点至AB的垂直距离称为该点的地面凸起高度，记为h 由于DE：EBAE：EF而AEd1，EBd2，又EFDE，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.,h,d2,d1,d1,d2,考虑电波折射,等效地面突起高度he:he=d1d2/2Re=d1d2/2KR将R6370km代入式中得：he=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hce 等效余隙hce=hc+hc=hc+d1d2(k-1)/2kR 可见K1（正折射）时，等效余隙hce增大；K1时，等效余隙hce减小；正折射时，K越大，等效余隙hce越大。,2.复杂地形余隙的计算,球形地面上复杂地形单障碍物时地形路径的典型断面图，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hce：,h1、h2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；H1、H2为发射、接收点山顶高度（m），注意，它是海拔高度，不是山顶至山脚之高。H3为反射点海拔高（m）；he为反射点等效地球的地面凸起高度（m）。,5.2.2.4 K值及余隙的选择在天线高度设计中，K值非常重要。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，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，则可能使地面反射波削弱主波。为此，对所选天线高度，应按以下标准进行检查：（1）0.5，即地面反射系数较小，此时主要防止障碍阻挡过大，标准为k 时，hc0.3F1(一般障碍物),或hc0(刃形障碍物)k 时，hcF1k 时，hc不能等于偶数费涅尔区半径,（2）0.7，即地面反射系数较大，此时主要防止反射衰落过大，标准为：k 时，hc0.3F1（一般障碍物），或hc0（刃形障碍物）；k 时，hcF1；k 时，hc1.35 F1 hc1.35 F1 是根据Lr不大于（68）dB而得。若以上标准不能满足，则改变路由，或改变天线高度，以便减小障碍物阻挡损耗及反射损耗。,例：设微波中继通信采用f8GHz，站距为50km，路径为光滑球形地面。求（1）不计大气折射，保证自由空间余隙 时，等高收发天线的最小高度；（2）在k 时，收发天线最小高度。,h00.577F1=0.577 0.577 12.4m,解：（1）地形为光滑球面，线路中点之地面凸起高度h最大，可设中点为反射点（一般以地形最高点为反射点），d1=d2=25km而 0.0375m，于是自由空间余隙为：,49m,地面突起高度,确定收发天线高度时，应使地面凸起高度最大处还留有h0 的传播空间，故 Hminh0h12.4+4961.4m（2）k 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。,5.3 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，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(或电平)不断起伏变化。这种变化就称为信号的随机性。抗衰落一般采用分集接收和自适应均衡技术实现。,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（包括地面）产生的反射。,5.3.1 衰落原因及分类,引起衰落的原因大体上可以归为两大类：第一类是气象条件的不平稳变化引起的衰落；第二类是多径传播引起的衰落。对衰落比较普遍的分类方法是按衰落周期的时间快慢，分为 快衰落 慢衰落,慢衰落,快衰落,5.3.1.1 慢衰落：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。,5.3.1.2 快衰落：从几秒钟、几分钟以上至十分钟的信号强度变化叫快衰落。多径干涉产生的快衰落更严重。,在工程应用中常按衰落产生的机制分为以下几种类型。K型衰落波导型衰落闪烁型衰落散射型衰落大气雨雾的吸收衰落,5.3.2 抗衰落技术5.3.2.1 分集技术分集技术是指将同一个信号在发端分散发送，收端集中接收。最常用的分集方法是空间分集和频率分集。1空间分集空间分集分为空间分集发信和空间分集接收两个系统，以空间分集接收为例，在不同的空间位置设置几副天线，同时接收一个发射天线的微波信号，然后合成或选择其中一个强信号，这种工作方式称为空间分集接收。有几副接收天线就称为几重分集。在微波传输系统中最常用的是二重垂直空间分集接收。,2频率分集采用两个或两个以上具有一定频率间隔的微波频率同时发送和接收同一信息，然后进行合成或选择，以减轻衰落影响，这种工作方式叫做频率分集。当采用两个微波频率时，称为二重频率分集。频率分集有同频段分集和跨频段分集两种类型。,5.3.2.2 自适应均衡技术实践证明，一个高性能的数字微波通道往往是把空间分集和自适应均衡技术配合使用的，以最大限度地降低通信中断的时间。1频域自适应均衡器,2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。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。,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5.4.1.1微波传输系统使用频段的划分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、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。微波是指频率为300MHz300GHz的电磁波（1GHz=Hz）。使用特有设备，并利用这个频段的频率作载波携带信息，通过无线电波空间进行中继（接力）通信的通信方式就叫微波通信。,无线电波频段的划分,电磁波的频率不同，其空间传播特性也不同。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。例如当天线口径一定时，微波频率越低，天线增益也越低。在微波频段的使用方面，各国的微波设备往往首先使用4GHz 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。我国数字微波通信已有2、4、6、7、8、11GHz各频段的设备。,5.4.1.2微波传输的射频频率配置1频率配置的基本原则在一个中间站，一个单向波道的收信和发信必须使用不同频率，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整个频谱必须紧凑。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，为了提高频带利用率，对一个波道而言，宜采用二频制。即两个方向的发信使用一个射频频率，两个方向的收信使用另外一个射频频率。,多波道二频制的频率配置方案,2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，CCIR提出相应的建议书。,B站,我国几种数字微波频率配置方案,5.4.2 微波传输特点微波传输系统的显著特点是三方面，即“微波、多路、接力”。“微波”是指微波工作频段宽。微波频率高，故其波长短，微波通信一般使用面式天线，当面式天线的口径面积给定时，其增益与波长的平方成反比，故微波通信很容易制成高增益天线。微波频段，天电干扰和工业干扰及太阳黑子的变化基本上不起作用，所以可靠性和稳定性很高。“多路”是指微波通信的通信容量大，即微波通信设备的通频带可以做得很宽。“接力”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,5.4.3.1数字微波传输系统组成 调制与解调器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。,发射机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。接收机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。分路系统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。天馈线系统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。,5.4.3.2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,同轴电缆型,圆波导型,1微波馈线系统馈线系统是联接分路系统与天线的馈线和波导部件。主要有五种安装形式：同轴电缆系统、矩形硬波导系统、椭圆软波导系统、圆一矩硬波导系统和圆一椭圆馈线系统。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。,圆波导型馈线系统各部分的作用：1.密封节：特制的波导小段，防止波导生锈。2.杂波滤除器：在圆波导中,保证主模是TE11模传送。是一种特制波导段来出去次主模.3.极化补偿器：校正极化去耦在圆波导度内壁可微调的波导段。4.极化旋转器：波导段内插入一介质板可使极化方向旋转。5.极化分离器:用来分离两种不同的(如水平和垂直极化波)极化波.,2微波天线,凡是能辐射或接收微波能量的天线都叫微波天线。微波天线的技术参数有天线的增益和方向性、反射系数、极化去耦和机械强度等。微波天线形式卡塞格林天线（具有双曲面形反射器的抛物面天线。）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。,(1)抛物面的几何关系 焦点F放一微波源，发射波向四面八方放出射。如果反射体是一个抛物面，则由其焦点射出的电波经抛物面反射之后，,将成为圆柱形平行射束方式向Z方向传播。而这些反射波到达基准面AA的路径相等，即每条射线由F点射出至AA面止，其行程都相等。,双曲线的几何关系,顶点位置为z士a，x0，双曲线有两焦点为c和c,z,a,b,b,o,x,a,（2）双曲面的几何关系 在解析几何中，双曲线的标准方程为：,C,C,在双曲线上任一点P（z，x）的法线PN与CP延长线的夹角等于PN与PC的夹角；等于常数，即,(3)卡塞格林天线几何关系,C发射波到双曲面P点上，=,P1-P2=2a将C和双曲面的焦点重合，当辐射源放射在C后。相当于从C处发射。根据上述原理做成的天线叫卡塞格林天线。,反射波反向延长到C上相当于从C(F)点的发射波。,如果把双曲面的焦点C与抛物面的焦点F重合在一起，同时把辐射源放在C上，则,卡塞格林天线,抛物面天线的基本参数,(1)天线增益 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)=(D/)E有方向天线在空间某点(P点)产生的电场强度。E0无方向理想天线在某点(同一点P)产生的电场强度.A:天线口面积;D:抛物面反射器的口面直径24:无方向性天线的等效面积,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)为工作波长对应的频率。D(m)：为天线口面直径(m).(2)半功率角(3dB波束宽度)从主瓣向边偏离时，功率的辐射左右下降到一半点叫半功率点。天线的半功率角越小，能量集中程度越高。,(3)极化去耦,一个接收垂直极化波的天线，由于天线结构不均匀性，也能收到少量的水平极化波将这两部分功率之比称为该天线的极化去耦。极化去耦表示：x=10lg(p0/px)(dB)p0为正常(垂直)极化波的接收功率，px为异(水平)极化波的接收功率。x值越大，极化去耦效果越好,(4)防卫度,天线防卫度指天线对某主瓣方向的接收能力与相对于主瓣方向的偏90o或180o接收能力的衰减程度。防卫度=10lg(P主/P偏)。(5)电压驻波比电压驻波比：描述天线与馈线间连接匹配的程度。若驻波比小，(天线与馈线间的连接匹配越好)反射波越小,杂波越小。,移动无线网络演进中的天馈线改进方案,数字蜂窝通信系统中的新天线技术 天线阵 赋形波束天线技术 分集接收天线技术 3G移动通信系统中的天线 多天线收发技术 智能天线,5.4.3.3微波中继,微波站可分为微波端站，微波中继站和微波分站。主要都是由微波中继机、馈线、天线、铁塔等构成。可以分为：再生转接（基带式）、中频转接和微波转接三种。,5.4.4 微波传输系统的应用举例,其应用主要分为两大类：一类是以微波作为信息载体，主要应用在雷达、导航、通信、遥感等领域；另一类是利用微波能，主要用在微波加热、微波生物医学及电量非电量的检测等领域。而微波作为信息载体的微波传输系统的应用主要有PDH微波传输系统和SDH微波传输系统。目前，SDH微波传输系统是微波传输系统最典型的应用。,1.微波传输系统在电信网中的应用微波中继传输作为通信网的一种传输方式，可以同其他传输方式一起构成整个通信传输网，微波、光纤、卫星一体的传输组网方式。,微波传输系统在全网中位置,二微波传输系统在移动通信中的应用在移动通信系统中，微波传输可应用在两个地方：一是基站收发信台和基站控制器之间，二是基站控制器和移动交换机之间。,在某些复杂的地形情况下，特别是在敷设光缆或电缆困难的地域，一般采用微波传输更为方便。,小 结,无线信道是电波传播信道中的一大类，它是典型的变参信道，因为电波是在空间传播，因此会遇到大气层的各种影响。电波传播的方式主要有直射波传播、电离层反射波传播、地表面波传播、散射波传播、以及地面反射波传播。电波在自由空间中传播时不受阻挡，不产生反射、折射、绕射和吸收，但是，当电波经过一段路径传播之后，能量仍会受到衰减，这种电波扩散损耗就称为自由空间传播损耗。电波在传播过程中，媒质吸收使信号衰减，媒质的不均匀性、地貌地物的影响、多径传输等都会使信号畸变、衰落、或电波传播方向发生改变等现象。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。,惠更斯原理：一点源的振动可传递给邻近质点，使其成为二次波源。地面上的障碍物，如山头、森林、高大建筑物等可阻挡微波射线，使微波绕过障碍物向非接收方向传播，接收的微波信号便大大的减小。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。对流层中会形成云、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。由于大气折射的作用，使实际的电波传播不是按直线进行，而是连续折射弯曲的曲线，在这种情况下，引入“等效地球半径Re”概念。引入Re后，便可把电波仍视为直射线，而真正地球半径R等效为Re，此时电波不是在真实地球上传播，而是在等效地球上传播。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处处不变。,根据电波在大气层折射的轨迹即K值的大小，大气折射可分为无折射、负折射和正折射三大类。大气正折射有利于超视距传播。在微波传播过程中，电波会受到地面和大气的影响，我们要用费涅尔区解释阻挡物的影响，并且适当选择K值和余隙。电波传播路径的大气存在因素的影响，加上地面反射波的干涉，都会使收信点场强(或电平)不断起伏变化。这种变化就称为信号的随机性。抗衰落一般采用分集接收技术和自适应均衡技术。,微波频段使用波长在1 mm 1 m，共有三个波段，其中110mm称为毫米波，110cm称为厘米波，10 cm1m称为分米波。具体应用是从低频往高频的方向发展。微波传输系统的显著特点是三方面，即“微波、多路、接力”。在微波传输系统里面天馈线系统占据着举足轻重的地位，其中卡塞格林天线是微波通信中应用最广的一种天线。微波通信是一种中继通信，主要的中继方式有再生转接（基带式）、中频转接和微波转接三种。微波中继传输作为通信网的一种传输方式，可以同其他传输方式一起构成整个通信传输网。在目前的实用移动通信系统中，微波传输得到了广泛的应用。,6、设发射天线和接收天线高度分别为25m和20m，等效地球半径Re为8500km，地球半径R0为6370km。试求两天线间视线传播的极限距离d0是多少km？7、若两相邻微波站A、B相距48km，反射点距A站18km和24km，求此两种情况下的地面突起高度h1和h2各是多少？若又考虑大气折射时的K值为4/3，再求上述两种情况下的等效地面突起高度he1和he2各是多少m？,