微波通信原理

四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.Ltd学完本次课程后，你应当能够知道：微波通信常用的频段信道的划分方法常用的调制方式不同调制方式与容量下所需要的带宽常用的极化方式自由空间传播损耗费涅耳区半径大气折射的原因与种类各种衰落机理抗衰落技术K值在微波规划中的意义本次课程目标四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.LtdLFMFHFVHFUHFSHFEHFMicrowave10Km1Km100m10m1m10cm1cm1mmf30KHz300KHz3MHz30MHz300MHz3GHz30GHz300GHz红外线可见光目前在微波通信中，主要用到的频率是从5G-38G,国内也有用2.4G卫星通信目前用得较多的是C频段(上行5.9～6.4GHz，下行3.7～4.2GHz)和Ku频段(Ku频段14／12GHz).9GHz主要用于雷达及气象3.5GHz和10.5GHz留给军方使用。微波信号的频率范围四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.Ltd微波频段设置四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.Ltd微波的调制•对数字基带信号的调制过程用数学方法可简单表示成：•在PDH微波系统中主要采用PSK调制方式，4PSK(4QAM)及8PSK，也有采用多值正交调幅（MQAM）技术的，如16QAM；在SDH微波系统中，最广泛采用的是多值正交调幅（MQAM）技术，常用32QAM，64QAM或128QAM及512QAM等调制方式；QAM调制的频带利用率比较高。•PSK占用的带宽宽，抗干扰能力强。•QAM占用带宽窄，抗干扰能力弱。四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.Ltd调制方式与占用带宽容量调制方式占用带宽4E116QAM3.5QPSK78E116QAM7QPSK1416E116QAM14QPSK28STM-1128QAM28如有特殊情况，在各厂家的设备文件中能查到四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.Ltd抵消增强Pd1d2干涉强弱决定于d1-d2=mλ/2AB当m为偶数时增强；当m为奇倍时减弱。入射面地面入射面地面EEZZEYEXZXYXYEYEXZ圆极化波、椭圆极化波水平线极化波垂直线极化波电波的干涉和极化四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.Ltd矩形波导中的场结构与极化方式在通常的微波系统中，天线与合路器的接口都是矩形，H10模是波导中传输的电磁波主模，截至波长最长为2a。上图那样放置波导，它的电力线与地面垂直。这样的极化方式称垂直极化，下图为水平极化V＝VerticalH=Horizontalabab四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.Ltd合路器与天线接口样例波导四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.LtdODU安装方式分离式安装四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.Ltd费涅耳椭球面1.假定有一个微波中继段发信点为T，收信点为R，站间距为d，平面上一个动点P到两个定点（T、R）的距离若为一个常数，则此点的轨迹为一个椭圆。在空间此动点的轨迹是一个旋转椭球面。2.对于电波传播，这个常数当为d+λ/2时，得到的椭球面称为第一费涅耳椭球面；常数为d+2λ/2时，得到的椭球面称为第二费涅耳椭球面......常数为d+Nλ/2时，得到的椭球面称为第N费涅耳椭球面.四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.LtdTR无限大平面s1s2s3sns1s2s3sn无限大平面任意费涅尔区的划分示意图d1d2oF1F2F3FN费涅耳区定义(TheFresnelZoneDefinition)四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.Ltd•经有关研究知道：在电波的传播空间中，在接收点的合成场强，当费涅耳区号趋近于无限多时，就接近于自由空间场强；•相邻费涅耳区在收信点处产生的场强的相位相反；•若以第一费涅耳区为参考,则奇数区产生的场强是使接收点的场强增强,偶数区产生的场强是使接收点的场强减弱。非涅耳区的能量分布四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.Ltdd1d2dd1xd2fxdrF==17.3xrFinmeterd,d1,d2inkmfinGHzrFTheFirstFresnelRadiusCxd1xd2fxd费涅耳半径(TheFresnelRadius)四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.Ltd大气折射（refractionintheatmosphere）•依据波在大气中折射原理,无线波束是弯曲的,通常是向下弯曲(Duetorefractionintheatmospheretheradiobeamisbent,normallyslightlydownwards)•弯曲影响是通过K型因子来表示(Thebendingeffectisdescribedbythek-factor)•K=4/3是标准大气(k=4/3correspondstothe“standard”atmosphere)对流层对微波传播的影响四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.Ltd微波传播(MicrowavePropagation)k1正折射k=1无折射k1负折射对流层对微波传播的影响四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.Ltd下图中的：U--表示电波传播的速度，n—表示折射系数，n=c(光波)/U(电波）电波实际方向电波发射方向电波实际方向电波发射方向波前波前波前波前υυυυ小大小大（n图10受大气折射影响的电波轨迹变化（n大）（n小）小）（n大）传播路径受大气的影响:对流层对微波传播的影响大气密度四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.Ltd传播路径受大气分层的影响对流层对微波传播的影响四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.Ltdk=4/312/3Trueearthradius(r)Groundclearance2/34/31k=Groundclearance等效地球半径在温带地区称K=4/3时折射为标准折射，此时的大气称为标准大气压,Re=R*4/3称为标准等效地球半径对流层对微波传播的影响等效地球半径Equivalentearthradius(r·k)四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.Ltd费涅耳半径与大气折射的体现四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.Ltd自由空间的衰减实际传输的附加衰减微波传输过程中的衰减四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.LtdP=功率(TXRXPower)PTXPowerLevelDistanceGTXGRXPRXG=天线增益(AntennaGain)A0A0=自由空间损耗(FreeSpaceLoss)M接收门限(ReceiverThreshold)M=衰落储备(FadingMargin)GPG微波传输过程中的衰减四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.Ltd自由空间FreeSpace:又称为理想介质空间，它相当于真空状态的理想空间。在这个空间中充满均匀的、理想的介质，它的导电率σ=0，介电常数ε=ε0=10-9/36πF/m(法拉/米)，导磁系数μ=μ0=4π×10-7H/m（亨/米）。在自由空间传播的电磁波不产生反射、折射、吸收和散射等现象，总能量不衰减。但电波在自由空间传播时，会因能量向空间扩散而衰耗，这如空中一只孤独的灯泡所发出的光，均匀地向四周扩散。显然距离光源越远的地方，单位面积上的能量就越少。这种电波的扩散衰耗就称为自由空间损耗。自由空间的电波传播四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.LtdFreeSpaceLossA=92.4+20logd+20logfWhered=distanceinkmf=frequencyinGHz(refertoisotropicantennas)0dfd或f增加一倍，损耗将增加6dB自由空间传输损耗(FreeSpaceBasicTransmissionLoss)四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.Ltd•K型衰减•大气吸收衰减•雨雾衰减•对流层对微波传播的影响•地面反射对微波传播的影响实际传输的附加衰减四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.Ltd衰落的定义:微波传播必须采用直射波，接收点的场强是直射空间波与地面反射波的迭加。传播介质是地面上的低空大气层和路由上的地面、地物。当时间（季节、昼夜等）和气象（雨、雾、雪待）条件发生变化时，大气的温度、温率、压力和地面反射点的位置、反射系数等也将发生变化。这必然引起接收点场强的高低起伏变化。这种现象，叫做电波传播的衰落现象。显然，衰落现象具有很大的随机性。衰落的大小仍由衰落因子VdB来表征，衰落的原因主要归结为大气和地面效应。各种衰落及抗衰落技术四川通信科研规划设计有限责任公司SichuanCommunicationResearchPlanning&DesigningCo.Ltd快衰落Rapidfading和慢衰落Slowfading(按持续时间划分):慢衰落：持续时间长的叫慢衰落，其持续时间一般长达数分种到几小时。快衰落：持续时间短的叫快衰落，一般发生在几秒到几分钟之间。上衰落Upfading和下衰落Downfading(按接收点场强的高低划分):上衰落：高于自由空间电平值的叫上衰落下衰落：低于自由空间的电平值的叫下衰落多径衰落Multipathfading和闪烁衰落(按衰落发生的物理成因划分):闪烁衰落：主要是因为大气局部微小扰动引起电波射束散射所造成，各散射波的振幅小，相位着大气变化而随机变化。结