第五章 微波通信

6.3微波通信6.3微波通信6.3.1微波通信的发展6.3.2数字微波中继通信系统6.3.3微波通信的应用现状6.3.1微波通信概述1.微波通信（微波中继通信）的概念利用微波作为载波,采用中继（接力）方式在地面上进行的无线电通信。微波中继通信系统微波频段的波长范围为lm～1mm，频率范围为300MHz～300GHz，波段波长范围频率范围波段名称分米波1m～10cm0.3～3GHz特高频(UHF)厘米波10cm～1cm3～30GHz超高频(SHF)毫米波1cm～1mm30～300GHz极高频(EHF)微波波段划分如下:微波最常用的通信的频率范围：1GHz～40GHz,目前微波系统的工作上限只到50GHz，在60GHz遇到了氧气所吸收。微波波段的代号及对应的频率范围波段频率范围(GHz)波段频率范围(GHz)UHF0.30～1.12Ka26.50～40.00L1.12～1.70Q33.00～50.00LS1.70～2.60U40.00～60.00S2.60～3.95M50.00～75.00C3.95～5.85E60.00～90.00XC5.85～8.20F90.00～140.0X8.20～12.40G140.0～220.0Ku12.40～18.00R220.0～325.0K18.00～26.502.微波通信主要有两种方式：地面微波接力通信和卫星通信。长途通信时必须采用中继方式（建立多个中继站）A、B两地间的远距离地面微波中继通信系统的中继示意如图所示地面微波接力示意图3.微波中继通信主要用来传送（微波中继通信主要用途有那些？）长途电话信号短波通信设备一般只能容纳几个话路同时工作，而一套微波设备可容纳几千个话路同时工作。宽频带信号(如电视信号)、数据信号、移动通信系统基地站与移动业务交换中心之间的信号等，还可用于通向岛屿等特殊地形的通信。对于地面上的远距离微波通信，采用中继方式的直接原因有两个：首先是因为微波波长短，具有视距传播特性，而地球表面是个曲面，因此若在通信两地直接通信，当通信距离超过一定数值时，电磁波传播将受到地面的阻挡，为了延长通信距离，需要在通信两地之间设立若干中继站（一般只有50km左右，如果中继站采用100m高的天线塔，则接力距离可增大到100km），进行电磁波转接。其次是因为微波传播有损耗，随着通信距离的增加信号衰减，有必要采用中继方式对信号逐段接收、放大后发送给下一段,延长通信距离。6.3.2微波通信的发展1931年，在英国多佛与法国加莱之间建起了世界上第一条微波通信电路，使无线电通信技术进入了一个新时代19世纪30年代中期第一个商用的模拟无线通信系统，工作在VHF甚高频段，采用AM调制技术，传输12路频分复用的模拟话音信号。40年代出现了UHF特高频段的军用无线中继通信系统数字微波通信起步于50年代，1947年贝尔研究所研制了数字微波中继通信系统TD-2。经过了20多年的历史，直到70年代初，才完成小容量、低频段的通信系统。1951年，美国纽约——旧金山成功开通了商用的微波通信线路，工作在4GHz频段，能承载480路的模拟话音60年代，数字微波通信得到发展70年代末出现了商用数字微波系统70年代末数字微波通信得到了迅速发展，形成了一个完整的技术系统。80年代，数字微波通信系统的传输效率大大提高，系统容量达400Mbit/s90年代出现了基于SDH的数字微波通信系统我国自1956年从东德引进第一套微波通信设备以来，经过仿制和自发研制过程，取得了很大的成就，在当今世界的通信革命中，微波通信仍是最有发展前景的通信手段之一。在1976年的唐山大地震中，在京津之间的同轴电缆全部断裂的情况下，六个微波通道全部安然无恙。1998年的长江中下游的特大洪灾中，微波通信又一次显示了它的巨大威力。6.3.3微波通信的应用现状1.微波通信应用现状在光纤通信研究未取得实质性成果以前，世界各国均拟将微波通信作为通信网的主干传输手段，并大力发展微波通信。例如，我国在60年代组织了“6401微波通信攻关”项目，随后在全国建立了20000km多的模拟微波通信。到20世纪80年代，由于光纤通信投入使用，拟选中的微波通信的主干地位受到了挑战，目前正让位给光纤通信。但仍然是现代通信的四大支柱之一。6.3.3微波通信的应用现状现在数字微波在通信系统中的主要应用场合如下：(1)干线光纤传输的备份及补充(2)省内电信传输支线，专用网等领域方面(3)市内的短距离支线连接方面(4)微波的新兴应用和开发：微波被用来加速用户接入的部署和降低成本。目前利用微波系统有两种技术来支持未来的宽带业务接入。•多信道多点分配系统（MMDS）：主要用于数字电视系统•本地多点分配业务（LMDS，多点视频分配业务）6.3.4数字微波中继通信系统1.数字微波中继通信线路可以是一条主干线,中间有若干支线,其主干线可以长达几千公里,除了在线路末端设置微波终端站外，还在线路中间每隔一定距离设置若干微波中继站和微波分路站。数字微波通信线路2.数字微波通信系统基本设备构成最基本的数字微波通信系统设备：用户终端、交换机、终端复用设备、微波站等组成。设备组成3.数字微波站按工作性质不同，可分成数字微波终端站数字微波中继站数字微波分路站微波终端站微波站的主要设备包括微波发信设备：微波收信设备、微波天线馈电设备、电源设备、监测控制设备等。（1）微波收发信机发信机工作频段：微波中继工作频段范围很宽，•对于较长距离的微波中继，其主要工作频段是1.7-12GHz，12GHz以上频段目前使用不多。•我国选用2，4，6，8，11作为微波通信的主要工作频段，其中2，4，6GHz频段主要用于干线微波中继，2，7，8，11GHz主要用于支线或专用网。上变频器：将中频信号变换成射频信号高功率放大器滤波器收信机低噪声放大器：将接收的微弱信号予以放大下变频器：将射频信号变换成中频信号中频放大器中频滤波器（2）天线馈电系统天线馈电系统由馈线、双工器及天线组成。基本作用：将发射机送来的射频信号变成定向（对准卫星）辐射的电磁波；同时，收集微波站（或卫星）发来的电磁波，送到接收设备。通常，微波站（地球站）天线是收发共用的，因此要用双工器。双工器：双工器位于天线与馈线之间，起传输和分离收发信号的作用。从双工器到收发信机之间，有一定长度的馈线连接。馈线：馈线将高功率微波射频信号传输到双工器有同轴电缆型和波导型两种。一般在分米波波段采用同轴电缆馈线，在厘米波波段因同轴电缆损耗较大，故采用波导馈线。波导馈线又分为圆波导馈线和矩形波导馈线。微波中继通信中，无线电波的收和发是由天线来完成的。即微波发信机输出的信号通过馈线（同轴电缆或波导）送至天线，由天线向对端发射无线电磁波，或由天线接收对方发射来的无线电磁波，并通过馈线送往微波收信机。由此可见，微波天馈线系统是构成微波通信系统的一个重要组成部分。天线：发射无线电波微波的天线的类型很多，其基本形式有：角反射天线抛物面天线目前常用的是一种从标准抛物面天线演变而来的卡塞格伦天线卡塞格伦天线是根据卡塞格伦望远镜的原理研制的。它由馈源、主反射器和副反射器构成，主反射面为旋转抛物面，抛物面中心置初级辐反射器(馈源：是一个喇叭天线）副反射面为旋转双曲面•双曲面的两个焦点，一个与主反射面的焦点重合，馈源放在双曲面的另一个焦点上。卡塞格伦天线卡塞格论天线发射时，大功率的微波信号能量从馈源辐射出来，首先投射到副反射器上。副反射器把信号的能量反射回来．射向主反射器。主反射器再次对信号的能量进行反射，变成平行波束射向卫星。接收时，由卫星转发来的微波信号投射到主反射器上，主反射器把信号的能量反射回来．射向副反射器。副反射器再次对信号的能量进行反射，变成平行波束射向馈源后由馈线设备送至接收机。由于馈源位于主反射器的顶点附近，从而使馈线短且能安装得较稳定，因而有助于形成指向准确的高增益窄波束天线。同时地面噪声不易进人馈源而形成干扰。卡塞格伦天线4.数字微波中继通信系统工作过程数字微波通信系统的工作过程工作过程——以电话为例声/电转换（交换机）时分复用微波发射机调制到中频变频中继接收端有线数字电视的机顶盒起什么作用机顶盒(SetTopBox，简称STB)是一种扩展电视机功能的一种新的家用电器，由于人们通常将它放在电视机上边，所以称为机顶盒。目前市场上销售的电视机和“数字电视机”都只能接收模拟电视信号，也就是传统的电视信号，而有线数字电视传输的数字信号。机顶盒是可以将数字电视信号转换成模拟信号的变换设备，它对经过数字化压缩的图像和声音信号进行解码还原，产生视频和声音信号，再传输到电视机或其它影音设备，给观众提供高质量的电视节目。