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1、微波通信原理,工程规划设计部,第一章 微波通信的基本介绍 第二章 微波通信的基本原理 第三章 微波调制方式 第四章 微波频率规划 第五章 微波中继站,微波通信原理,现代通信的主要手段,微波通信的基本介绍,统计资料显示，国外发达国家的微波中继通信在长途通信网中所占的比例高达以上。 美国为，日本为，法国为4。随着GSM，CDMA以及3G网络的兴建，微波设备在移动通信网络建设中的重要作用是不容忽视的。,微波通信在通信系统中的作用,微波通信的基本介绍,微波的定义,微波Microwave: 微波是一种电磁波，微波射频为300MHz300GHz，是全部电磁波频谱的一个有限频段。 微波一般称为厘米波。 根据
2、微波传播的特点，可视其为平面波。 平面波沿传播方向是没有电场和磁场纵向分量的，所以称为横电磁波，记为TEM波。有时我们把这种电磁波简称为电波。,微波通信的基本介绍,LF,MF,HF,VHF,UHF,SHF,EHF,Microwave,10Km,1Km,100m,10m,1m,10cm,1cm,1mm,f,30KHz,300KHz,3MHz,30MHz,300MHz,3GHz,30GHz,300GHz,红外线,可见光,工业和天电干扰，太阳黑子对微波通信影响较小,微波信号的频率范围,微波通信的基本介绍,Broadcasting,Maximum coverage One programme per
3、radio channel Applications: Radio (LW, MW, SW, FM); TV etc .,射频传输的两种基本形式,Microwave links,Radio beam One multiplex per radio channel Applications: Civiliars and military telecommunication networks,广播,点点视距微波,微波通信的基本介绍,通常把频率300MHz300GHz的射频无线信号称为微波信号 利用微波作为载体的通信称为微波通信 基带传输信号为数字信号的微波通信是数字微波通信 一般基带信号处理在中频
4、完成，再通过频率变换到微波频段 也可以在微波频段直接调制，但调制限于PSK 微波通信的理论基础是电磁场理论,微波通信,微波通信的基本介绍,第一章 微波通信的基本介绍 第二章 微波通信的基本原理 第三章 微波调制方式 第四章 微波频率规划 第五章 微波中继站,微波通信原理,几个基本概念 自由空间的电波传播 各种衰落及抗衰落技术 微波通信对设计的要求 干扰信号,微波通信的基本原理,电波的干涉及极化 矩形波导的场结构 惠更斯费涅耳原理 费涅耳椭球面 费涅耳区定义 费涅耳半径,几个基本概念,电波的干涉和极化,几个基本概念,矩形波导中H10模的场结构,a,H10模是波导中传输的电磁波主模，截至波长最长为
5、2a。 向左图那样放置波导，它的电力线与地面垂直。 所以这样的极化方式称垂直极化 VVertical H=Horizontal,b,几个基本概念,惠更斯费涅耳原理,几个基本概念,惠更斯费涅耳原理,光和电磁波都是一种振动，一个点源的振动传递给邻近的质点后，就形成了二次波源、三次波源等等。 如果点源发出的波是球面波，那么由点源形成的二次波前面也是球面波、三次、四次.波前面也是球面波。 在微波通信中，当发信天线的尺寸远小于微波中继距离时，可将发射天线看成是一个点源。,几个基本概念,互易定理的概念: 指出，在线性和各向同性的媒质中，任何无线电路上，当发射天线互换时，不会影响电路的传输特性，或者发射机移
6、到接收点，而接收机同时移到发射点时，则接收性能，不变。 根据这个原理，对流层是电波的主要传输媒质空间，它就是具有线性和各向同性的媒质，因此在其中就可以减化工程计算。,惠更斯费涅耳原理,几个基本概念,费涅耳椭球面,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。 对于电波传播，这个常数当为d+/2时，得到的椭球面称为第一费涅耳椭球面；常数为d+2/2时，得到的椭球面称为第二费涅耳椭球面. 常数为d+N/2时，得到的椭球面称为第N费涅耳椭球面.,几个基本概念,d1,d2,d,
7、d1 + d2 - d = l/2,第一费涅耳椭球面:,几个基本概念,费涅耳椭球面,费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition),几个基本概念,The signal power is distributed in the space surrounding the direct line of sight,Line of sight,费涅耳区 The Fresnel Zone: 如果前述定义的一系列费涅耳椭球面，与我们从T或R点出发认定的某一波前面相交割，在交割的界面上我们就可以得到一系列的圆和环，中心是一个圆，称为第一费涅耳区。 其外的圆环（外圆减内圆得到的圆环）称
8、为第二个费涅耳区，再往外的圆环称为第三费涅耳区、第四费涅耳区. 第N费涅耳区。 这些圆和环我们可以把它们近似地看成，都为在垂直于地面且垂直与T与R间射线的平面区域图形。,The First Fresnel Zone,几个基本概念,费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition),The First Fresnel Zone,1st zone,几个基本概念,费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition),1st zone +,The Second Fresnel Zone,The signal power is distributed in the
9、space surrounding the direct line of sight,Line of sight,几个基本概念,费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition),2nd zone,1st zone,The Second Fresnel Zone,几个基本概念,费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition),The signal power is distributed in the space surrounding the direct line of sight,The Third Fresnel Zone,几个基本概念,费涅耳
10、区定义(The Fresnel Zone Definition),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； 由第一非涅耳区在接收点的场强,接近于全部有贡献的非涅区在接收点的自由空间场强的2倍; 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:,几个基本概念,费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition),费涅耳半径,费涅耳半径 The Fresnel Radius: 我们把费涅区上的任
11、意一点到R-T连线的距离称为费涅耳区半径，用F 表示。 当这一点为第一费涅耳区上的点时，此半径称为第一费涅耳区半径。 第二.第N 个费涅耳区半径表达式：Fn= (n)1/2 x F1 上式中：F1为第一费涅耳半径。,几个基本概念,费涅耳半径(The Fresnel Radius),F1=（d1d2/d）1/2 F2=（2d1d2/d）1/2 = (2)1/2 F1 . Fn=（nd1d2/d）1/2 = (n)1/2 F1,几个基本概念,d1,d2,d,d1 x d2,f x d,rF = =17.3 x,rF in meter d, d1, d2 in km f in GHz,rF,The
12、First Fresnel Radius,C xd1 x d2,f x d,几个基本概念,费涅耳半径(The Fresnel Radius),几个基本概念 自由空间的电波传播 各种衰落及抗衰落技术 微波通信对设计的要求 干扰信号,微波通信的基本原理,自由空间的定义 自由空间损耗的定义 自由空间损耗的计算,自由空间的电波传播,自由空间的定义,自由空间 Free Space: 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=0，介电常数=0=10-9/36 F/m(法拉/米)，导磁系数=0=410-7 H/m （亨/米）。,自由空间的电波传播,自由
13、空间损耗的定义,自由空间损耗 Free space loss: 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，即总能量未被损耗。 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,Free Space Loss,d,f,D 或 f 增加一倍，损耗将增加6 dB,自由空间传输损耗(Free Space Basic Transmission Loss ),自由空间的电波传播,自由空间传输损耗(Free Space Basic
14、Transmission Loss ),PowerLevel,Distance,GTX,GRX,G,P,G,自由空间的电波传播,几个基本概念 自由空间的电波传播 各种衰落及抗衰落技术 微波通信对设计的要求 干扰信号,微波通信的基本原理,衰落 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 数字微波的抗衰落技术,各种衰落及抗衰落技术,衰落,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
15、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,衰落,快衰落Rapid fading和慢衰落Slow fading(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Up fading和下衰落Down fading(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
16、叫下衰落 多径衰落Multipath fading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。结果它们在接收点的合成振幅变化很小，对主波影响不大，因此，这种衰落对视距微波接力电路的稳定性影响不大。 多径衰落：主要是由于多径传播造成的，它是视距传播信道深衰落的主要原因。所谓多径传播，就是电波离开发射天线后，通过两条以上的不同路径到达接收天线的传播现象。,各种衰落及抗衰落技术,衰落的种类,衰落,衰落现象规律: 波长短，距离长，衰落严重 跨水面，平原，衰落严重 夏秋季衰落频繁 昼夜交替时，午夜容易出现深衰落 雨过天晴及雾散容
