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1、微波系统的简介设备大成从目前使用的数字微波通信设备来看，分为直接调制式发信机（使用微波调 相器）和变频式发信机。中小容量的数字微波（480路以下）设备可以用前一种 方案。而中大容量的数字微波设备大多数采用变频式发信机，这是因为这种发信 机的数字基带信号调制是在中频上实现的，可得到较好的调制特性和较好的设备 兼容性。下面以一种典型的变频式发信机为例加以说明，如图所示。变频式发信机方框图由调制机或收信机送来的中频已调信号经发信机的中频放大器放大后，送到 发信混频器，经发信混频，将中频已调信号变为微波已调信号。由单向器和滤波 器取出混频后的一个边带（上边带或下边带）。由功率放大器把微波已调信号放 大
2、到额定电平，经分路滤波器送往天线。微波功放及输出功放多采用场效应晶体管功率放大器。为 了保证末级的线性工作范围，避免过大的非线性失真，常 用自动电平控制电路使输出维持在一个合适的电平。公务信号是采用复合调制方式传送的，这是目前数字微波通信中采用的一种 传递方式。它是把公务信号通过变容器实现对发信本振浅调频的。可见这种调制 方式设备简单，在没有复用设备的中继站也可以上、下公务信号。性能指标-工作频段从无线电频谱的划分来看，我们把频率为0.3GHz300GHz的射频称为微波频 率。目前使用的范围只有1GHz40GHz，工作频率越高，越能获得较宽的通频带 和较大的通信容量。也可以得到更尖锐的天线方向
3、性和天线增益。但是，当频率 较高时，雨、雾及水蒸气对电波的散射或吸收衰耗增加，造成电波衰落和收信电 平下降。这些影响对12GHz以上的频段尤为明显，甚至随频率的增加而急剧增加。目前我国基本使用2、4、6、7、8、11GHz频段。其中2、4、6GHz频段因电 波传播比较稳定，故用于干线微波通信，而支线或专用网微波通信常用2、7、8、 11GHz。当然，对频率的使用，还要经申请，由上级主管部门和国家无线电管理 委员会批准才行。-输出功率输出功率是指发信机输出端口处功率的大小。输出功率的确定与设备的用 途、站距、衰落影响及抗衰落方式等因素有关。由于数字微波的输出比模拟微波 有较好的抗干扰性能，故在要
4、求同样的通信质量时，数字微波的输出功率可以小 些。当用场效应晶体管功率放大器作末级输出时，一般为几十毫瓦到1瓦左右。-频率稳定度发信机的每个波道都有一个标称的射频中心工作频率，用f0表示。工作频 率的稳定度取决于发信本振源的频率稳定度。设实际工作频率与标称工作频率的 最大偏差值为Af,则频率稳定度的定义为/ol(3-1)式中 为频率稳定度。对于采用PSK调制方式的数字微波通信系统而言，若发信机工作频率不稳， 即有频率漂移，将使解调的有效信号幅度下降，误码率增加。对于PSK调制方式， 要求频率稳定度为1X10-55X10-6。发信本振源的频率稳定度与本振源的类型有关。近年来由于微波介质稳频振 荡
5、源可以直接产生微波频率，并具有电路简单、杂波干扰及热噪声较小的优点， 所以正在被广泛采用，其自身的频率稳定度可达到1X10-52X10-5左右。当用 公务信号对介质稳频振荡源进行浅调制时，其频率稳定度会略有下降。对频率稳 定度要求较高或较严格时，例如(15)X10-6，可采用脉冲抽样锁相振荡源等 形式的本振源。除上述三项主要指标外，对发信机还有其他一些细节的技术要求，这里不再 详述。设备组成数字微波的收信设备和解调设备组成了收信系统，这里所讲的收信设备只包 括射频和中频两部分。目前收信设备都采用外插式收信方案，如图所示。外差式收信机方框图上图是一个有空间分集接收的收信设备组成方框图，分别来自上
6、天线和下天 线的直射波和经过各种途径（多径传播）到达接收点的电波，经过两个相同的信 道，带通滤波器、噪声放大器、抑镜滤波器、收信混频器、前置中放，然后进行 合成，再经主中频放大器后输出中频已调信号。一种镜像抑制滤波器本方框图中画出的是最小振幅偏差合成分集接收方式。下天线的本机振荡源 是由中频检出电路的控制电压对移相器进行相位控制的，以便抵消上、下天线收 到多径传播的干涉波（反射波和折射波），改善带内失真，获得最好的抗多径衰 落效果。一种微波低噪声放大器为了更好的改善因多径衰落造成的带内失真，在性能较好的数字微波收信机 中还要加入中频自适应均衡器，使它与空间分集技术配合使用，可最大限度地减 少通
7、信中断的时间。图中的低噪声放大是神化镓场效应晶体管（FET）放大器，这种放大器的低 噪声性能很好，并能使整机的噪声系数降低。由于FET放大器是宽频带工作的，所以其输出信号的频率范围很宽，因此在 FET放大器的前面要加带通滤波器，其输出要加装抑镜像干扰的抑镜滤波器，要 求对镜象频率噪声的抑制度为1320dB以上。性能指标（一）-工作频率收信机是与发信机配合工作的，对于一个中继段而言，前一个微波站的发信 频率就是本收信机同一波导的收信频率，频段的使用参见前面有关发信设备主要 性能指标中的内容。-收信本振的频率稳定度接收的微波射频的频率稳定度是由发信机决定的。但是收信机输出的中频是 收信本振与收信微
8、波射频进行混频的结果，所以若收信本振偏离标称较多，就会 使混频输出的中频偏离标称值。这样，就使中频已调信号频谱的一部分不能通过 中频放大器，造成频谱能量的损失，导致中频输出信噪比下降，引起信号失真， 使误码率增加。对收信本振频率稳定度的要求与发信设备基本一致，通常要求（12） X10-5, 要求较高者为（15）X10-6。收信本振频率常采用同一方案，是两个独立的振荡源，收信本振的输出功率 往往比发信本振要小些。噪声系数数字微波收信机的噪声系数一般为3.57dB，比模拟微波收信机的噪声系数 小5dB左右。噪声系数是衡量收信机热噪声性能的一项指标，它的基本定义为:在环境温度为标准室温（17。0、一
9、个网络（或收信机）输入与输出端在匹 配的条件下，噪声系数NF等于输入端的信噪比与输出端的信噪比的比值，记作W 初（3-2）设网络的增益系数为O/巴；，输出端的噪声功率是输入端的噪声功率（被放大G倍）与网络本身产生的噪声功率两部分组成的，可写为以=月6琮用上面的关系式，可把公式（3-2）改写为=1+也(3-3)pq由公式（3-3）可以看出，网络（或收信机）的噪声系数最小值为1 （合0dB）。 NF=1，说明网络本身不产生热噪声，即4 =0，其输出端的噪声功率仅由输出端 的噪声源所决定。实际的收信机不可能NF= 1，即NF 1。式（3-3）说明，收信机本身产生的 热噪声功率越大，值越大。收信机本身
10、的噪声功率要比输入端的噪声功率经放 大倍后的值还要大很多，根据噪声系数的定义，可以说是衡量收信机热噪声性 能的一项指标。在工程上微波无源损耗网络（例如馈线和分路系统的波导元件）的噪声系数 在数值上近似于其真相传输损耗。对图所示的收信机（是由多级网络组成的）， 在FET放大器增益较高时，其整机的噪声系数可近似为 川F （踮）四（勇）+川丽（朋匚） 式中LW 为输入带通滤波器的传输损耗；嘛以氐为FET放大器的噪声系数。假设分路带通滤波器的传输损耗为1dB，FET放大器的噪声系数为1.52.5dB， 则数字微波收信机噪声系数的理论值仅为3.5dB，考虑到使用时的实际情况，较 好的数字微波收信机的噪声
11、系数为3.57dB。性能指标（二）-通频带收信机接收的已调波是一个频带信号，即已调波频谱的主要成份要占有一定 的带宽。收信机要使这个频带信号无失真地通过，就要具有足够的工作频带宽度， 这就是通频带。通频带过宽，信号的主要频谱成分当然都会无失真地通过，但也 会使收信机收到较多的噪声；反之，通频带过窄，噪声自然会减小下来，但却造 成了有用信号频谱成分的损失，所以要合理地选择收信机的通频带和通带的幅频 衰减特性等。经过分析可认为，一般数字微波收信设备的通频带可取传输码元速 率为12倍。对于fs = 8.448Mb/s的二相调相数字微波通信设备，可取通频带 为13MHz，这个带宽等于码元速率（二相调相
12、中与比特速率相等）的1.5倍，通 频带的宽度是由中频放大器的集中滤波器予以保证的。-选择性对某个波道的收信机而言，要求它直接受本波道的信号，对邻近波道的干扰、 镜象频率干扰及本波道的收、发干扰等要有足够大的抑制能力，这就是收信机的 选择性。收信机的选择性是用增益-频率（Gf）特性表示的。要求在通频带内增益足 够大，而且Gf特性平坦；通频带外的衰减越大越好；通带与阻带之间的过渡区 越窄越好。收信机的选择性是靠收信混频之前的微波滤波器和混频后中频放大器的集 中滤波器来保证的。-收信机的最大增益天线收到的微波信号经馈线和分路系统到达收信机。由于受衰落的影响，收 信机的输入电平在随时变动。要维持解调机
13、正常工作，收信机的主中放输出应达 到所要求的电平，例如要求主中放在75Q负载在输出250mV （相当于-0.8dBm）。 但是收信机的输入端信号是很微弱的，假设其门限电平为-80dBm，则此时收信机 输出与输入的电平差就是收信机的最大增益。对于上面给出的数据，其最大增益 为 79.2dB。这个增益值要分配到FET低噪声放大器、前置中放和主中放各级放大器，是 由它们的增益之和达到的。-自动增益控制范围以自由空间传播条件下的收信电平为基准，当收信电平高于基准电平时，称 为上衰落；低于基准电平时，称为下衰落。假定数字微波通信的上衰落为+5dB， 下衰落为-40dB，其动态范围（即收信机输入电平变化范
14、围）为45dB。当收信电 平变化时，若仍要求收信机的额定输出电平不变，就应在收信机的中频放大器内 设有自动增益控制（AGC）电路，使之当收信电平下降时，中放增益随之增大；收信电平增大时，中放增益随之减小。根据上面假定的数据，本例中AGC范围就 应为45dB。微波中继通信属于无线通信方式，其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。微波系统的天线介绍天线的主要特性（一）天线是微波收发信设备的
15、出入口，它既要将发信机的微波沿着指定的方向 放射出去，同时还要接受对方传来的电磁波并送到微波收信机。因此，天线性能 的好坏将直接影响到整个微波通信系统的正常运行。这里我们将对天线的性能指 标及要求作一介绍。-天线的方向性通常一副天线向各个方向辐射电磁波的能力是不同的，它沿各个方向辐射电 磁能量的强弱可用天线的方向系数来表示。所谓天线的方向系数是指在某点产生 相等电场强度的条件下，无方向性天线总辐射功率PF0与定向天线总辐射功率 PF的比值，常用D来表示，即天线方向性图尹 F （3-4）不难想象，定向天线沿各个方向辐射的电场强度是不相同的，因而定向天线 的方向系数也将随着观测点的位置不同而有所不同。其中方向系数最大的地方， 即辐射增强的方向，称主射方向。通常人们用天线的方向图来表示天线对各个方 向的方向系数大小，如图所示。由图可以看出，天线的方向性图像象花朵的叶瓣， 各叶瓣称为方向叶。处于主射方向的方向叶称为主叶，处于主叶反方向位置的方 向叶称为后叶，其他方向的方向叶统称为副叶。显然主叶的宽度越窄，说明天线 的方向性也好。天线方向性的好坏，工程上常采用半功率角和零功率角两个参量 来表示。所谓半功率角是指主叶瓣上场强为主射方向场强的1/7 2= 0.707时（即 功率下降1/2时），两个方向间的夹角，即为2。0.5；所谓零功率角是指偏离 主射方
