天线微波通信系统的基本结构
微波通信系统的天线设计和性能分析
微波通信系统的天线设计和性能分析微波通信系统是指频率在1GHz至30GHz之间的通信系统，它被广泛应用于卫星通信、雷达、无线电等多个领域。
在微波通信系统中，天线是实现无线电信号的传输和接收的关键组件之一。
本文将介绍微波通信系统中天线的设计和性能分析。
一、微波通信系统中的天线设计1.天线的基本原理天线是电磁波的发射和接收器件，它将电流转换为无线电磁波并将无线电磁波转换为电流。
在微波通信系统中，天线的设计要根据频率要求、辐射参数以及实际应用环境等方面进行考虑。
2.天线的结构和特性微波通信系统中使用的天线主要有微带天线、束流天线、全向天线和定向天线等。
它们在结构和性能上具有不同的特点，如微带天线适用于小型化设备，全向天线适用于需要广泛覆盖区域的场合，定向天线适用于长距离传输、高速传输及对信号抗干扰要求高的场合等。
3.微波天线的设计步骤微波天线的设计步骤一般分为以下几个步骤：（1）确定工作频带和相关性能指标，如工作频率、辐射功率、辐射方向等。
（2）选择适当的天线类型，如微带天线、束流天线、全向天线或定向天线等。
（3）优化天线的结构参数，如天线的长度、宽度、形状和材质等。
（4）进行天线的仿真和分析，如使用电磁场仿真软件进行仿真和分析。
（5）制作天线并进行测试和调试，如使用矢量网络分析仪进行测试和调试，确保天线达到设计要求。
二、微波通信系统中天线性能分析1.天线的增益和方向图天线的增益是用来衡量天线向特定方向辐射电磁辐射能力的一个参数。
方向图是衡量天线辐射方向和辐射功率分布的参数。
2.天线的匹配和带宽天线的匹配性能是指天线能够将信号源的输出阻抗与空气中的阻抗之间实现良好的匹配的能力。
带宽是指天线能够在整个工作频率带内达到较好的性能。
3.天线的功率承受能力和辐射效率天线的功率承受能力是指天线能够承受的最大辐射功率。
而辐射效率是指天线的电磁能转化为辐射能的比例。
4.天线的抗干扰和误码率天线的抗干扰能力是指天线在受到干扰时所表现出的抵抗能力。
数字微波通信系统的组成
数字微波通信系统的组成数字微波通信系统是一种高速、高质量、可靠的通信系统，由多个部分组成。
这篇文章将从以下几个方面介绍数字微波通信系统的组成。
一、数字微波通信系统的基本概念数字微波通信系统是指利用无线电波进行数字信息传输的通信系统。
它包括发射机、接收机和传输介质三部分。
二、数字微波通信系统的组成1. 发射机发射机是数字微波通信系统中非常重要的一个部分，它主要由以下几个部分组成：（1）调制器：调制器是将需要传输的信息转换为无线电频率上的模拟信号，常见的调制方式有幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）等。
（2）功率放大器：功率放大器将低功率模拟信号转换为高功率模拟信号，以便能够在传输过程中保持稳定的信号强度。
（3）频率合成器：频率合成器可以产生所需的无线电频率，并将其输出到天线上进行发射。
2. 传输介质在数字微波通信系统中，传输介质主要指天线和空气。
天线是将无线电信号从发射机传输到接收机的介质，而空气则是天线所在的媒介。
3. 接收机接收机是数字微波通信系统中另一个非常重要的部分，它主要由以下几个部分组成：（1）天线：天线将从发射机传输过来的无线电信号接收下来，并将其转换为电信号。
（2）低噪声放大器：低噪声放大器将接收到的低功率电信号转换为高功率电信号。
（3）解调器：解调器将接收到的模拟信号转换为数字信号，以便能够进行后续处理和应用。
4. 控制系统控制系统是数字微波通信系统中一个非常重要的组成部分，它主要用于控制和监测整个通信系统的运行状态。
控制系统包括以下几个部分：（1）时钟和定时器：时钟和定时器用于同步整个通信系统中各个部件之间的工作状态。
（2）故障检测和报警装置：故障检测和报警装置可以及时检测出通信系统中出现的故障，并向操作人员发出相应的警报信息。
（3）远程监控装置：远程监控装置可以通过网络远程监控整个数字微波通信系统的运行状态，并进行相应的调整和控制。
三、数字微波通信系统的应用数字微波通信系统在现代社会中得到了广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 电视广播数字微波通信系统可以将电视信号传输到各个地方，以便人们观看不同的电视节目。
微波通信原理--1
分体式微波设备系统结构
避雷器
ODU
ODU的接地线应接到铁塔的角钢上， 其接地电阻小于10欧姆 接地装置
地线的接地电阻应小于10欧姆
铁塔的接地电阻应小于10欧姆 接地电阻小 于10欧姆 同轴电缆
IDU
地气
IDU的接地
拉线塔
抛物面天线
增益：
Ga=20lgDa+20lgf+20.4+10lgηA Ga为天线增益(dB)； Da为天线口径(m)； f为工作频率(GHz)； ηA为天线效率，可取50%～70%。 实例: D＝0.6M F=13GHz G=35dBi (VHP2-130,35.5dBi)
1.2.1 普通无线电波波段的划分
波段名称
超长波 长波 中波 短波 超短波
波长范围
105～ 104 m 104～ 103 m 103～ 102 m 102～ 10 m 10 ～ 1 m
频率范围
3k～30k Hz 30k～300k Hz 300k～3M Hz 3M～30M Hz 30M～300M Hz
高频段可以做 用户级传输
越高频段雨衰 越厉害！！
衰落的一般特性
1、波长越短、距离越长，衰落越严重 2、夜间比白天严重，夏季比冬季严重 3、晴天，宁静天气比阴天、风雨天气时严重 4、水上电路比陆上电路严重 5、平地电路比山区电路严重
工作频段用途 频率 用途
7Ｇ
８Ｇ 13G １５Ｇ １８Ｇ ２３Ｇ ２６Ｇ ２８Ｇ
衰落类型
1.多径衰落 2. K型衰落 3.波导型衰落 4.雨衰
• 多径衰落 由 • 于折射波，反射波，散射波等多途径传播引起的衰落。多径衰落周期较短 一般为几秒。多径衰落又叫频率选择性衰落。合成波的电平比正常传输低称 为下衰落，比正常传输高称为上衰落。
天线和微波技术中的天线类型介绍
天线和微波技术中的天线类型介绍天线是通信领域中广泛使用的一种设备，用于收发无线电波信号。
在微波技术中，天线的类型多种多样，每一种天线都有其独特的优点和适用场景。
本文将介绍几种常见的天线类型，在简要介绍其原理和特点的同时，还将探讨其在不同的应用领域中的应用。
一、偶极天线偶极天线是最基本和最常用的天线类型之一。
其结构简单，通常由一对互相对称的导体构成。
偶极天线主要用于接收和发射无线电波，其工作频率范围广泛，从几千赫兹到数百吉赫兹不等。
偶极天线的优点是易于制造，而且天线本身不需要进行特殊的解耦设计。
这使得它成为了无线通信和广播领域的理想选择。
二、方向性天线方向性天线是一种具有明确辐射方向的天线类型。
它主要通过限制天线在特定方向上的辐射能量，以便更好地集中信号。
方向性天线常用于无线通信系统中，用于增加信号传输的距离和强度。
基于不同的设计原理，方向性天线可以分为常见的两种类型：定向天线和定向性天线。
定向天线通过定向辐射辐射能量，以便将信号集中在特定区域内。
而定向性天线则可以通过电子调谐和信号处理技术，自动跟踪信号源的方向。
三、扩束天线扩束天线是一种通过集中信号辐射以提高天线增益的天线类型。
它主要通过在发射和接收器之间添加反射器和透镜等装置来实现辐束。
扩束天线的应用非常广泛，例如在雷达系统中用于提高目标探测和跟踪的准确性，或者在卫星通信系统中用于增加信号传输的距离和质量。
四、天线阵列天线阵列是由多个天线单元组成的天线系统。
它通过联合操作单个天线单元，以实现更大的增益、更高的信噪比和更好的指向性。
天线阵列的设计复杂度相对较高，但是其在无线通信、雷达、卫星通信和航空导航等领域中的应用价值巨大。
五、微带天线微带天线是一种以微带线和介质基片作为支撑结构的天线。
其结构紧凑、制造成本低廉，被广泛应用于卫星通信、无线电频段标签系统和手机通信等领域。
微带天线具有宽带性能、较好的辐射特性和方便的制造工艺，是当今天线设计的热点研究领域之一。
微波天线原理
微波天线原理
微波天线原理是基于电磁波的传播和辐射原理。
微波天线通过在空间中产生并辐射电磁波来实现与外界的通信。
微波天线的基本结构包括导体元件和支撑结构。
导体元件一般由金属材料制成，通过电磁波的传导和辐射来实现与外界的通信。
导体元件的形状和尺寸决定了其在特定频率下的辐射特性。
微波天线的工作原理是利用导体材料中的自由电子在外加电场的作用下进行振荡和辐射电磁波。
当高频电流通过导体元件时，导体中的自由电子将开始振荡并辐射电磁波。
这些振荡的电子形成了电流的环流，从而在周围空间中产生电磁波。
微波天线的辐射特性可以通过其形状和尺寸进行调节。
例如，天线的长度和宽度可以决定辐射电磁波的频率范围和方向性。
此外，通过对导体元件的设计和优化，可以实现天线的高增益、低失真和高效率。
微波天线的辐射功率与输入功率之间的关系可以通过驻波比来描述。
驻波比是指输入功率和反射功率之间的比值。
当驻波比较小时，天线的辐射效率较高。
因此，优化天线的设计和匹配电路可以最大限度地提高天线的性能。
总之，微波天线利用导体元件的振荡和辐射原理来产生和辐射电磁波，从而实现与外界的通信。
通过优化天线的设计和匹配电路，可以提高天线的效率和性能。
1微波系统组成
一、 微波系统的组成 1、总论微波通信系统是基于视距传播的通信系统，两站间的距离必须在视线范围之内。
The radio link propagation follows the line of sight: it requires a perfect clearing between transmitting The non homogeneity of the atmosphere influences the waves propagation:and receiving antennas. The propagation medium is made of the lower layers of the atmosphere (a few meters to a few hundred of meters above ground)1°) Path curvature2°) Reflecting, diverging, focusing intermittent events微波频段特点：1）. 短波, 直线传输（视距传播），高频段 2）、自由空间损耗3）、反射、直射、绕射、散射 4）、衰落、干扰l 10Km 1Km 100m 10m 1m 10cm 1cm 1mm f 30KHz 300KHz 3MHz 30MHz 300MHz 3GHz 30GHz 300GHz2、 微波站的种类：终端站、分路站、枢纽站、中继站。
终端站： 处于线路两端或分支线路的终点的站。
分路站：处在线路中间，除了可以在本站上、下某收、发信波道的部分之路外，还可以沟通干线上两个方向之间通信的站。
枢纽站：处在干线上，需完成数个方向的通信任务。
中继站Relay station ：处在线路中间不上下话路的站。
中继站应尽量少。
(a) (b)直射波传播 (c) 地波传播 (d) 散射传播 (e)天波传播 (电离电离层地波散射体(b)(c)(d)(e)(a)(f)终端站中继站枢纽站分路站3、微波站的组成（1）微波站由天线、收发信机(ODU)、室内单元(IDU)、同轴电缆(IDU及ODU 间的互连)、网管系统（可选）等组成。
微波通信系统的原理
微波通信系统的原理
微波通信系统是一种利用微波频段进行通信的无线通信系统。
其原理是利用发射端将信息信号转换成微波信号，通过空气传输到接收端后再将微波信号转换为信息信号。
微波通信系统主要由三个部分组成：发射端、传输介质和接收端。
发射端：发射端主要由调制器、放大器、天线和发射机构等组成。
调制器将信息信号转换为高频电压变化，放大器将电压变化放大到一定程度，天线将电压变化转换为电磁波并向空间辐射，发射机构则控制整个系统的启动和停止以及输出功率的大小。
传输介质：传输介质指微波在空气中的传输。
由于微波具有高频率、短波长和直线传播等特点，因此在空气中的衰减非常小，可以实现远距离通信。
接收端：接收端主要由天线、放大器、检测器和解调器等组成。
天线接收到经过空气传输的微波信号，并将其转换为电压变化；放大器对电压变化进行放大；检测器检测出电压变化的大小和频率，并将其转换为信息信号；解调器将调制信号还原为原始信息信号。
微波通信系统具有传输速度快、传输距离远、抗干扰能力强等优点，广泛应用于卫星通信、雷达测量、无线电视等领域。
微波通信技术
WEIBO TONGXIN JISHU微波通信技术(microwave communication techniques) 微波通信是指利用波长为1米～0.1毫米（频率为0.3～3000吉赫）的无线电波进行的通信。
包括微波视距接力通信、卫星通信、散射通信、一点多址通信、毫米波通信及波导通信等。
微波通信特点是：频率范围宽，通信容量大，传播相对较稳定，通信质量高，采用高增益天线时可实现强方向性通信，抗干扰能力强，可实施点对点、一点对多点或广播等形式的通信联络。
它是现代通信网的主要传输方式之一，也是空间通信的主要方式。
微波通信在军事战略通信和战术中占有显著的地位。
微波按照波长可分为分米波、厘米波、毫米波和丝米波，其中部分波段用一些常用代号来表示（见表）。
L以下频段适用于移动通信。
S至Ku波段适用于以地球表面为基地的通信，其中，C波段的应用最为普遍。
60GHz的电波在大气中衰减较大，适用于近距离的保密通信。
94GHz的电波在大气中衰减很小，适合地球站与空间站之间的远距离通信。
系统组成及工作原理微波通信系统由发信机、收信机、多路复用设备、用户设备和天馈线等组成（见图1）。
其中发信机由调制器、上变频器、高功率放大器组成；收信机由低噪声放大器、下变频器、解调器组成；天馈线设备由馈线、双工器及天线组成。
图1微波通信系统组成其工作原理是：用户设备把各种要传输的信息变换成基带信号或把基带信号变换成原信息。
多路复用设备可使多个用户的信号共用一个传输信道。
调制器把基带信号调制到中频（频率一般为数十至数百兆赫）上，也可直接调制到射频上。
解调器的功能与调制器相反。
上、下变频器实现中频信号与微波信号之间的频率变换。
高功率放大器把发射信号提高到足够的电平，以满足在信道中传输的需要。
百瓦以下的设备中，功率放大器采用固态微波功放；当射频输出电平在百瓦以上直至数十千瓦时，通常采用行波管或速调管放大器。
低噪声放大器用于提高接收机的灵敏度，主要采用微波低噪声场效应管放大器。
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工作原理和分析方法截然不同。
分析低频电路时，只需考虑各物理量随时间的变化，而不考
虑其空间分布。
对于微波系统，必须同时考虑各物理量随时间的变化以及其
空间分布。换句话说：在确定的空间内，对于低频信号我们 观察到的是物理量的振荡，对于高频信号我们观察到的是物 理量的波动。
例如：电磁波f=
50 Hz，波长为 6000 公里；f=100 GHz，其 波长就只有 3 毫米。如果电路的尺度为几十毫米，则在频率 较高时，就必须考虑电磁场的空间分布。
当波遇到障碍物，波长大于障 （1）似光性和似声性 碍物尺寸，波将会被绕射；波 长小于障碍物尺寸或与障碍物 尺寸相当时，波将会被反射。 微波的波长介于无线电波和光波之间
似光性: 直线传播、显著反射、折射，容易集中
微波的波长范围恰好比自然界中的宏观物体 (如山峰、 建筑物、舰船、飞机、车辆、导弹等) 的尺寸小或相当。微波 照射在这些物体上时将会产生很强的反射。——雷达。
λ~10cm induces at a distant wire loop,” Hertz
1895 - wireless telegraphic communication and 1900 trans-Atlantic Ocean telegraph, Marconi 20th century 1921 – magnetron(磁控管), A. W. Hull 1930-wave propagation in waveguide(波导), Southworth
0.3
国际上对各微波频段用途的规定
微波炉中磁控管工作频率为 C
2.45 GHz；
波段通 讯卫星 的工作频率：下行频率为 3.700 ~ 波段通讯卫星的工作频率：下行频率为 11.7 ~ 12.2
4.200 GHz，上行频率为 5.925 ~ 6.425 GHz。
Ku
GHz，上行频率为 14.0 ~ 14.5 GHz。
~1980 - remote sensing satellite, DBS (direct broadcast
satellite)
~1990 - PCS(personal communication services), GPS ，
VSAT (very small aperture terminals，≤2.4m)
另外，微波的波长比尘埃、云雾及空气中的水滴尺度大，
所以微波穿过尘埃、云雾和中、小雨的能力比光波强。 因此，利用微波可以穿过尘埃，云雾及中、小雨探测到 自然界中的宏观物体。这是低频电磁波和光波都做不到的。引 导飞行员在恶劣天气条件下降落的微波导航系统
雷达
(2) 分析方法的独特性
分析方法与直流、低频电路系统，低频元、器件以及它们的
蜂窝移动电话的工作频率为
450 MHz、900 MHz 和 1.8
GHz，1.9G。
40
~ 60 GHz 为保密通信频段；26.5 ~ 40 GHz 和 75
~110 GHz 为雷达、制导系统频段等等。
国际上对各微波频段用途的规定
（商用广播）
微波技术发展历史
19th century
1846 - earliest talk on EM wave(电磁波), “Thoughts on ray vibrations,” Faraday 1864 - “Maxwell’s equations,” Maxwell 1887 - first microwave-like experiment, “electric spark at
目 录
微波通信基础
天线技术基础 电波传播基础
1 微波通信基础
微波及其基本特点 微波的研究对象及其应用 微波通信系统构成
1.1 微 波
定
义 ： 频 率 f 为 300MHz ～ 3000GHz 范 围 内 的 无
线电波。
103Hz=1kHz ， 106Hz=1MHz ， 109Hz=1GHz ，
1.1 微 波
微波在电磁波频谱中所处的位置在甚高频(UHF)和光 波之间。
无线电波 视频 射频 微波 光波 可见光 红外线 紫外线 宇宙射线
x射 线
15 18
射线
f (Hz)3
(m) 10
83 10 10533 10 102
6
3 10 10
-1
9
3 10 10
-4
12
3 10 10
-7
3 10 10
微波技术发展历史
1937 - klystron, Russell, Sigurd and William Hansen World War II – radar, MIT Radiation Laboratory ~1950 – coaxial(同轴) cables for radio communication ~1960 - satellite communication
~2000 -Digital DBS, WLL (wireless local loop), GII (global
information initiative) using mobile satellite network,
fibers, cables and wireless
1.2 微波的特点
1012Hz=1THz，1015Hz=1PHz
一般地说，微波在电磁波频谱中所处的位置在
甚高频(UHF)和光波之间。
微波在电磁波频谱中所处的位置决定了它的许多
特点，并使得微波技术具有许多不同于低频电路理 论和光学理论的概念及独特分析方法。
相关名词
毫米波 millimeter wave : 频率在30 -300GHz之间的交流信号，波长在1cm到 1mm之间. 射频 RF （Radio Frequency): 指用于无线电通信的交流信号，具有很宽的频率范 围，覆盖了从几百KHz到毫米波的整个范围。
-10
c 微波的波长范围在 3 108 1 米至 0.1 毫米之间。 40 m f 7.5 106
无线电波段的划分
甚低频 低频（长波）
中频（中波）
高频（短波） 甚高频 特高频
超高频
极高频
微波频段的划分及常用波段代号
波段代号
L
S
C
X
Ku
K
W
标称波长 (cm)
22
10
5
3
2
1.25