微波通信原理--1
微波通信技术的原理及其应用
微波通信技术的原理及其应用微波通信技术，顾名思义，是指通过微波信号进行通信的技术。
微波信号具有高频率、大带宽、高速度的特点，因此被广泛应用于通信领域。
本文将具体介绍微波通信技术的原理及其应用。
一、微波通信技术的原理微波通信技术的原理是基于微波信号的传输和接收。
微波信号是一种高频率、大带宽的电磁波信号，其频率在300MHz-300GHz之间。
不同频率的微波信号有不同的特点，如高频率的微波信号具有更高的速度和更大的带宽，能够传输更多的数据信息。
在微波通信中，需要使用微波天线进行信号的发射和接收。
微波天线分为发射天线和接收天线两种，发射天线将电能转化为电磁波信号，而接收天线则将电磁波信号转化为电能信号。
微波信号的传输主要通过微波传输线进行。
微波传输线分为两种，一种是同轴电缆，另一种是微带传输线。
同轴电缆是由内部导体、绝缘层和外部导体三部分组成，能够有效地抑制电磁辐射和干扰。
微带传输线则是一种新型的微波传输线，其基本结构由介质基板、金属层和地面层组成，具有结构简单、体积小和易于集成的优点。
二、微波通信技术的应用微波通信技术具有广泛的应用，主要包括无线通信、卫星通信、雷达测速、微波光纤通信等领域。
1、无线通信无线通信是指无需线缆连接的通信方式，主要包括移动通信和无线局域网。
移动通信是指通过移动电话、无线上网卡等设备进行通信，其中使用的微波信号主要有GSM、CDMA等。
无线局域网则是指由多个设备组成的局域网，通信通过无线路由器进行。
2、卫星通信卫星通信是指使用人造卫星进行通信，其优点是远距离通信可靠性高、抗干扰能力强及覆盖面广，可以覆盖全球各地。
微波通信技术是卫星通信技术中最基本和重要的组成部分，主要用于卫星与地面站之间的通信。
3、雷达测速雷达测速是指通过雷达测量物体的速度，常用于机场、公路、铁路等场所。
微波通信技术在雷达测速中扮演着重要角色，在物体反射回雷达波后进行信息传输和处理。
4、微波光纤通信微波光纤通信是指通过光纤传输微波信号进行通信。
微波通信基本原理
微波通信的基本介绍
微波信号的频率范围
LF MF HF VHF UHF SHF EHF 红外 可见 线光
Microwave
10Km 1Km 100m 10m 1m 10cm 1cm 1mm f 30KHz 300KHz 3MHz 30MHz 300MHz 3GHz 30GHz 300GHz
微波通信基本原理
各种衰落及抗衰落技术
• 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
微波通信基本原理
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，
响不大。
➢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。
微波通信基本原理
各种衰落及抗衰落技术 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 ➢雨过天晴及雾散容易出现快衰落
Microwave links Radio beam One multiplex per radio channel Applications: Civiliars and military telecommunication networks
微波通信基本原理
微波通信的基本介绍 微波通信
✓通常把频率300MHz－300GHz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
《微波通信原理》课件
高频段：微波通信向更高频段发展，如毫米波、太赫兹等
大容量：微波通信向大容量、高速率方向发展，如5G、6G等
技术挑战：高频段与大容量发展面临的技术挑战，如信号衰减、干扰等问题
应用前景：高频段与大容量发展在物联网、自动驾驶等领域的应用前景
卫星通信与地面微波通信的融合是未来发展趋势
地面微波通信具有建设成本低、传输距离短等优点
5G技术的普及将推动微波通信的发展
Байду номын сангаас
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天线是微波通信系统的重要组成部分
天线的性能指标包括增益、方向性、极化方式等
天线的种类包括定向天线、全向天线、阵列天线等
天线的作用是将微波信号转换为电磁波，或将电磁波转换为微波信号
电缆：微波在电缆中传播，速度较慢，但稳定性高
空气：微波在空气中传播，不受地形和建筑物的影响
真空：微波在真空中传播，速度最快，但需要特殊设备
天线选择：根据通信距离、环境等因素选择合适的天线
天线安装：正确安装天线，保证通信质量
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电磁屏蔽：如何通过电磁屏蔽技术降低电磁辐射对环境的影响
电磁辐射：微波通信产生的电磁辐射对环境和生物的影响
电磁兼容：微波通信设备与其他电子设备之间的电磁兼容问题
电磁污染：微波通信产生的电磁污染及其对环境的影响
光纤：微波在光纤中传播，速度最快，但需要特殊设备
调制：将信息信号转换为适合传输的电信号
解调：将接收到的电信号还原为信息信号
调制方式：幅度调制、频率调制、相位调制等
解调方式：幅度解调、频率解调、相位解调等
应用：无线通信、卫星通信、广播电视等
微波通信技术的原理与应用
微波通信技术的原理与应用微波是一种电磁波，其波长在毫米至厘米级别。
微波通信技术是一种非常先进的通信技术，随着科技的不断发展，它已经广泛应用于卫星通信、雷达、手机通讯和无线局域网等方面。
一、微波通信技术的原理微波通信技术的基础是电磁波的传输原理，微波信号在空气中速度很快，且能够以直线传输。
微波信号需要通过天线进行传输和接收。
天线是发射和接收微波信号的关键部件，其结构包括导电材料和导体支架。
天线可以强化微波信号的幅度，并将信号转换为电信号，在电路中进行处理。
微波通信系统中还需要使用放大器、传输线和滤波器等设备，来保证信号的强度和质量。
放大器可以将微波信号的幅度增大，使信号能够在较远的距离内传输。
传输线可以将信号从一个位置传输到另一个位置，而滤波器可以使信号只留下所需的频率，抑制干扰信号。
二、微波通信技术的应用1. 卫星通讯在卫星通讯中，需要使用微波信号进行数据传输。
卫星接受地面信号，将其转换为微波信号，通过微波设备传输，最后再转换为地面信号。
微波通信技术在卫星通信中具有高效、快速、可靠等优点。
2. 手机通讯移动电话的通讯也是使用微波通信技术。
手机使用微波信号进行接收和发送信息，通过手机塔将信号传输到对方手机。
微波通信技术使移动电话通讯变得更加方便和快速。
3. 无线局域网无线局域网（WLAN）是指在有限的地域内使用无线网络技术传输数据的网络系统，它的数据传输也是使用微波通信技术。
在WLAN中，无线基站利用微波信号将数据传输到无线适配器，然后再通过适配器传输到计算机或其他设备。
4. 雷达雷达是一种采用微波技术探测目标位置的装备。
雷达发射微波信号，当信号遇到障碍，会被反射回来，接收器对返回的微波信号进行处理后，就能够计算出目标物体的位置和距离。
5. 机场安全现代机场都配备有雷达和微波探测器。
雷达用于监控进出机场的航班，微波探测器用于探测机场周围的障碍物。
机场安全性得到了很大的提高。
三、微波通信技术的优势和不足微波通信技术具有信号传输速度快、抗干扰能力强、可靠性高，且可以在较长距离内传输信号。
微波通信原理
微波通信原理
微波通信是一种利用微波作为传输介质进行通信的技术。
微波通信具有传输速
度快、传输容量大、抗干扰能力强等优点，因此在现代通信领域得到了广泛的应用。
本文将介绍微波通信的基本原理及其在通信领域中的应用。
首先，微波通信的基本原理是利用微波的特性进行信息传输。
微波是一种波长
较短、频率较高的电磁波，其波长通常在1毫米到1米之间。
由于微波具有较高的频率，因此可以携带更多的信息，并且能够实现更高的传输速度。
此外，微波在大气中的传播损耗较小，因此适合用于远距离通信。
微波通信系统通常由发射设备、接收设备和传输介质三部分组成。
发射设备负
责产生并发射微波信号，接收设备则负责接收并解码微波信号，传输介质则承担了传输微波信号的任务。
在微波通信系统中，常用的传输介质包括空气、光纤、卫星等，不同的传输介质具有不同的特点和适用范围。
在实际应用中，微波通信被广泛应用于无线通信、卫星通信、雷达系统等领域。
在无线通信领域，微波通信可以实现移动电话、无线局域网等系统的通信功能；在卫星通信领域，微波通信可以实现卫星与地面站之间的通信链接；在雷达系统中，微波通信可以实现目标探测和跟踪等功能。
总的来说，微波通信作为一种重要的通信技术，具有传输速度快、传输容量大、抗干扰能力强等优点，因此在现代通信领域得到了广泛的应用。
随着通信技术的不断发展，微波通信技术也在不断创新和完善，将为人们的生活带来更多的便利和可能性。
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。
微波通信原理
三 微波传播
• 无线电波的传播特性
三 微波传播
b) 天波传播，就是自发射天线发出的电磁 天波传播， 波，在高空被电离层反射回来到达接收 点的传播方式。如上图中2所示 所示。 点的传播方式。如上图中 所示。 c) 散射传播，就是利用大气层对流层和电 散射传播， 离层的不均匀性来散射电波， 离层的不均匀性来散射电波，使电波到 达视线以外的地方。如上图中4所示 达视线以外的地方。如上图中 所示
三 微波传播
• 复杂地形单障碍物
Hc
h2 h1
Hs Hb
d1 d
d2
三 微波传播
6) 相对余隙 Hc/ F1（余隙 c与第一费涅耳区比 相对余隙P= 余隙H 与第一费涅耳区比 曲线（ 衰落因子曲线）。 值）及P/V曲线（相对余隙 衰落因子曲线）。 曲线 相对余隙—衰落因子曲线 表示平坦地形， 表示刃形障碍） （µ=0表示平坦地形， µ=∞表示刃形障碍） 表示平坦地形 表示刃形障碍
二 数字小微波设备
1. 终端站设备组成 终端站设备实现基带信号到微波的相互 转换，通常由复用设备、解复用设备、 转换，通常由复用设备、解复用设备、 调制解调器、收发信机、 调制解调器、收发信机、天线等组成信 号通道。 号通道。
二 数字小微波设备
• 终端站设备
复用设备 调制器 发信机 环形器 解复用设备 解调器 收信机
三 微波传播
此等效地球半径为 Re=KR=R/(1+R/2×dn/dh) × 其中 Re—等效地球半径 等效地球半径 R—实际地球半径 实际地球半径 dn/dh—折射率随高度的变化率 折射率随高度的变化率 K—等效地球半径因子 等效地球半径因子
三 微波传播
• 等效地球半径因子
K=-1 K=∞ K=1 K=0.5 K=0.33
《微波通信原理》课件
个人移动通信的发展
总结词
随着个人移动设备的普及，微波通信在 个人移动通信领域的应用越来越广泛， 为人们提供了更加便捷的通信方式。
VS
详细描述
个人移动通信是微波通信的重要应用领域 之一。通过微波通信技术，人们可以使用 智能手机、平板电脑等移动设备随时随地 进行语音、视频通话和数据传输，极大地 丰富了人们的通信方式和生活方式。
ERA
微波通信定义
微波通信是一种利用微波频段的电磁 波进行信息传输的通信方式。
它利用频率在0.3GHz至300GHz之间 的电磁波，通过定向天线将信号传输 到远方，实现信息的传递。
微波通信特点
传输容量大
微波频段具有丰富的频谱资源 ，可以实现高速、大容量的信
息传输。
传输质量稳定
微波信号在自由空间中传播时 受气象和地形影响较小，传输 质量较为稳定。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
《微波通信原理》PPT课件
• 微波通信概述 • 微波通信系统组成 • 微波传播特性 • 数字微波通信原理 • 模拟微波通信原理 • 微波通信的发展趋势与展望
目录
CONTENTS
01
微波通信概述
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
大气中的水蒸气、氧气和气溶胶等成分对微波信号产生吸收和 散射，导致信号衰减。
02
不同的大气条件（如湿度、温度和气压）对微波衰减有显著影
响。
大气衰减随频率增加而增大，因此高频率微波在传播过程中损
03
耗较大。
反射、折射与散射
1
微波遇到障碍物时，会部分地被反射、折射和散 射。
2
障碍物的电导率和介电常数对反射、折射和散射 有重要影响。
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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。
•大气不均匀 •水面 •光滑地面 是主要原因
近端距离要小于5KM
背靠背无源
d 1（km）
面积A
全程自由空间损耗为：
d 2（km）
2
L s 142.1 20 log d 1 d 2 20 log a
其中 a 为反射板有效面积 m 2
a A co s
反射板无源
无源中继站（实物照片）
反射板式无源中继站 Plane reflectors
频段 天线口径 典型性能
增益
1.5 衰落
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 射波的叠加。传播媒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、雪等)条件发生 变化时，大气的温度、湿度、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。 传输媒质,大气,链路,时间, 高度,气候等。
低噪放
分路 系统
UHF/SHF
收信：收信设备组成.swf
BB BB : 基带信号 IF : 中频 UHF : 特高频 (300 - 3000 MHz) SHF : 超高频 (3000 – 30,000 MHz)
微波电路方框图
M U X
环 形 器
M U X
终端站
中继站
终端站
数字微波常用调制技术
移相键控（ＰＳＫ） （Phase Shift Keying ） 正交调幅（ＱＡＭ） （Quadature Amplitude Modulation）
波段名称
超低频（ULF） 低频（LF） 中频（MF） 高频（HF） 甚高频（VHF）
1.2.2 微波波段的划分
波段名称
分米波 厘米波 毫米波
波长范围
1 m～ 10 cm 10 cm～ 1 cm 1 cm～ 1 mm
频率范围
0.3G～3G Hz 3G～30G Hz 30G～300G Hz
波段名称
特高频（UHF） 超高频（SHF） 极高频（EHF）
使用范围: 室外安装 (波导密封)
塑料封装
半刚性铜带椭圆波导
长度: 120 m
损耗:通用标准波导
A.dB/米r F Ghz 100
波导密封单元
压缩 输入 过滤
阀 到波导
干燥济 0-250mbar 压力表 马达
告警 (T.S)
密封切换
压力启动 最大密封压力 告警压力
: 50 mbars : 75 mbars : 40 mbars
1.4.1 不同的传输方法
同轴电缆
微波
MUX
MUX
卫星
光缆
微波设备 电话/数据图像等信息 A站
微波设备 电话/数据/图像等信息 B站
数字微波点对点传输模型
微波 设备
电话 / 数据
图像等信息
微波 设备
微波 设备
微波 设备
电话 / 数据
图像等信息
A站（端）
B站（中继）
C站（端）
中继传输
终端站 无源 分路站
自由空间
设备连接
天线抱杆
0.6m 天线
室外单元(ODU) 中频电缆(同轴型)
室内单元(IDU)
天线和馈线（波导）
防雷器 禁航灯 无源反射板
抛物面天线 D 100 m 机房
主电源: ~
波导
发电机或 太阳能
A U X E X P T T x x R R x x
充气机
蓄电池
动力房
微波设备
铁塔
椭圆波导
对于中容量系统（传输速率大于10Mb/s且小于 100Mb/s ），以选择4PSK／4DPSK为主，也可选择 8PSK或2PSK／2DPSK； 对于大容量系统（传输速率大于100Mb/s） ，可以选择 16QAM为主，也可选择8PSK。
3. 微波通信系统数字传输系列
准同步数字体系(PDH) (Plesiochronous Digital Hierarchy) 数字传输技术的应用是从市话中继传输开始的，为适应点 对点的传输，PDH技术出现了。随着高速光纤通信系统在电 信网中的应用，更多的电路被集中到少数的传输系统上，暴 露出 PDH技术的不足：逐级复用造成上下电路复杂而不灵活； 预留开销很小，不利于网络运行、管理和维护；北美制式和 欧洲制式两大系列难以兼容互通；点对点传输基础上的复用 结构缺乏灵活性，使传输设备利用率低，也不利于向同步网 过渡等。
长距离干线
长距离干线 中，短距离 中，短距离 中，短距离 中，短距离 短距离，城区 短距离，城区
３８Ｇ
短距离，城区
对抗衰落措施
A. 不带分集 • 减小地面反射波电平 • 增大地面反射倾角 • 多种均衡措施 （时域均衡和频域均衡） B. 分集技术
H
• FD频率分极.swf
• SD空间分极.swf
10.2/F1/2 < H < 37/F1/2
I
4QAM H π/2 Q
Q
I
星座图
尼奎斯特带宽 =
Bite Rate N
4 QAM
16 QAM
64 QAM
128 QAM
QAM 星座图
在选择数字微波中继通信系统的调制方式时，考虑的主要 因素有频谱利用率、抗干扰能力、对传输失真的适应能力、 抗衰落能力、勤务信号的传输方式、设备的复杂程度。
对于小容量系统（传输速率小于10Mb/s），以选择4PSK ／4DPSK为主，也可选择2PSK／2DPSK或2FSK；
2PSK 数字解调 (BPSK)
环型调制器
d1
载波信号
d3 d4 d2
已调信号
基带信号 Q
载波信号
已调信号 基带信号
星座图
I
4 PSK 调制器方框图
I OSC S/P H π/2 Q
4PSK
Q
I 星座图
4 QAM – 调制器方框图
提高频谱利用率－多状态调制（4 n QAM）
AM OSC S/P AM
极化r. H 极化. V
Gain = 10 log 0.55
(
2R
)
2
3 dB 58 /R (均匀反射) 极化去耦 H/V, XPD 30 dB
天线
顶视图
防护罩
加固杆
固定杆
可调节杆
天线辐射图－方向性图
天线方向性图
天线的极化
线极化：水平极化和垂直极化 （以电场方向为参考）
天线参数
2. 普通无线电波会被高空的电离层所吸收或被反射回来，而微波则 能够穿过电离层至外层空间。电视广播、卫星通信、宇宙航行， 射电天文学，以及受控热核反应中的等离子体的参数测量等，都 是利用了微波的这一特性才得以实现的； 3. 微波的频率很高，因此可利用的频带较宽、信息容量大，从而使 微波通信得到了广泛的应用和发展。
抛物面天线
高性能天线: 减小背面辐射 和 副辨辐射 > 15 dB) 风力改善: 0.6M : 230 km (64m/s) 1.8M : 190 km (53m/s)
抛物面天线
抛物面 反射器
+
Hale Waihona Puke 边围 + 屏蔽器高性能天线
(减小背面辐射 和副辨辐射 > 15 dB)
天线屏蔽 器
R 站点和通信 方位角
所以设计时就要考虑当地地 形与气候
雨 € 衰
在 € 10GHZ频段以下，雨雾损耗并不显得特别严重，对一个中继段可能 会引入几个分贝。 在 € 10GHZ以上频段，中继间隔主要受降雨损耗的限制，如对13GHZ以 上 € 频段，100mm/小时的降雨会引起5dB/km的损耗，所以在13GHZ， 1 €5GHZ频段，一般最大中继距离在10km左右。 在 € 20GHZ以上频段，由于降雨损耗影响，中继间距只能有几公里。