数字微波通信系统
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。
微波通信系统的解决方案
微波通信系统的解决方案随着科技的不断发展，通信技术也在不断更新，微波通信已逐渐成为一种重要的通讯方式。
微波通信系统又可以分为微波传输系统和微波接收系统两种，本文将围绕这两种系统的构成和解决方案展开。
一、微波传输系统微波传输系统是传送信息的核心组成部分。
微波信号需要通过天线将信号发射出去，然后通过一系列的设备将信号传输到对面的接收天线。
在传输过程中，常常会遇到一些问题。
1.信号干扰问题微波信号经过长距离传输后可能会受到一些信号干扰，导致信号质量下降，从而影响通讯的效果。
为了解决这个问题，可以采用一些抗干扰的技术，比如采用数字信号处理技术、采用多普勒雷达技术、差分编码传输等方法。
2.信号衰减问题微波信号传输过程中会因为传输介质的吸收和散射等原因而产生信号衰减。
为了避免这个问题，可以采用一些经济有效的增益设备来加强信号，比如低噪声放大器、中频放大器等等。
3.天气干扰问题微波传输系统受天气的影响非常大，尤其是雨、雾、云等天气，会引起信号的严重衰减。
为了解决这个问题，可以采用一些技术手段，如采用功率控制、跳频技术、智能监测等技术，来实现天气快速干扰的处理与恢复。
二、微波接收系统微波接收系统是承接微波信号的另一部分，它需要确保接收到的信号可以快速准确地被转化为数字信号以传输，同时也要考虑一些其他的问题。
1.传输效率问题为了能够提高微波接收系统的传输效率，可以采用一些高效的技术，如开放式平台接口、集成智能、移动云计算等技术，以此来提高数据的处理和交换的效率。
2.接受质量问题微波接收系统需要确保接收到的信号质量高，同时也需要能够快速且准确地将信号转化为数字信号。
为了解决这个问题，可以通过一些改进技术，比如三维数字化、现场数字采样等技术来优化信号的质量和处理速度。
3.安全性问题微波接收系统需要保障数据的安全性，保持关键数据的机密性，以避免被反碰和攻击。
为了解决这一问题，可以采用一些加密技术，如虚拟专用网、安全传输层协议等技术，保证通讯的安全和稳定。
第3章数字微波通信系统
1、直接中继（微波转接）
----把接收到的微波信号用微波放大器直接 放大。
移频：收、发的频率不一样。
微
波
移
放
频
大
微 波 放 大
16
2、外差中继（中频转接）
低
噪 声 放
混 频
大
中 放
上 变 频
功 放
----中频转接只将收到的微波信号混频（下变频） 至中频（70MHz或140MHz），经中频放大器放大后 再送到发送设备的上变频器变换为微波频率，经功 率放大后由天线发射出去。
9
3.3 微波的视距传播
1 自由空间传播损耗的计算
➢ 自由空间传播损耗通常用分贝（dB）来表示：
L 10 lg L 20 lg 4d
➢ 若距离d用km表示，频率f用MHz表示有：
LS 32.4 20 lg d (km) 20 lg f (MHz )
➢ 若距离d用km表示，频率f用GHz表示有：
CO1 Ci G1
Ci
CO2
LF
CO 2
Ci LF
CO2 Ci LF
对数（dbm、dbw）
12
Gt
LS
Gr
Lt
发信机
Pt
Lr
Pre
收信机
Gt (Gr ) : 发射(接收)天线增益
Pt : 发射功率
Lt (Lr ) : 发端(收端)馈线系统损耗 Pre : 接收功率
Pre Pt
G
的中频信号进行调制，并将70MHz已调信号 送入微波发信机。
21
（4）中频信号——微波射频信号的变换 在微波发信机，对70MHz的已调波进行混频，
即70MHz的中频信号对微波载波进行调制，将 70MHz的中频信号变为微波射频信号。 （5）微波信号的发送
微波通信和卫星通信
现代通信技术辅导7第七章微波通信和卫星通信一、知识点∙微波通信。
∙卫星通信。
二、重点难点内容微波通信是在20 世纪40 年代至50 年代开始使用的无线电通信技术，经过多年的发展己经获得广泛的应用。
微波通信分为模拟微波通信和数字微波通信两类。
模拟微波通信早已发展成熟，并逐渐被数字微波通信所取代，数字微波通信已成为一种重要的传输手段，并与卫星通信，光纤通信一起作为当今三大传输手段。
卫星通信可看作微波通信的一个具体应用，所以把微波通信和卫星通信放在同一章中。
学习中注意比较卫星通信和地面微波通信的异同点。
（一）微波通信本节主要讲述微波通信的概念和特点，微波通信系统的基本组成，微波站的设备组成及微波的传输特性和抗衰落技术。
1. 微波通信的概念和特点（1）微波的频段划分无线电波波段的划分如表1 所示。
表（一）无线电波波段的划分整个电磁频谱，包含从电波到宇宙射线的各种波、光和射线的集合。
不同频率段落分别γ射线和宇宙命名为无线电波（3kHz～3000GHz）、红外线、可见光、紫外线、x 射线、射线。
微波是超高频率的无线电波。
由于这种电磁波的频率非常高，故微波又称为超高频电磁波。
电磁波的传播速度υ与其频率f 、波长又有下列固定关系：若微波是在真空中传播，则速度为微波频段的波长范围为lm～lmm，频率范围为300MHz～300GHz，可细分为特高频(UHF) 频段／分米波频段、超高频（SHF）频段／厘米波频段、极高频（EHF）频段／毫米波频段和至高频频段／亚毫米波频段。
实际工程中常用拉丁字母代表微波小段的名称，例如S , C , X 分别代表10厘米波段、5 厘米波段和3厘米波段；Ka，U，F分别代表8毫米波段和3毫米波段等等，详见表2。
表（二）微波频段的划分（2）微波中继通信的概念微波中继通信是利用微波作为载波并采用中继（接力）方式在地面上进行的无线电通信。
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1 所示。
通信技术概论第五章数字微波通信系统
5.2 微波的视距传播特性
发射天线
h1
d
d1
hc d 2
d
R 1
接收天线
h2
d’——直视距离 hc——余隙 d ——最大通信距离（最 大视距传播距离或最大 传播距离）
发射天线
接收天线
d
hc
h1
h2
d
（a）实际
（b）简化
5.2.1 视距与天线高度的关系
5.2 微波的视距传播特性
图5.2.1中，发射天线和接收天线之间的连线表示它们之 间的直视路径，其长度为直视距离（d ）；
波段名称 K V Q M E N D
频率范围（GHz） 18~26.5 26.5~40 33~50 50~75 60~90 90~136 137~143
5.1 数字微波通信概述
5.1.3 微波通信的概念
♣ 微波通信（microwave communication ）：是一种利用 微波作为载波传送信息的通信手段，即载波频率是微波。也可 以说，凡是利用微波传播进行的通信均为微波通信。
5.1 数字微波通信概述
♣ 我国微波通信的发展 我国第一条微波中继通信（试验）电路是北京－方庄－ 杨村－天津，该电路于1960年4月开通。 1976年，我国以北京为中心连通全国20多个省市建成了 大规模的微波通信干线。 20世纪80年代，随着数字信号处理技术和大规模集成 电路的发展，微波通信系统得到迅速发展。 20世纪90年代后出现了容量更大的数字微波通信系统
5.1.2 微波的概念
♣ 微波（microwave）：微波是一种电磁波，是全部电 磁波频谱的一个有限频段。即波长介于1毫米到1米，或频率 介于300MHz~300GHz之间的电磁波。
【注】“微”，就是该无线电波的波长相对于周围物体的 几何尺小很小的意思。
数字微波通信系统
填空：1、分集技术是指通过两条或两条以上的途径传输同一信息，以减轻衰落的技术措施。
2、微波中继通信最基本的特点是：微波、多路、接力。
3、微波频率波段频率为300M~300GHZ，波长为1mm~1m范围的电磁波。
4、SDH三大核心特点是：同步复用、标准的光接口、强大的网络管理能力。
5、基带传输系统频带利用率的最大值，也就是说任何基带传输系统在单位频带最多每秒钟传输2个码元，不管二元还是多元码。
6、数字微波中继通信线路是由终端站、中继站、枢纽站、分路站等组成。
7、在传输线路上以1000bit/s的速率传输数据，经测试1小时内共有50bit的误码，则该系统的误比特率为50X100%1000X3600选择：当电波的电场强度方向垂直于地面时，此电波就为垂直极性波。
在SDH微波中继通信系统中，没有上下话路功能的站是中继站。
两个以上的电台使用同一频率而产生的干扰就是同频干扰。
在天线通信系统中，很多都采用两个接收天线，以达到空间分极效果。
厘米波频率范围是3G~30GHZ地球表面传播的无线电波称为散射波。
判断：无线通信可以传送电报电话传真图像数据以及广播和电视节目等通信业务。
正确无线电波的传播不受气候和环宽的影响。
错基本同步传输模块是STU-1，其速率为155.520µb/s,STU-N是将STM-1同步复用并插入一些字节实现的。
错由于大气折射作用实际的电波不是按直线传播，是按曲线传播的。
正确QAM是一种调幅调制模式，不是调相调制模式。
错（既调幅又调相）简答：1、SDH结构图及各部位作用1）信息净负荷（payload）是存放各种信息的负载。
2）段开销（SOH）是为了保证信息净负荷正常传送所必须附加的网络运行、管理和维护字节。
3）管理单元指针（AU-PTR）AU-PTR是用来指示信息净负荷的第一个字节的准确位置，以便接收端能进行正确分接。
各种信号装入SDH帧结构的净负荷区需经过三个步骤：映射、定位、复用。
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2020年5月31日星期日
1 概述
1.1基本概念 1.2微波通信发展历程 1.3微波通信的特点 1.4念
微波是指波长在1mm~1m或频率为 300MHz-300GHz的电磁波。
微波波段还可以细分如下： 分米波：波长为1 m～10 cm； 厘米波：波长为10 cm～1 cm； 毫米波：波长为1 cm～1 mm。
基带中继（再生转接）方式
3.1 中继通信线路与设备组成
（4）天线增益高，方向性强。当天线 面积给定时，天线增益与工作波长的平方 成反比。由于微波中继通信的工作波长短 ，因而容易制造高增益天线，降低发信机 的输出功率。另外微波天线具有很强的方 向性，可以把电磁波聚集成很窄的波束， 减少通信中的相互干扰。
（5）投资少，建设快。
（6）数字微波通信除具有上述微波通信的共同 特点外，还具有数字通信的特点。
我国从“七五”期间开始引入微波通信系统。 20世纪70年代末出现了采用简单QPSK、8PSK等的商用 数字微波通信系统 。
20世纪80年代，随着数字信号处理技术和大规模集成电 路的发展，微波通信系统得到迅速发展。
20世纪90年代后出现了容量更大的数字微波通信系统
1.3 微波通信的特点
微波中继通信主要用来传送长途电话信 号、宽频带电视信号、数据信号和移动通 信信号等。
3.1 中继通信线路与设备组成
数字微波终端站
✓ 数字微波终端站指的是位于线路两端或分支线路终点的 微波站。在SDH微波终端站设备中包括发信端和收信端 两大部分。
✓ SDH微波终端站的发信端主要负责完成主信号的发信基 带处理（包括CMI/NRZ变换、SDH开销的插入与提取 、微波帧开销的插入和旁路业务的提取等）、调制（包 括纠错编码、扰码和差分编码等）、发信混频和发信功 率方法等。
数字终端机
实际上是一个数字电话终端复用/分接设备，其基本功能是 把来自交换机的多路信号进行复接，复接信号送往数字 微波传输信道。同时把来自微波终端站的复接信号进行 分接，分接信号送往交换机。
3.1 中继通信线路与设备组成
微波站 ✓ 数字微波终端站 ✓ 数字微波中继站 ✓ 数字微波分路站 ✓ 数字微波枢纽站
数字微波中继站
✓ 数字微波中继站指的是位于线路中间的微波站 。根据对信号的处理方式不同，又可将中继站 分为中间站和再生中继站，再生中继站又包括 上下话路和不上下话路两种结构。
✓ 数字微波中继站的中继方式
• 基带中继（再生转接） • 外差中继（中频转接） • 直接中继（射频转接）
3.1 中继通信线路与设备组成
引起的多径传播，进而产生接收信号的干涉衰落。
地面反射
✓ 电波在比较平滑的地表面上传播时会产生强烈的镜 面反射，形成多径传播。
大气效应
✓ 大气对微波传输所产生的影响主要有大气损耗、雨 雪天气引起的损耗以及大气折射引起的损耗。
3 数字微波通信系统
3.1 中继通信线路与设备组成 3.2 微波波道及其频率配置 3.3 发信设备 3.4 收信设备 3.5 天馈线系统
微波通信指的是以微波频率作为载波， 通过中继接力方式实现的一种通信方式。
1.2 微波通信的发展历程
19世纪30年代中期出现了工作在VHF（甚高频30300MHz）频段的第一个商用模拟无线通信系统。 二战期间出现了UHF(特高频300M-3GHz)频段的军用无 线中继通信系统。
1951年，美国纽约到旧金山之间成功开通了商用的微波 通信线路。在随后的二三十年间，模拟微波通信系统迅速发 展。
✓ SDH微波终端站的收信端主要负责完成主信号的低噪声 接收（根据需要可含分集接收和分集合成）、解调（含 中频频域均衡、基带或中频时域均衡、收信差分译码、 解扰码和纠错译码等）以及收信基带处理（含旁路业务 的提取、微波帧开销的插入与提取、SDH开销的插入与 提取，以及NRZ/CMI变换等）。
3.1 中继通信线路与设备组成
(7)中继传输。在微波波段，电磁波按直线传播 ，考虑到地球表面的弯曲和空间传输损耗，通信 距离一般只有几十千米，即常说的视距。要进行 远距离长途通信时，就必须采用中继传输方式， 将信号多次转发，才能到达接收点。这种通信方 式就叫做微波中继通信。
1.4 微波通信系统的分类
模拟微波通信系统 数字微波通信系统
3.1 中继通信线路与设备组成
数字微波通信线路
3.1 中继通信线路与设备组成
数字微波通信系统组成
用户终端；交换机 ；数字终端机；微波站
3.1 中继通信线路与设备组成
用户终端
直接为用户所使用的终端设备。如电话机、传真机、计算机 、调度电话机等。
交换机
用户可通过交换机进行呼叫连接，建立暂时的通信信道或电 路。这种交换可以是模拟交换，也可以是数字交换。目 前，大容量干线绝大部分采用数字程控交换机。
1.5 微波通信的应用
作为干线光纤传输的备份和补充 边远地区和专用通信网中为用户提供基本业务 市内的短距离支线连接 无线宽带业务接入
2 微波的视距传播特性
2.1 天线高度与传播距离 2.2 自由空间传播损耗 2.3 地面效应和大气效应
2.1 天线高度与传播距离
2.1 天线高度与传播距离
视线传播：
距离: 和天线高度有关
式中，D – 收发天线间距离(km)。 [例] 若要求D = 50 km，则由式
2.2 自由空间传播损耗
若不考虑发射天线增益Gt和接收天线增益Gr，电波的 自由空间损耗定义为发射功率与接收功率之比，即
通常用分贝表示自由空间传播损耗，即
2.3 地面效应和大气效应
地面效应
✓ 传播路径上障碍物的阻挡或部分阻挡引起的损耗 ✓ 电波在平滑地面（如水面、沙漠、草原等）的反射
微波中继通信有以下特点。 （1）通信频段的频带宽，通信容量大 ，利于宽频带信号的传输。 （2）由于工作频率高，受外界干扰的 影响小。（一般干扰在100MHz以下。）
（3）通信灵活性较大，采用中继方式可 以实现地面上远距离通信，并可以跨越沼 泽、江河、湖泊和高山等特殊地理环境， 特别是在遭受如地震、洪水等灾害时，通 信的建立、撤收及转移都较容易。