第四章 微波收发技术(现代接收技术及其集成)
无线通信—微波和卫星通信(现代通信技术课件)
• 频分多址 • 时分多址 • 空分多址 • 码分多址
卫星通信多址方式
卫星通信系统
• 卫星通信系统的线路
– 在一个卫星通信系统中，各地球站经过通信卫星转发器可以组成多条 单跳单工或双跳单工卫星通信线路。
– 单工是指通信的双方分别被固定为发信站和收信站。 发信站发送的信 号只经一次卫星转发后就被接收站接收的卫星通信线路叫做单跳单工 卫星通信线路。
– 发信站发送的信号经过两次卫星转发后被接收站接收的卫星通信线路 叫做双跳单工卫星通信线路。
卫星通信系统
卫星通信系统的分类
– 同步卫星通信系统(GEO)
• 卫星绕地球的运行周期与地球自转同步，而对地 球应相对静止，又称为静止轨道卫星系统。
– 非同步卫星通信系统
• 中轨道卫星系统(ICO或MEO) • 高轨道卫星系统(HEO) • 低轨道卫星系统(LEO)
同步通信卫星的设置和可通信区
• 通信卫星一般是指同步卫星， 同步卫星的轨道是圆形且在赤 道平面上，同步卫星离地面 35785.6公里，飞行方向与地 球自转方向相同时，从地面上 任意一点看，卫星都是静止不 动，这种对地静止的卫星称为 通信卫星。利用三或四颗同步 卫星，就能够使信号基本覆盖 地球的表面。
5.微波设备 微波设备主要由IDU、ODU、中频电缆、天线等部分组成
IDU是室内单元，Indoor Unit。ODU是室外单元， Outdoor Unit。 中频是指发射机将信号载 波变换成发射频率，或者 将接收频率变换成基带的 一个中间频率，一般由系 统架构决定。 而射频，就是天线发射出 去的、在空中传播的电磁 波信号频率。
微波通信
5.微波设备组成
IDU负责完成业务接入、复分接 和调制解调，在室内将业务信
第四章接收发送结构21
二次混频超外差接收机实例
fRF 881MHz
fLO1 881 45 926MHz
fIF1 45MHz
fIF 2 455KHz
fLO2 45 0.455 44.545MHz
18
兼顾 两者
两者兼顾最佳方案——超外差式二次混频方案
16
3.二次变频方案
射频滤波器
I 中频 滤波器
II 中频 滤波器
I 中频采用高中频值，以提高镜象频率抗拒比 中频选择原则 II中频采用低中频值，利于提取有用信道
抑制邻道干扰 三个滤波器的功能、中心频率与带宽
总增益＝ 低噪放增益＋ I中频 增益＋ II中频 增益 （主要增益级）
下变频器，功能 fIF fLO fRF
本地振荡器（本振）——产生频率为 fLO 的正弦波
中频滤波器 —— 中频 fIF 固定，选择信道
8
（2）为使接收机达稳定的高增益
天线输入电平约为-100 ~ -120dBm （ V 级）
解调器输入一般要求约500mV
要求增益大于 100dB以上
总增益＝射频增益 ＋ 混频增益＋ 中频增益（主要增益级） 结果： ① 增益分散在各频段，易稳定
抗干扰性能好、频带利用率高、功率有效性好 ② 接收机选出有用信道抑制干扰
难点——已调信号载频高、信道窄 ③ 接收机的灵敏度和线性动态范围 ④ 发射机的高效率不失真的功率放大器 ⑤ 限制发射信号对相邻信道的干扰 ⑥ 天线收发转换器的损耗小，隔离性好
5
4.2 接收机方案
4.2.1 超外差式接收机 1. 基本结构方案
⑤不干扰相邻信道
限制频带
通带信号（已调波） 上变频
主要指标：频谱、功率、效率
3
射频接收机的基本组成及完成的功能
第9次 第四章 微波集成传输线 微带线 耦合传输线
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2.奇模激励 (odd-mode excitation):
由大小相等、方向相反的电流对耦合线两带状导体产生的激励，奇模激励 时中间对称面为电壁。
奇模激励的场结构
单根带状导体对地的分布电容为奇模电容
等效电容网络
Co C11 2C12 C22 2C12
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求解Z 0a , e
采用保角变换法可精确求解零厚度导体带空气微带线的特性阻抗：
Z 0a 60
k为模数，K‘、K分别为第一类全椭圆积分和第一类余全椭圆积分，它们均是超越函数， 不便于应用，才有数值方法作曲线拟合可得如下近似公式：
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零厚度导体带特性阻抗和有效介电常数 P115（4.2-7）
60 2 其中：B Z0 r
应用以上设计公式可得到特性阻抗、有效介电常数与宽高比之间的关系曲线； 也可得到微带线特性阻抗数据表。
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三、微带线衰减常数
导体损耗 c ：截面较小，导体损耗大
介质损耗 ----热损耗 ：介质分子交替极化和晶格来回碰撞 d
辐射损耗：由半开放性所引起，截面小则不均匀点较大,故微 带线常放在金属屏蔽盒中—可避免辐射损耗 无辐射损耗时
微带线最大特点就是易于系统化和集成化，可以成批量生产：
微带线工艺过程如下：
基片
打孔
蒸发
光刻
腐蚀
电镀
由于实际微带线具有介质分界面，因此不可能存在纯TEM波，致使微带分析更加困 难和复杂，本节采用准静态法分析微带的准TEM波特性及其一些实用简化结果。
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二、微带线中准TEM波特性
微波技术课后习题答案-第四章习题参考答案
第三章习题参考答案带状线为双导体结构，中间填充均匀介质，所以能传输TEM 导波，且为带状线的工作模式。
4.1可由P.107:4.1-7式计算特性阻抗0Z 由介质r ε，导体带厚度与接地板高度的比bt ，以及导体带宽度与接地板高度的比bW确定。
Ω=45.690Z4.5可由P.107:4.1-6式计算⎪⎩⎪⎨⎧>--<=1206.085.012000Z x Z x b W r r εε 其中： 441.0300-=Z x r επ已知：1202.74502.20<=⨯=Z r ε 83.0441.02.7430441.0300=-=-=πεπZ x r 所以： )(66.283.02.3mm bx W =⨯==衰减常数P.109:4.1-10：d c ααα+=c α是中心导体带和接地板导体的衰减常数，d α为介质的衰减常数。
TEM 导波的介质损耗为：)/(2m Np ktg d δα=，其中εμω'=k 由惠勒增量电感法求得的导体衰减常数为)/(m Np ：P.11109:4.1-11⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧Ω>Ω<-⨯=-12016.0120)(30107.200003Z B b Z R Z A t b Z R r s r r s c εεπεα 其中：⎪⎭⎫⎝⎛--++-+=t t b t b t b t b W A 2ln 121π ⎪⎭⎫⎝⎛++-++++=t W W t t b t b t W b B πππ4ln 21414.05.01)7.05.0(1)/(155.02001.0100.32.21010222289m Np tg c f ktg r d =⨯⨯===πδεπδα铜的表面电阻在10GHz 下Ω==026.02σωμs R ，74.4=A m Np A t b Z R r s c /122.0)(30107.203=-⨯=-πεαm Np d c /277.0=+=αααdB e Np 686.8lg 1012==m dB m Np d c /41.2/277.0==+=ααα4.6可由P.107:4.1-6式计算⎪⎩⎪⎨⎧>--<=1206.085.012000Z x Z x b W r r εε 其中: 441.0300-=Z x r επ已知：1204.1481002.20>=⨯=Z r ε 194.0441.04.14830441.0300=-=-=πεπZ x r 所以： )(67.02128.016.3)6.085.0(mm x b W =⨯=--= 在10GHz ，带状线的波长为：cm fcr 02.210102.210398=⨯⨯⨯==ελ4.16可由P.130:4.3-27式计算已知Ω=700e Z ，Ω=300o Z ，mm b 4=，1.2=r ε3813.3300==re e Z A ε648.02212212143813.33813.3214=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=e e e e k e eA A e45.1300==ro o Z A ε99.022222=⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-=o o A A o e e k ππ68.02==o e k k arctg b W π015.0112=⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=oee o k k k k arctg b S π mm b 4=mm W 7.268.04=⨯= mm S 06.0015.04=⨯=。
《微波技术与天线》第四章微波网络基础
2020/9/25
2
引言
微波网络理论的基本思路
在实际分析中往往不需要了解微波元件的内部结构， 而只关心它对传输系统工作状态的影响。
只要知道了由于插入非均匀区后所引起的反射波和透 射波相对于入射波的振幅和相位，不均匀区的微波网 络特性就唯一地确定了。
微波网络理论的研究目的
10
U (Z )A 1 e jz
I ( z) A1 e j z Ze
Ze
b a Z TE10
1
模式横向分布函数满足：
E120 A12
Ze ZTE10
ab 1 2
h10(x)E A110ZZTeE 10sinax
A1
b 2 E10
唯一确定了TE10模的等效电压和等效电流：U(z) b2E10ejz
P2 1ReSE t H t*ezdS
E t Z w H t e z
（取z从波源端算起的解）
UIejz， U I C H Eddll
P 1 ReUI* 2
U ZcI
ek(x, y)、hk(x, y)：二维实函数, 代表了横向场的模式矢量函
数。
Uk(z)、Ik(z)：一维标量函数, 反映了横向电磁场各模式沿传 播方向的变化规律，称为模式等效电压和模式等效电流。
2020/9/25
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均匀导波系统等效为长线
电压、电流和阻抗的归一化
归一电压，归一电流和归一阻抗的引入
归一电压和电流的定义：v V( z),i I( z)
Z0
Z0
zin
v i
V( z )/ I( z )
Z0 Z0
Zin Z0
1 1
归一后传输线该模式的输入阻抗、负载阻抗与反射系
(四川理工学院)微波技术与天线-第4章 微波元件
1. 定向耦合器
定向耦合器是一种具有定向传输特性的四端口元件, 它是
由耦合装置联系在一起的两对传输系统构成的,
第4章 微波元器件
d ① ④
u1
u41
②
u31
u 42
u32
③
d (a) (b)
5-14 波导双孔定向耦合器
第4章 微波元器件
1) 定向耦合器的性能指标
(2) 隔离度
输入端“①”的输入功率P1和隔离端“④”的输出功率P4 之比定义为隔离度, 记作I。
(b)所示, 它们的有效短路面不在活塞和系统内壁直接接触处,
而向波源方向移动λg/2的距离。
第4章 微波元器件
这种结构是由两段不同等效特性阻抗的λg/4变换段构成, 其工作原理可用如图 5 - 1(c)所示的等效电路来表示, 其中cd段
相当于λg/4终端短路的传输线, bc段相当于λg/4终端开路的传
失配负载既吸收一部分微波功率又反射一部分微波功率, 而且一般制成一定大小驻波的标准失配负载, 主要用于微波测 量。失配负载和匹配负载的制作相似, 只是尺寸略微改变了一 下, 使之和原传输系统失配。 比如波导失配负载，就是将匹配 负载的波导窄边b制作成与标准波导窄边b0不一样, 使之有一定 的反射。设驻波比为ρ, 则有
空间互相垂直、大小相等、相位相同的两个线极化波, 只要设
法将其中一个分量产生附加90°相移, 再合成起来便是一个圆 极化波了。
第4章 微波元器件
l
2R＝61.9 mm
பைடு நூலகம்Em in
Eu 6.4 mm O 1
y Ev
Eu Ev z －x (b) 2
1
3 mm
2
高中物理选择性必修2 第四章 第2、3节 电磁场与电磁波 无线电波的发射和接收
第四章第2、3节电磁场与电磁波、无线电波的发射和接收教学设计一、教材分析电磁场的形成、电磁波的产生以及发射和接收是这两节的知识主干，在物理观念的形成上作为重点落实。
由于LC回路产生电磁振荡不如机械振动直观，要引导学生结合教材图示分析理解，并通过多媒体手段和实验演示等讲这一过程形象化，帮助学生在物理思维的培养上再上一个台阶。
电磁场的概念和麦克斯韦电磁理论是电磁学的核心内容，但是中学对电磁场理论是要求初步了解。
教材突出了理论的核心内容是：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，交替产生的电场和磁场传播出去形成电磁波。
能够动手实验的要学生亲自动手培养学生的科学探究能力。
无线电波的发射和接收涉及概念较多，可以结合图表、思维导图、流程图等多种手段，或者利用运送货物的装卸等流程来帮助学生理解调制、调谐、解调等一系列名次含义。
对电磁波的发现以及无线电波的应用，可以介绍赫兹和马可尼等人的不懈努力以及科技成果，落实培养学生的科学态度与责任。
二、学情分析学生在学习电磁场理论时，已经具备：静电场的知识、电流的产生和电流的磁效应知识、电磁感应现象等知识；接触并了解过电磁波的接收(半导体收音机等)或发射的机械设备。
学生对电磁场的知识掌握还不够全面和系统化，要更好的创设情境，精心组织素材，进一步培养学生的抽象思维和创造思维能力。
三、素养目标1．了解电磁场的形成、电磁波的产生。
2．了解电磁波的发射、传播和接收过程，知道无线电通信的基本原理。
3.能正确区分调制、调幅、调频、调谐和解调等概念。
4.结合实际生活，说出无线电通信在生活中的应用。
四、教学重点、难点1．教学重点：电磁场的形成、电磁波的产生、无线电的传播过程。
2．教学难点：无线电波传播的各种概念辨析。
五、教学方法实验演示法、类比分析法.六、教学过程同学们请看，这是电视台发射电视信号的信号塔效果图。
那么，为什么要建高耸入云的发射塔呢？这是为了接受信号，也就是电磁波。
接下来我们就来学习一下关于电磁波以及电磁波的发射和接收的相关知识。
第四章 微波SDH传输技术
第四章
17
SDH与PDH分插信号的比较
第四章
18
SDH的优点
OAM能力强 :SDH 信号的帧结构中安排 了丰富的用于运行维护（OAM）功能的 开销字节，使网络的监控功能大大加强， 也就是说维护的自动化程度大大加强。 兼容性好: SDH有很强的兼容性（前向兼 容性和后向兼容性），不仅可传送PDH业 务信号，还可传送基于分组交换的异步转 移模式的信号ATM、IP、以太网等信号。
15
4.1.2 SDH基本概念和特点
SDH 全称叫做同步数字序列(传输体制, Synchronous Digital Hierarchy)， SDH 这种传输体制规范了数字信号的 帧结构、复用方式、传输速率等级，接 口码型等特性。
第四章
16
SDH的优点
接口统一：155M、622M、2.5G、10G；高等级 的数字信号系列可通过将低速率等级的信息模块 （例如STM-1）通过字节间插同步复接而成，例如： STM-4＝4×STM-1，STM-16＝4×STM-4 一步复用特性：由于低速SDH 信号是以字节间插 方式复用进高速SDH 信号的帧结构中的，这样就使 低速SDH 信号在高速SDH 信号的帧中的位置是固定 的、有规律性的，也就是说是可预见的。
•
•
准同步数字序列(PDH)
同步数字序列(SDH)
4
第四章
准同步数字系列PDH
有两种基础速率：
• 以1.544 Mb/s为第一级(一次群，或称基 群 ) 基础速率，采用的国家有北美各国和日本；
•
以2.048 Mb/s为第一级(一次群)基础速
率， 采用的国家有西欧各国和中国。
第四章 微波网络
V X I j I j X I B V j V j B
（4.2.26）
（4.2.27）
将式（4.2.26）和式（4.2.27）代入到式（4.2.24）中，得
j
•所以有
X 2 I j 2 We Wm
E H
1 s
2
E2 H1 ds 1, 2 2,1
（4.2.8） （4.2.9）
（4.2.10）
1, 2 J e1 E2 J m1 H 2 dv
V
2,1 J e 2 E1 J m 2 H1 dv
V
其中，S是包围体积V的封闭曲面。为了书写方便，现将两组 场记作E、H 和E′、H’。若体积V内无源，则〈1，2〉=〈2， 1〉=0，于是式（1.11.6）变为
ET e v hi HT
i
i i
（4.2.3）
i
i i
式中，ei和hi是表征各端口传输线工作模式的矢量实函 数，在选取ei、hi 时应使得ei×hi的积分满足归一化条件，即
si
e h ds 1
i i
（4.2.4）
正负号的选取与面积元的法向方向有关，通常在微波网络 中法向单位矢量n指向包围体积V的S曲面的外边，所以式 （4. 2. 4）取负号，于是
（4.2.7）
4. 2. 2 微波网络的互易定理
为了导出微波网络的互易定理，需要引用电磁场的互易定理。 考虑线性、各向同性媒质中有两组相同频率的源 Je1 、Jm1 和 Je2 、Jm2 ，下角标e和m分别表示电流源和磁流源，Je1 、Jm1 产 生的场为E1和H1，Je2、Jm2产生的场为E2和H2，在第1章中曾导 出式（1.11.6）,即
第四章 现代无线通信信号处理技术
第四章 现代无线通信信号处理技术近20年来，随着现代无线通信技术的发展, 人们希望通过无线方式高速率、高质量地传输信息。
由于无线信道是开放时变信道，极易受多径干扰、多址干扰和噪声等的影响。
要利用好无线信道，必需针对无线信道的弱点研发新的信号处理技术。
本章首先介绍无线信道的特点、噪声与无线电通信干扰，然后介绍自适应均衡技术、多用户检测技术和宽带无线通信信号处理技术，最后讨论无线通信系统中的电磁兼容技术。
4.1无线信道的特点1.无线信道的主要特点有线信道可建模为加性高斯白噪声（AGWN ）和线性滤波器信道（Linear Filter Channel ），信号通过有线信道后的接收信号分别为)()()(t n t s t y +=α (无限带宽理想信道) )()()()(t n t h t s t y +*= (有限带宽恒参信道))()()(t n d t h +-=⎰∞∞-ττδτ上式中，α是信道的衰减因子；h （t ）是信道的冲激响应。
有线信道是封闭信道。
无线信道可建模为线性时变滤波器信道（Linear Time-Variant Filter Channel ），信号通过无线信道后的接收信号为)(),()()(t n t h t s t y +*=τ)()();(t n d t s t h +-=⎰∞∞-τττ对多径信道∑=-=LK k k t a t h 1)()();(ττδτ∑=+-=LK k k t n t s t a t y 1)()()()(τ无线信道的主要特点是:开放信道，极易受干扰和噪声的影响；无线信道接收点地理环境复杂，多样；无线通信用户可能慢速步行，亦可能高速运动。
2.移动无线信道移动通信中，移动点接收到的无线电波功率为)()()(d R d s d d P n r -=上式中，d -n是无线电波的路径损失指数；s （d ）是由于无线电波传播路径上受到障碍物阻塞而引起的慢衰落；R （d ）是由于多径、多普勒效应和接收天线的空间选择性引起的快衰落。