微波電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1、一、 基礎(chǔ)1、 數(shù)字微波應(yīng)用微波是無(wú)線電波的一種。在我國(guó)無(wú)線電廣播按波長(zhǎng)分為：長(zhǎng)波(LW) 波長(zhǎng)在介于10002000米，中波(MW)波長(zhǎng)在介于200-600米、短波(SW）波長(zhǎng)在介于10100米。CDMA800工作波長(zhǎng)（35.9336.36、34.0934.48）米。在我國(guó)分配微波頻率為：微波通信的特點(diǎn)：視距傳輸；電波在傳播過(guò)程中遇到尺寸和工作波長(zhǎng)相近的障礙物時(shí)，會(huì)繞過(guò)障礙物向前傳播，這種現(xiàn)象叫做電波的繞射。微波通信建設(shè)快、投資小、應(yīng)用靈活；傳輸質(zhì)量可靠，抗干擾能力強(qiáng)。至今與光纜通信和衛(wèi)星通信并列為現(xiàn)代通信傳輸?shù)娜笾е?，在中等容量的網(wǎng)絡(luò)中，微波傳輸是一種最靈活、適應(yīng)性最強(qiáng)的通信手段。在移動(dòng)

2、網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用：在移動(dòng)接入網(wǎng)絡(luò)中，隨著網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)容和無(wú)縫覆蓋的需求，新建了大量移動(dòng)基站，如城區(qū)的“樓宇室內(nèi)覆蓋”，邊遠(yuǎn)地區(qū)的“邊際網(wǎng)覆蓋”，沿海地區(qū)“海島移動(dòng)覆蓋”。 但由于市政建設(shè)限制（如架空線難、開(kāi)挖路面鋪管道難），在自然環(huán)境很惡劣的山區(qū)和海洋，光纜建設(shè)非常困難、造價(jià)太高，造成大量光纖死角，部分基站的接入必須采用無(wú)線方式解決，產(chǎn)生了大量無(wú)線傳輸需求。如沿海城市大連，擁有諸多的島嶼，島嶼上的移動(dòng)通信成為大連移動(dòng)提高移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋率的重要任務(wù)。大連采用SDH微波作為各海島移動(dòng)基站的中繼鏈路，并通過(guò)與光傳輸系統(tǒng)的連接，組成完整的傳輸網(wǎng)絡(luò)。SDH微波鏈路干線全長(zhǎng)162.28公里，支線全長(zhǎng)66.68公里

3、，最長(zhǎng)站距34.80公里，最短站距6.89公里，平均站距19.08公里，且全部為跨海電路（跨海微波鏈路的設(shè)計(jì)，由于海面環(huán)境和氣候情況復(fù)雜，通常是所有微波應(yīng)用中難度最大）。使用微波設(shè)備不僅可以緩解傳輸網(wǎng)絡(luò)資源不足的壓力。而且提高了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)工程進(jìn)度，降低了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)投資。 在移動(dòng)核心網(wǎng)絡(luò)中， 微波設(shè)備可提供高達(dá)2.5Gbps的傳輸容量，用來(lái)與光纖混合組網(wǎng),作為城域光環(huán)和重要鏈路的備份。在3G網(wǎng)絡(luò)中，Node-B對(duì)傳輸容量要求已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于2G網(wǎng)絡(luò)中BTS對(duì)傳輸容量的要求，Node-B上已經(jīng)不再只有E1接口, 而是可以提供STM-1接口和IP接口的基站。因此，帶來(lái)移動(dòng)基站傳輸接入網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)和擴(kuò)容需求。

4、當(dāng)今，數(shù)字微波設(shè)備在統(tǒng)一平臺(tái)上同時(shí)可以傳輸TMD和IP業(yè)務(wù)，容量可以從E1STM-1，同時(shí)滿足2G、3G以及2G/3G共站傳輸?shù)男枨?。在移?dòng)應(yīng)急通信或臨時(shí)通信中，如移動(dòng)應(yīng)急通信車等。2、 自由空間的電波傳播2.1、 自由空間傳播損耗在自由空間傳播的電磁波不產(chǎn)生反射、折射、吸收和散射等現(xiàn)象，也就是說(shuō)，總能量并沒(méi)有被損耗掉。LT-R=20lg(4LKm/) =32.45+20lgfMHz+20lgLkm =92.45+20lgfGHZ+20lgLkm上式中：LTR-T和R間的直接視通的自由空間衰減（單位為dB）。Lkm-T和R間的距離。（單位為Km）-傳播電波的波長(zhǎng)（單位為米）。fMHz, fGH

5、Z-傳播電波的頻率，單位分別為MHZ、和GHZ設(shè)發(fā)信功率Pt=1W，工作頻率f=3.8GHz，兩站相距45km，收發(fā)天線增益GtGr39dB，收發(fā)兩端饋線系統(tǒng)損耗LftLfr2 dB，收發(fā)兩端分路系統(tǒng)損耗LbtLbr1 dB。求：在自由空間傳播條件下接收機(jī)的輸入電平和輸入功率。解：Pt=10lg1000mW30 dBm在自由空間傳播條件下，自由空間傳播損耗：Ls（dB）=92.45.4+20lg 45 +20lg 3.8137 dB Pr（dBm）Pt（dBm）+（Gt+Gr）（LftLfr）（LbtLbr）Ls =30+(39+39)-(2+2)-(1+1)-137 =-35 dBmPr(m

6、W)=10-35/10=0.00032 mW=0.32 W 2.2、 費(fèi)涅耳區(qū)半徑惠更斯原理：光和電磁波都是一種振動(dòng)，振動(dòng)源周圍的媒質(zhì)是有彈性的，一點(diǎn)的振動(dòng)可通過(guò)媒質(zhì)傳遞給鄰近的質(zhì)點(diǎn)，并依次向外擴(kuò)展，而成為在媒質(zhì)中傳播的波。根據(jù)惠更斯-費(fèi)涅耳原理，在電波的傳輸過(guò)程中，波陣面上的每一點(diǎn)都是一個(gè)進(jìn)行二次輻射的球面波的波源，這種波源稱為二次波源。而空間任一點(diǎn)的輻射場(chǎng)都是由包圍波面的任意封閉曲面上各點(diǎn)的二次波源發(fā)出的波在該點(diǎn)相互干涉，疊加的結(jié)果。顯然，封閉曲面上各點(diǎn)的二次波源到達(dá)接收點(diǎn)的遠(yuǎn)近不同，這就使得接收點(diǎn)的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的大小發(fā)生變化，分析這種變化引入費(fèi)涅耳區(qū)的概念。由圖可見(jiàn)r1+r2-d就是反射波和

7、直射波的行程差r=n/2。顯然當(dāng)r是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，反射波和直射波在R點(diǎn)的作用是相同的且是最強(qiáng)的，此時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)得到加強(qiáng)；而r為半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍長(zhǎng)時(shí)，反射波在R點(diǎn)的作用是相互抵消的，此時(shí)R點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)最弱。我們就把這些n相同的點(diǎn)組成的面稱為費(fèi)涅耳區(qū), 費(fèi)涅耳區(qū)就是以收發(fā)點(diǎn)為焦點(diǎn)的一系列橢球面所包圍的空間。費(fèi)涅耳區(qū)上一點(diǎn)P到收發(fā)點(diǎn)連線的垂直距離稱為費(fèi)涅耳區(qū)半徑，用Fn表示。2.2.1、 第一費(fèi)涅耳區(qū)半徑當(dāng)n=1 時(shí)，F(xiàn)1稱為第一費(fèi)涅耳區(qū)半徑。 式中：F1-第一費(fèi)涅耳區(qū)半徑，m；-工作波長(zhǎng)，m；d-收發(fā)天線之間的距離為，Km;d1、d2-分別為障礙點(diǎn)與收發(fā)天線之間的距離，Km；2.2.2、 最小費(fèi)涅耳區(qū)半

8、徑理論證明，在相當(dāng)于第1費(fèi)涅爾區(qū)面積1/3的圓孔就能獲得自由空間傳播。F0代表該圓孔的半徑，稱為最小費(fèi)涅爾區(qū)半徑。 式中：Fo-稱為最小費(fèi)涅爾區(qū)半徑，m；-工作波長(zhǎng)，m；f-工作頻率，GHz；d-收發(fā)天線之間的距離為，Km;d1、d2-分別為障礙點(diǎn)與收發(fā)天線之間的距離，Km；第一費(fèi)涅爾半徑 F1和最小費(fèi)涅爾半徑 F0是微波通路勘測(cè)中兩個(gè)重要的物理參量, F0被稱為障礙物禁區(qū)。顯然，當(dāng)波長(zhǎng)和距離d一定時(shí)，F(xiàn)0與d1、d2的位置有關(guān)，且中點(diǎn)（d1 = d2）處的F0最大。3、 余隙3.1、 余隙傳播余隙是指在微波傳播路徑的剖面圖上，收發(fā)兩點(diǎn)的連線與最高障礙物頂點(diǎn)之間的距離。如下圖所示，hc即為余隙

9、。從圖中幾何關(guān)系可知，收發(fā)兩點(diǎn)的連線在障礙點(diǎn)的高度h為： h考慮地球凸起he后，余隙hc等于： 式中：a-為地球半徑，單位為米。H3為微波中繼剖面中，障礙點(diǎn)頂端的海拔標(biāo)高；4、 大氣折射4.1、 大氣折射從地面算起，垂直向上，可把大氣分為6層，依次稱作對(duì)流層、同溫層、中間層、電離層、超離導(dǎo)以及逸散層。對(duì)流層是指自地面向上大約10km范圍的低空大氣層。對(duì)流層集中了整個(gè)大氣質(zhì)量的四分之三。對(duì)流層的大氣壓力、溫度及濕度都隨離開(kāi)地面的高度而變化、是不均勻的，會(huì)使電波產(chǎn)生折射。由于對(duì)流層的折射率隨高度而變，因此電波在對(duì)流層中傳輸時(shí)會(huì)發(fā)生不斷的折射，從而導(dǎo)致軌跡彎曲，這種現(xiàn)象稱為大氣折射。折射率梯度折射率

10、梯度表示折射率隨高度的變化率。折射率梯度不同，對(duì)流層中電波傳播路徑有如下三種類型：1、零折射：折射率0，對(duì)流層大氣為均勻大氣，電波射線為直線，射線的曲率半徑為；2、負(fù)折射：折射率0，折射率隨高度增加而增加，上層空間的電波射線速度小，下層空間電波射線速度大，電波傳播的軌跡向上彎曲與地面的彎曲反向，稱為負(fù)折射；以上兩種情況很少發(fā)生。3、正折射：折射率0，折射率隨高度增加而減小，上層空間的電波射線速度大，下層空間電波射線速度小，電波傳播的軌跡向下彎曲與地面的彎曲同向，稱為正折射。正折射中又可根據(jù)特殊的折射率分成三種特殊的折射：（1）標(biāo)準(zhǔn)大氣折射：在正常標(biāo)準(zhǔn)大氣下的折射；（2）臨界折射：電波射線的曲率

11、半徑剛好等于地球的半徑，水平發(fā)射的電波射線將與地球同步彎曲，形成一種臨界狀態(tài)；（3）超折射：電波射線的曲率半徑小于地球曲率的為超折射, 有逆溫層（氣溫隨高度增加）或水汽隨高度急劇減小時(shí)，可以形成超折射。此時(shí)電波從上層折回，再被下層反射，似在波導(dǎo)內(nèi)傳播一樣，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的空氣層稱為大氣波導(dǎo)。大氣波導(dǎo)可在一個(gè)薄層內(nèi)使電磁能向遠(yuǎn)方傳播,這個(gè)薄層在對(duì)流層中可以是貼地面的,也可以是懸空的。臨界折射和超折射可使電波傳播距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)視距，特別是海上的大氣波導(dǎo)，這也是有時(shí)能收到遠(yuǎn)地的超短波信號(hào)的主要原因。4.2、 等效地球半徑由上所述，由于大氣的折射作用，使實(shí)際的電波傳播不是按直線進(jìn)行，而是按曲線傳播的，但為

12、了鏈路附加衰落因子計(jì)算方便，仍假設(shè)電波射線按直線傳播，而認(rèn)為地球半徑有了變化，即由實(shí)際半徑變?yōu)榈刃О霃健６x等效地球半徑因子K為 ：式中：ae等效地球半徑；a 實(shí)際地球半徑；由上式可見(jiàn)：負(fù)折射，折射率0、K1，等效地球半徑ae減??；正折射，折射率0、K1，等效地球半徑ae增大； 4.3、 等效地球凸起高度不考慮地球折射時(shí)，地球凸起高度he=,考慮大氣的折射作用后，等效地球凸起高度he：he= 式中：d1-記錄點(diǎn)到起始點(diǎn)的距離,(Km)；d2-記錄點(diǎn)到終點(diǎn)距離，(Km)；he等效地面突起的高度-由于大氣折射而產(chǎn)生的等效地面突起的高度（m）。K-為等效地球半徑系數(shù)；正常傳輸剖面圖K =4/3，最壞

13、氣象傳輸剖面圖KMIN =2/3；a-為地球半徑；一般取a=6370 km。4.4、 余隙計(jì)算前面沒(méi)有考慮大氣折射時(shí)電波傳播余隙hc等于： 考慮大氣的折射作用后，等效地球凸起高度he有了變化，所以余隙hc也發(fā)生了變化： 式中：hc為中繼剖面中，發(fā)收兩點(diǎn)間射線中心線在障礙點(diǎn)上方的傳播余隙；單位為米。H1為中繼剖面中，發(fā)端天線地面的海拔高度；單位為米。h1- 發(fā)端天線中心對(duì)地面的掛高；單位為米。H2為中繼剖面中，收端天線地面的海拔高度；單位為米。h2- 收端天線中心對(duì)地面的掛高；單位為米。d1為中繼剖面中，發(fā)端天線至障礙點(diǎn)的水平距離；單位為米。d2為中繼剖面中，收端天線R至障礙點(diǎn)的水平距離；單位為

14、米。d收發(fā)天線之間的距離d=d1+d2.a-為地球等效半徑，單位為米。k-為地球等效半徑系數(shù)，正常傳輸剖面圖K =4/3，最壞氣象傳輸剖面圖KMIN =2/3H3為微波中繼剖面中，障礙點(diǎn)頂端的海拔標(biāo)高；一般在圖中無(wú)樹(shù)木的地方要考慮另加3米灌木雜草高度的余量；有樹(shù)時(shí)也要根據(jù)出圖日期，考慮一定的生長(zhǎng)余量；單位為米。從上式可見(jiàn)：等效地球半徑系數(shù)K1 正折射，等效地球半徑變大，等效地面突起高度he減小，等效的余隙增大； K1 負(fù)折射，等效地球半徑變小，等效地面突起高度he增大，等效的余隙hc減?。?5、 大氣造成的衰落5.1、 大氣造成的衰落微波在空間傳輸中將受到大氣效應(yīng)和地面效應(yīng)的影響，導(dǎo)致接收機(jī)接

15、收的電平隨著時(shí)間的變化而不斷起伏變化，我們把這種現(xiàn)象稱為衰落。          衰落的大小與氣候條件，站距的長(zhǎng)短有關(guān)。衰落的時(shí)間長(zhǎng)短不一，程度不一。有的衰落持續(xù)時(shí)間很短，只有幾秒鐘，稱之為快衰落；有的衰落持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)，幾分鐘甚至幾小時(shí)則稱之為慢衰落。衰落的出現(xiàn)將使得信號(hào)發(fā)生畸變。接收電平低于自由空間傳播電平的稱之為下衰落。而接收電平高于自由空間的傳播的電平時(shí)，則稱為上衰落。顯然慢衰落和下衰落對(duì)微波通信有很大的影響。         從

16、大氣對(duì)電波的衰減的物理因素來(lái)看，有幾種類型：1、吸收衰落大氣中的云、霧、雨等小水滴對(duì)電波能量的熱吸收以及水分子、氧分子對(duì)電波能量的諧振吸收，導(dǎo)致微波在傳播的過(guò)程中的能量損耗而產(chǎn)生衰耗；  云、霧、雨等小水滴對(duì)電波的熱吸收與小水滴的密度有關(guān)，例如大雨比小雨對(duì)電波的吸收要大。諧振吸收與工作波長(zhǎng)有關(guān)，水分子的諧振吸收發(fā)生在1.35cm 與1.6mm的波長(zhǎng)上，氧分子的諧振吸收發(fā)生在5mm與2.5mm的波長(zhǎng)上。對(duì)于頻率較低的電磁波，站與站之間的距離是50km以下時(shí)，大氣吸收產(chǎn)生的衰減相對(duì)于自由空間產(chǎn)生的衰減是微不足道的，可以忽略不計(jì)。2、K型衰落。這是由于多徑傳輸產(chǎn)生的干涉型衰落，它是由直射波

17、和反射波在到達(dá)接收端時(shí)，由于行程差，使它們的相位不一樣，在疊加時(shí)產(chǎn)生的電波衰落。由于這種衰落與行程差r有關(guān)，而r是隨大氣的折射參數(shù)K值的變化而變化的，故稱為K型衰落。這種衰落在水面，湖泊，平滑的地面時(shí)顯得特別嚴(yán)重。     3、由于雨霧中的小水滴會(huì)使電磁波產(chǎn)生散射，從而造成電磁波的能量損失，產(chǎn)生散射衰減。此時(shí)接收點(diǎn)也可以接收到多徑傳來(lái)的這種散射波，它們的振幅和相位是隨機(jī)的，這就使接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)的振幅發(fā)生變化，形成快衰落。由于這種衰落是由于多徑產(chǎn)生的，因此稱之為閃爍衰落。這種衰落持續(xù)時(shí)間短，電平變化小，一般不會(huì)造成通信的中斷。4、波導(dǎo)型衰落。5.2、 雨衰當(dāng)

18、工作頻率確定時(shí)，由于降雨越大衰減也越大，嚴(yán)重時(shí)可使電路嚴(yán)重誤碼甚至電路完全中斷；在建設(shè)微波中繼電路中確定工作頻率時(shí)，一定要考慮當(dāng)?shù)氐慕涤暧绊懀闺娐酚凶銐虻目顾ヂ鋬?chǔ)備,保證使傳遞的接收信號(hào)電平即使電路遇上雨衰落時(shí)始終在門(mén)限電平以上。根據(jù)工程中的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，在了解了當(dāng)?shù)刈畲蠼涤陱?qiáng)度和它的分布規(guī)律以后，根據(jù)站距長(zhǎng)短必須校核計(jì)算，降雨引入的空間損耗最好不得因此將電路的傳輸儲(chǔ)備降低到25dB以下。 雨衰耗-頻率關(guān)系曲線Rain-雨、降雨、Attenuation-衰減、Density-密度 Storm-暴風(fēng)雨、shower-陣雨、drizzle-細(xì)雨6、 大地造成的衰落大地衰減有兩種：地面上山丘、樹(shù)林、

19、建筑物等阻擋一部分電磁波的射線，造成的衰減。典型的是刃型衰減；大地反射造成衰減，如光滑/水網(wǎng)等強(qiáng)反射地面將微波信號(hào)反射到接收天線上，反射波與入射波疊加后，有可能相互抵消而產(chǎn)生損耗；6.1.1、 刃型障礙物的阻擋衰減微波在傳播路徑上往往會(huì)遇到一個(gè)或多個(gè)障礙物 為了估算這些障礙物的附加繞射損耗 通常是將障礙物的形狀理想化 一種情況是當(dāng)障礙物的厚度相對(duì)較窄時(shí) 可假定為刃形障礙 另一種情況是當(dāng)障礙物的厚度相對(duì)較寬時(shí) 可假定為扁平的物體 并在頂部可定義出曲率半徑 這種障礙物稱為非刃形障礙。障礙物的厚度是在障礙物頂點(diǎn)向下等于Fo處，作一條與TR射線平行的直線，這條直線與障礙物的截線設(shè)為ro，當(dāng)：3則視障礙

20、物為理想刃型。視距微波通信常常根據(jù)刃型障礙物的路徑余隙hc的大小將線路分為三類：（1）hc F0稱為開(kāi)路線路；（2）0 hc F0稱為半開(kāi)路線路；（3）hc 0稱為閉路線路。開(kāi)線路附加衰落因子幾乎為0，微波鏈路的傳播損耗可以按照自由空間傳播損耗計(jì)算。微波鏈路設(shè)計(jì)追求的就是開(kāi)線路；半開(kāi)路線路和閉路線路，因?yàn)槿行握系K物沒(méi)有遮擋住所有的費(fèi)涅耳區(qū)，有一定數(shù)量的費(fèi)涅耳區(qū)空間不被遮擋，電波能繞過(guò)刃形障礙物，使收信電平達(dá)到一定的數(shù)值。半開(kāi)路線路和閉路線路，附加損耗可由上圖左半部所示的曲線查出。也可按照繞射公式計(jì)算。 - - - 從上式可見(jiàn)：半開(kāi)路線路和閉路線路為負(fù)值，VdB隨增大而增大。微波波長(zhǎng)越小，F(xiàn)o越

21、小、hc/Fo越大、VdB越大。所以微波傳播幾乎沒(méi)有繞射能力，微波中繼一般都按開(kāi)線路設(shè)計(jì)。例如，前面計(jì)算兩個(gè)相距45km的微波鏈路，在僅計(jì)算了自由空間傳播損耗的條件下得到接收機(jī)的輸入電平Pr（dBm） =-35 dBm如果微波鏈路上有一個(gè)刃型障礙物，且余隙hc/Fo1.5,查圖，刃型障礙物對(duì)電波傳播阻擋而產(chǎn)生的附加衰落因子-20 dB所以，接收機(jī)實(shí)際收信電平為： pr（dBm）= 35dBm（20）55 dBm6.1.2、 大地反射衰減 大地反射造成衰減，如圖所示。假設(shè)發(fā)射天線架高為H1，接收天線高度為H2。直接波的傳播路徑為r1，光滑/水網(wǎng)等強(qiáng)反射地面的地面反射波的傳播路徑為r2、與地面之間

22、的投射角為。收、發(fā)兩點(diǎn)間的水平距離為d。接收點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)為直接波與地面反射波的疊加。如果沿r1路徑在接收點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)振幅為E1，沿r2路徑在接收點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)振幅為E2，在傳播路徑遠(yuǎn)大于天線架高的情況下，兩條路徑之間的路程差為：rr2r1E1=E2時(shí)，接收點(diǎn)的總場(chǎng)強(qiáng)為： 可見(jiàn)接收點(diǎn)的總場(chǎng)強(qiáng)與直射波和反射波在到達(dá)接收端的行程差r有關(guān)，前面講了r是隨大氣的折射參數(shù)K值的變化而變化的，所以接收端信號(hào)電平也隨著變化。這種由于多徑傳輸產(chǎn)生的干涉型衰落稱為多徑衰落。這種衰落在水面，湖泊，平滑的地面時(shí)顯得特別嚴(yán)重。下圖是垂直極化波在海平面上的干涉效應(yīng)。6.1.3、 光滑地面判斷準(zhǔn)則瑞利準(zhǔn)則假設(shè)地面的起伏高度為h，

23、投射角為，為了能近似地將反射波仍然視為平面波，即仍有足夠強(qiáng)的定向反射，要求 上式即為判別地面光滑與否的依據(jù)，也叫瑞利準(zhǔn)則。當(dāng)滿足這個(gè)判別條件時(shí)，地面可被視為光滑；當(dāng)不滿足這個(gè)判別條件時(shí)，地面被視為粗糙，反射具有漫散射特性，反射能量呈擴(kuò)散性。6.1.4、 地面反射點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)備建設(shè)的微波電路，首先要按設(shè)計(jì)程序選好路由，避免使線路穿越水網(wǎng)、湖面或海面等強(qiáng)反射區(qū)域，防止地面反射造成的干涉型衰落。也可以利用地形地物來(lái)阻擋反射波，使反射波不能直接到達(dá)接收機(jī)，從而達(dá)到減少衰落的目的。對(duì)光滑水網(wǎng)、沙漠等強(qiáng)反射地區(qū)可以通過(guò)改變通信兩端的天線高度而使信號(hào)的反射點(diǎn)避開(kāi)這些強(qiáng)反射源從而降低信號(hào)的多徑衰落；利用公式和“求反

24、射點(diǎn)參數(shù)的圖表”計(jì)算計(jì)算反射點(diǎn)： C=（hT-hR）/（hT+hR） (假定hThR) M=d2/（4ak）（hT+hR）式中：C和m為中間參數(shù)hT,hR為收發(fā)天線的海拔高度（單位為米）C和m,查“求反射點(diǎn)參數(shù)的圖表”得b利用下式得d1或d2d1=d（1b）2d2=dd1其他，就必須考慮采用空間分集來(lái)克服由于地面的反射給中繼電路帶來(lái)的不穩(wěn)定性。在具體的電路中站距僅有僅有幾公里時(shí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以不作此計(jì)算，可以僅僅考慮有足夠的余隙即可滿足設(shè)計(jì)要求。6.1.5、 余隙標(biāo)準(zhǔn)對(duì)刃型障礙物余隙滿足上述要求即可； 7、 抗衰落技術(shù)7.1.1、 空間分集技術(shù)目前在微波通信和衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，抗衰落的主要手段是采

25、用分集技術(shù)。分集就是指通過(guò)兩條或兩條以上途徑（例如空間途徑）傳輸同一信息，以減輕衰落影響的一種技術(shù)措施。微波通信常用的空間分集方式分為，空間分集發(fā)送和空間分集接收?？臻g分集接收是指在空間不同的垂直高度上設(shè)置幾副天線，同時(shí)接收一個(gè)微波信號(hào)，然后合成或選擇其中一個(gè)強(qiáng)信號(hào)。實(shí)踐表明，分集接收對(duì)多徑衰落是非常有效的，常常應(yīng)用在大通路的微波干線上。7.1.2、 其他分集技術(shù)頻率分集。用兩個(gè)以上的頻率同時(shí)傳送一個(gè)信號(hào)，在接收端對(duì)不同頻率的信號(hào)進(jìn)行合成，利用電磁波在不同頻率下的不同行程來(lái)減少或消除影響。這種方法效率較好，且只需一副天線，但在頻率十分緊張的無(wú)線頻段，頻率的使用效率就顯得不太高了。極化分集。通過(guò)

26、發(fā)射端的天線發(fā)射兩個(gè)極化垂直的信號(hào)，接收端分集接收，這樣可以在一定程度上減少多徑的影響。不過(guò)，極化會(huì)產(chǎn)生3db的衰減。因?yàn)榘l(fā)射端必須將能量分到兩個(gè)不同的極化天線。隱分集就是利用信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)分集，如交織編碼技術(shù)、FRC前向糾錯(cuò)技術(shù)，跳頻技術(shù)等。隱分集一般用在數(shù)字通信系統(tǒng)中。另外還有一種就是信道均衡技術(shù)。7.1.3、 擴(kuò)頻通信目前通信理論界和工程界都普遍認(rèn)為，擴(kuò)頻通信是在信道技術(shù)上解決多徑衰落的非常有效的手段。偽隨機(jī)碼尖銳的自相關(guān)特性使各個(gè)多徑信號(hào)完全獨(dú)立。理論上可以證明：當(dāng)多徑時(shí)延超過(guò)一個(gè)碼元碼元寬度Tc時(shí)，多徑信號(hào)與直接接收信號(hào)的相關(guān)系數(shù)為零，則完全可以作為噪聲處理，對(duì)通信不造成影響。另外

27、，當(dāng)碼元Tc相當(dāng)窄，且偽碼碼元很長(zhǎng)時(shí)，系統(tǒng)的頻譜很寬，反射回來(lái)的多徑頻率分量不可能同相到達(dá)接收點(diǎn)，所形成的多徑干擾信號(hào)在相關(guān)檢測(cè)中被減弱。因此在一般常規(guī)通信中認(rèn)為極難對(duì)付的多徑干擾，在擴(kuò)展頻譜通信中得到了解決。8、 微波頻率和極化選擇系統(tǒng)工作頻率的選擇受傳輸路徑對(duì)電波的傳輸損耗及電波的衰落特性的制約。大氣中的電子、離子、氧分子、水蒸氣、鹽霧等對(duì)通信的影響較大，隨著通信頻率的增高以上各種因素對(duì)通信的影響會(huì)有所增加，同時(shí)多徑衰落也相應(yīng)增加。因此系統(tǒng)的通信頻率不宜太高。    另一方面，系統(tǒng)工作頻率的提高，不僅使得通信設(shè)備及天線的尺寸可以小一些，電波的菲涅爾半徑也要小一

28、些，有利于實(shí)現(xiàn)微波開(kāi)線路傳輸。    實(shí)際系統(tǒng)的工作頻率需要綜合系統(tǒng)的通信距離及系統(tǒng)的鏈路電平余量等要求作出選擇，并結(jié)合已建通信線路的現(xiàn)狀和當(dāng)?shù)貤l件綜合考慮。ITU-RS和我國(guó)有關(guān)的頻段分配、頻道配置的建議和規(guī)定如下。工作頻率GHZ占用頻段MHZ容量（Mbit/s）頻帶中心頻率f0（MHZ）工作波道數(shù)第n波道中心頻率fn 和 fn MHZ波道序號(hào)n1.5142715302.0482×2.0488.4481478.524126fn=f0-51.5+nfn=f0+3.5+nn=1,3,547n=2,6,1046n=4,12,20442170019008.44

29、82×8.44818086fn=f0-108.5+14nfn=f0+10.5+14n24902690258619002300210112fn=f0-208+14.5nfn=f0+5+14n1900230034.3682×34.36821016fn=f0-208+29nfn=f0+5+29n230025002.0482×2.04823944020fn=f0-87+nfn=f0+7+nn=1,3,579 n=1,5,9774340038002×34.368139.2643592.06fn=f0-208+29nfn=f0+5+29n380042004003.5

30、6592564252×34.368139.26461758fn=f0-259.45+29.65nfn=f0-7.41+29.65n64307110 139.26467708fn=f0-350+40nfn=f0-5+40n7712574258.4482×8.44834.368727520105fn=f0-154+7nfn=f0+7+7nn=1,2,320n=1,3,519 n=1,5,91774257725757587725827534.3682×34.36880008fn=f0-281.95+29.65nfn=f0+29.37+29.65n820085002.04

31、88.4482×8.44834.3682×34.3688350126fn=f0-151.614+11.662nfn=f0+11.662nn=1,2,312n=1,3,511850087508.4482×8.4488629.56fn=f0-127.5+15nfn=f0+22.5+15n1110700117008.44834.3682×34.368139.2641120012fn=f0-525+40nfn=f0+5+40n1312750132502.0488.4482×8.4482×8.44834.3682×34.3681299

32、6168fm=f0-276.5+28n+7mfm=f0-10.5+28n+7m fn=f0-245+14nfn=f0+21+14n fn=f0-259+28nfn=f0+5+28nn=1或2m=1,2,3,4n=1,2,316 n=1,2,3815145001535010以下2×8.44834.36811701(fr)3015fm=fr-2768.5+28n+7mfm= fr -3608.5+28(N-n)+7m fn=fr-2800+14nfn=fr+3640-14(N-n) fn=fr-2786+28nfn=fr+3626-28(N-n)n=1或15n=15N=15m=1,2,3

33、,4n=1,2,3NN30 n=1,2,3NN15181770019700139.2642×8.44834.3688.4482×.0482.04818700835fn=f0-1000+110nfn=f0+10-110nfn=f0-1000+27.5nfn=f0+10+27.5nn=1,2,38 n=1,2,3359、 微波電路的質(zhì)量計(jì)算9.1、 微波電路的質(zhì)量指標(biāo)不同等級(jí)電路對(duì)的損傷的要求不同，見(jiàn)ITU-TSG.821建議。對(duì)中小容量微波電路，根據(jù)大量的工程經(jīng)驗(yàn)，在規(guī)定的電路誤碼率條件下，在考慮到系統(tǒng)內(nèi)部的衰落、干擾和其它惡化因數(shù)后，電路中斷率達(dá)到規(guī)定分配要求即可。當(dāng)中繼電

34、路確定以后，每個(gè)數(shù)字段（對(duì)GSM系統(tǒng)而言每個(gè)中繼段都是一個(gè)數(shù)字段）的中斷概率指標(biāo)計(jì)算如下：（1）、誤比特率大于1×10-3的惡化分的要求,即BER10-61.5L/1250（2）、誤比特率大于1×10-6的惡化分的要求,即BER10-60.04L/1250式中L為中繼段距離d（Km）誤碼惡化分：在一分鐘的統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)，誤碼率超過(guò)1×10-6分鐘數(shù)與相應(yīng)的惡化分占總通信時(shí)間的百分?jǐn)?shù)。主要由設(shè)備性能不完善及干擾因素造成。9.2、 微波電路質(zhì)量計(jì)算9.2.1、 微波電路的抗衰落儲(chǔ)備(1)中繼電路的正常接收電平Pr =pT-LTR-LTK+GT-LT-R+GR-LRK LR

35、R 上式中：Pr-電路無(wú)衰落時(shí)的正常接收電平（dBm）pT-微波中繼段發(fā)送端的發(fā)送電平（dBm）LTR、LRR-中繼段收發(fā)兩端的分并路系統(tǒng)損耗（dB）。分別等于發(fā)信機(jī)出口到合路器輸入口間的插入損耗、收信機(jī)入口到合路器輸出口間的插入損耗，插入損耗一般為1dB；LTK、LRK-中繼段收發(fā)兩端的饋線系統(tǒng)總損耗（dB）。饋線附件損耗（如密封節(jié)、橢矩變換節(jié)，一般為2dB）+單條饋線損耗（饋線衰減常數(shù)dB/m*饋線長(zhǎng)度）；GT、GR-中繼段收發(fā)兩端的收發(fā)天線增益（dBi）LT-R-中繼段的自由空間傳播損耗（dB）（3）中繼電路的抗衰落儲(chǔ)備M= Pr-P TH P TH接收機(jī)門(mén)限電平（dBm），此值由設(shè)備商

36、提供。如愛(ài)立信的某接收機(jī)的門(mén)限接收電平。BER=10-3 ：4×E1/每信道時(shí)為-88 dBm 2×E1/每信道時(shí)為-91 dBmBER=10-6 ：4×E1/每信道時(shí)為-85 dBm 2×E1/每信道時(shí)為-88 dBm MBER=10-6= Pr-P TH(BER=10-6) MBER=10-3= Pr-P TH(BER=10-3) 上式中： MBER=10-6表示BER=10-6的衰落儲(chǔ)備；MBER=10-3表示BER=10-3的衰落儲(chǔ)備；p中繼段正常接收電平（dBm）9.2.2、 中繼電路的中斷概率根據(jù)CCIR建議，可以用中斷概率（P）的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)

37、估算數(shù)字微波傳輸?shù)目煽啃裕?#160; BER=KQfBdc=0BER=KQfBdc=0 數(shù)字微波傳輸可靠性R： R=1P 上式中：BER=-BER=10-6時(shí)中繼電路的中斷概率；BER=-BER=10-3時(shí)中繼電路的中斷概率；K-地形和氣候條件因子；Q -除f和d之外，考慮路徑其它變量影響的因子；f-中繼電路的工作頻率(GHZ)；B -頻率因子；C-路徑長(zhǎng)度因子；d-微波中繼電路的站距(km)。我國(guó)計(jì)算電路中斷概率相關(guān)參數(shù)表原郵電部設(shè)計(jì)院的標(biāo)準(zhǔn)取值，在一般的條件下，地形為山區(qū)的情況下，KQ=1.5×10-4，B=1，C=1.2。世界其他國(guó)家和地區(qū)計(jì)算電路中斷概率相關(guān)參數(shù)表

38、注：S1-地面粗糙度,6mS142m；S2-地面斜率均方根值,1S280rms。9.2.3、 電路考慮雨衰等其他因素的影響時(shí)電路中斷概率BER=0.(1-26)BER=10-3=0.(1-27)上式中： N表示雨衰等其他因素的影響帶來(lái)的衰減（dB）； 考慮雨衰等其他因素的影響時(shí)電路中斷概率。9.2.4、 結(jié)論將值與誤碼惡化分指標(biāo)比較:當(dāng) 0.04L/1250時(shí) ,中繼電路質(zhì)量指標(biāo)滿足要求。二、 微波電路設(shè)計(jì)1、 制作中繼電路傳輸剖面圖（1）、在設(shè)置微波站址區(qū)域的1/5萬(wàn)（或更大比例）地形圖上，先確定設(shè)置微波天線的準(zhǔn)確的平面座標(biāo)位置，將需要建立微波中繼站的兩點(diǎn)作出標(biāo)記，記錄中繼站點(diǎn)的：圖名、圖號(hào)

39、、所屬管區(qū)地名、坐標(biāo)（平面的和經(jīng)緯度的都讀），在圖的邊緣說(shuō)明中找到真子午線、磁子午線、及坐標(biāo)縱子午線間的相對(duì)關(guān)系，并注明它的偏移方向；（2）、將需要建立微波中繼站的兩點(diǎn)用直線連接。從起始點(diǎn)開(kāi)始向終點(diǎn)沿標(biāo)記直線，依順序選擇記錄點(diǎn)（坡度變化率較快時(shí)相鄰記錄點(diǎn)間的距離取0.2km，坡度變化率較快取至3KM或更長(zhǎng)。坡度上升下降的改變點(diǎn)必須選擇），依次記錄每一點(diǎn)的地面海拔高度（m）(包括建筑物或樹(shù)的高度)、和起始點(diǎn)的距離（km），直到終點(diǎn)。2、 計(jì)算站距設(shè)：中繼段的兩端點(diǎn)的分別為T(mén)站和R站；TR站間的站距為L(zhǎng)(km)。情況一：當(dāng)各點(diǎn)的平面直角坐標(biāo)分別為：YT、XT、 YR、XR、，（坐標(biāo)單位為Km）L

40、(km)= (YR-YT)2+( XR- XT)21/2 .(1-1)情況二：當(dāng)各點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)分別為： YT、XT、；YR、XR、，坐標(biāo)單位為度）L (km)= COS-1COS(YR-YT)×COS( XR- XT) ×6370×/180 式中：YT、XT、-表示T點(diǎn)在平面直角坐標(biāo)系中的橫坐標(biāo)和縱座標(biāo)。Y、T、XT、-表示T點(diǎn)在平面直角坐標(biāo)系中的經(jīng)度坐標(biāo)和緯度座標(biāo)。3、 天線方位角計(jì)算3.1、 三種方位角真北方位角：T-R射線以真子午線為計(jì)算起點(diǎn)，沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)至指定的瞄準(zhǔn)方向，此時(shí)射線所掃過(guò)的角度即為此射線的真北方位角。磁北方位角：T-R射線以指南針指示的

41、北極為計(jì)算起點(diǎn)，沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)至指定的瞄準(zhǔn)方向，此時(shí)射線所掃過(guò)的角度即為此射線的磁北方位角；坐標(biāo)北方位角：T-R射線以高斯平面直角坐標(biāo)系縱軸線方向?yàn)橛?jì)算起點(diǎn)，沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)至指定的瞄準(zhǔn)方向，此時(shí)射線所掃過(guò)的角度即為此射線的坐標(biāo)北方位角。由于真子午線的方位的朝向相對(duì)而言比較固定，因此多以真北方位角來(lái)表達(dá)天線的通信方位角。但是真子午線的方位要通過(guò)天文測(cè)量或用陀螺經(jīng)緯儀測(cè)定，所以在通信工程中為了施工使用方便常以磁北方位角表達(dá)。在的五萬(wàn)分之一的地形圖上，圖的邊緣說(shuō)明中可以找到真子午線、磁子午線、及坐標(biāo)縱子午線間的相對(duì)關(guān)系。3.2、 計(jì)算磁北方位角首先計(jì)算各站的坐標(biāo)北方位角：利用五萬(wàn)分之一的地圖，我

42、們可以得到各站在平面直角坐標(biāo)圖中的關(guān)系示意圖。利用此圖先計(jì)算中繼電路段兩端天線在平面直角中的坐標(biāo)北方位角：設(shè):T站和R站在1/5萬(wàn)地形圖上的平面直角坐標(biāo)分別為：T站YT、XT、；R站YR、XR、：TR=tg-1（XT-XR）/（YT-YR） 按上式計(jì)算結(jié)果TR是一個(gè)銳角,還需要按射線在平面直角坐標(biāo)中的象限位置修正。再計(jì)算中繼電路段兩端天線的磁北方位角：查各微波站所在的五萬(wàn)分之一的地形圖，在圖的邊緣說(shuō)明中找到真子午線、磁子午線、及坐標(biāo)縱子午線間的相對(duì)關(guān)系。 根據(jù)圖中提供的相對(duì)位置，計(jì)算各站天線磁北方位角。4、 天線俯仰角計(jì)算天線的俯仰角是以本點(diǎn)處的水平線為參考線,水平線以上的方向線與水平線間的夾

43、角為仰角.,計(jì)算符號(hào)計(jì)為”+”,反之為俯角計(jì)為”-”1arctg2arctg上兩式中:1表示從站點(diǎn)T天線中心看向?qū)Ψ教炀€R中心本站天線俯仰角; 單位為度。（1弧度57.3o）2-表示.從站點(diǎn)R天線中心看向?qū)Ψ教炀€T中心本站天線俯仰角; 單位為度。4.1、 橢圓饋線系統(tǒng)的組成由于10GHZ以上微波設(shè)備多為天線、高頻、復(fù)用及其他設(shè)備做在一起的一體化設(shè)備，所以不再考慮單獨(dú)的饋線。而頻率較低的設(shè)備，由于波長(zhǎng)較長(zhǎng)，所以天線、高頻設(shè)備尺寸較大，天線和高頻設(shè)備都是分開(kāi)放在不同的地方，因此必須采用較長(zhǎng)的饋線。橢圓饋線系統(tǒng)的連接組成：天線的出入口（帶饋線連接法蘭，可選用矩形饋線彎頭或固定-扭轉(zhuǎn)波導(dǎo)*）饋線上密封

44、節(jié)橢矩變換節(jié)整條橢圓饋線橢矩變換節(jié)饋線下密封節(jié)收發(fā)信機(jī)入口端的收或發(fā)的分路系統(tǒng)接口收發(fā)信機(jī)。各部件還必須配置有相應(yīng)的加固、密封、接地材料等，可向廠家提出。4.2、 饋線系統(tǒng)各部件的選用饋線一般有矩形波導(dǎo)和橢圓波紋波導(dǎo)，由于矩形系統(tǒng)組成較復(fù)雜、施工時(shí)靈活性差，工程中多用橢圓波紋波導(dǎo)。橢圓波紋波導(dǎo)系統(tǒng)各組成部件的選用辦法：它的型號(hào)由選用的工作頻率來(lái)決定，但同時(shí)要考慮饋線兩端接口的配合。在天線端由于天線的大小要根據(jù)中繼段接收電平的需要選定，所以接口是變化的，一旦需要的天線大小和其他指標(biāo)通過(guò)電路計(jì)算確定以后，就可以根據(jù)選定天線的接口要求去選配饋線的接口法蘭規(guī)格，這個(gè)法蘭就是饋線附件中的橢-矩變換節(jié)，其上的矩形波導(dǎo)法蘭就是需要的天線接口。同樣，在饋線連接微波機(jī)端有同樣的問(wèn)題，但這時(shí)饋線連接對(duì)象改為微波機(jī)端分路系統(tǒng)的發(fā)信口和并路系統(tǒng)的收信口，這兩個(gè)接口分別連接從天線端過(guò)來(lái)的收信饋線和發(fā)信饋線；接頭法蘭型號(hào)的確定由分并路系統(tǒng)的接口要求而定，一般這兩個(gè)法蘭的要求是一樣的，可以直接從相關(guān)饋線的資料中得到。在這里預(yù)先說(shuō)明一點(diǎn)：在我們選用天線系統(tǒng)時(shí)是采用雙極化天線時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)上述分別采用一收一發(fā)的兩條獨(dú)立饋線；采用單極化天線時(shí)，饋線僅僅采用一條饋線即可。此時(shí)在微波