過(guò)程監(jiān)控07微波通信0601

1、1. 微波通信概念2. 三種微波通信3. 微波通信的優(yōu)點(diǎn)4. 數(shù)字微波中繼系統(tǒng)5. 天線饋線系統(tǒng)6. 收發(fā)信設(shè)備11. 微波通信概念微波指頻率在300MHz300GHz范圍內(nèi)的電磁波。微波通信：利用微波波段的無(wú)線電波傳遞信息的一種無(wú)線通信方式。微波頻率高，波長(zhǎng)短，只能在大氣對(duì)流層中直線傳播，繞射能力很弱。2無(wú)線電波頻段劃分32. 三種微波通信微波通信是利用微波頻段內(nèi)的無(wú)線電波把待傳遞的信息從一地傳送到另一地的一種電信方式。按照所采用的中繼方式(也叫接力方式）不同，有三種：地面微波中繼通信衛(wèi)星微波通信散射微波通信 4（1）微波中繼通信微波在空中的傳播是直線前進(jìn)。而地球是一個(gè)半徑6370km的圓球

2、體，所以在一定的天線高度情況下。天線發(fā)出的微波射束經(jīng)過(guò)一定的地段后，將會(huì)被地球表面所阻擋，不能再傳到更遠(yuǎn)的地方了。當(dāng)天線的高度為50m左右時(shí)，只 能傳輸50km左右。要利用微波作遠(yuǎn)距離通信，必須在遠(yuǎn)距兩地間每隔50km左右設(shè)置一個(gè)微波中繼轉(zhuǎn) 接站。各微波中繼轉(zhuǎn)接站把接收到前一站的微波信號(hào)加以放大等處理后，再轉(zhuǎn)發(fā)到下一站去，就像接力賽跑一樣一站接續(xù)一站，直到收信端終止。地面遠(yuǎn)距離微波通信也叫微波中繼通信（微波接力通信）。 5微波中繼通信（圖）6（2）衛(wèi)星微波通信為了盡量增加相鄰兩個(gè)微波站之間的通信距離，減少中繼站的效量，可以把天線升高。借助于人造地球同步衛(wèi)星，可將中繼站懸掛在高空?！巴健笔侵感l(wèi)

3、星相對(duì)于地面靜止，即人造衛(wèi)星 繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)一周的時(shí)間，恰好等于地球自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間。由于人造地球同步衛(wèi)星距離地面約36000km，從衛(wèi)星到地面的覆蓋面積約占整個(gè)地球表面積的三分之一，一次跨越的最大通信距離長(zhǎng)達(dá)18000km。只要在這個(gè)覆蓋區(qū) 內(nèi)，任何兩地間的地面微波站都可以借助于衛(wèi)星這個(gè)中繼站進(jìn)行通信聯(lián)系。如果在地球赤道上空等間隔放置三顆衛(wèi)星，就可以實(shí)現(xiàn)地面上任意兩點(diǎn)之間的通信。7衛(wèi)星微波通信（圖）8（3）散射微波通信從地面向上到距離地面約12km的范圍內(nèi)，屬于大氣對(duì) 流層。在大氣對(duì)流層中，由于大氣的成份、壓強(qiáng)、溫度和濕度都隨著距離地面的高度和氣象條件而變化，存在對(duì)流運(yùn) 動(dòng)。大氣中不規(guī)則的類似旋渦

4、一樣的湍流運(yùn)動(dòng)使實(shí)際大氣的結(jié)構(gòu)具有不均勻性。當(dāng)微波射束遇到上述客觀存在的大氣不均勻結(jié)構(gòu)體時(shí)便產(chǎn)生雜亂的反射和折射，這種現(xiàn)象稱為 “散射”。由于散射，使一部分微波信號(hào)返回到地面。所謂“ 散射微波通信”就是利用大氣對(duì)流層中不均勻性結(jié)構(gòu)而使微 波射束產(chǎn)生散射所形成的一種無(wú)線通信方式。大氣中的不均勻結(jié)構(gòu)休同樣起著懸空的中繼 站的作用因此，散射微波通信實(shí)際上屬于一種特殊的微波中繼通信。在一般情況下散射微波通信的一次跨越距離可達(dá)數(shù)百公里。 9散射微波通信（圖）103. 微波通信的優(yōu)點(diǎn)四十年代前，無(wú)線通信的主要方式是短波通信。微波通 信出現(xiàn)以后，顯示出更多更大的優(yōu)越性微波通信與短波通 信相比，具有如下的特點(diǎn)

5、： (1)微波頻段的頻帶很寬，可以同時(shí)容納更多的無(wú)線電設(shè)備工作。全部長(zhǎng)、中、短波頻段加起來(lái) 的總頻帶寬度不到30MHz，而微波頻段僅分米波和厘米波兩種的頻帶寬實(shí)就接近30GHz，約等于前者的1000倍。頻帶越 寬，可以利用的頻率就越多。頻率越多，可同時(shí)容納的無(wú)線遙控設(shè)備就越多。11微波通信的優(yōu)點(diǎn)-2(2)微波通信設(shè)備的工作頻率很高攜帶信息量的能 力很大，可以同時(shí)容納更多的電話通路(或其它電信業(yè)務(wù)， 如電報(bào)傳真等)。因?yàn)樵谖⒉ㄍㄐ胖?，微波是用?lái)攜帶待傳信息的，工作頻率越高，攜帶信息量的能力越大。一套短 波通信設(shè)備，因?yàn)楣ぷ黝l率低一般只能容納一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)電話。然而一套微波通信設(shè)備，因?yàn)楣ぷ黝l率高

6、，就可 以同時(shí)容納成百上千個(gè)電話通路。12微波通信的優(yōu)點(diǎn)-3（3）微波通信的傳輸質(zhì)量高。實(shí)踐表明，工業(yè)、天電和宇宙等輻射的電磁波強(qiáng)度，隨頻率升高而迅速降低。因此，無(wú)線通信設(shè)備的工作頻率越低，受上述外來(lái)干擾的影響越大；反之，工作頻率越高，受上述外來(lái)干憂的影響越小。（4）在12GHz以下的微波受風(fēng)、雨、雪等惡劣氣候條件的影響也較小，使微波通信的穩(wěn)定性大大提高。 13微波通信的優(yōu)點(diǎn)-4（5）微波通信設(shè)備的工作頻率高，有利于縮小設(shè)備的體積。這是因?yàn)槲⒉ň哂蓄愃乒獠ǖ奶匦栽诳罩醒刂本€傳 播有很強(qiáng)的反射能力，這樣，就可以利用反射原理把微波天線制成探照燈一樣的拋物面，將微波信號(hào)聚束后定向發(fā) 射出去，能量集中

7、，有利于節(jié)省發(fā)信沒(méi)備的輸出功率使設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，體積縮小。（6）微波信號(hào)聚束定向發(fā)射 沿直線前進(jìn)，也有利于通信保密。 14微波通信的優(yōu)點(diǎn)-5綜上所述，微波通信與短波通信相比，通信容量大，傳輸質(zhì)量高，以及經(jīng)濟(jì)、安全等優(yōu)點(diǎn)，己成為目前無(wú)線通信中的主要方式。微波中繼通信與同等容量的同軸電線通信相比， 其通信質(zhì)量相當(dāng)而且具有投資少、建設(shè)速度快，節(jié)約大量有色金屬、便于翻山過(guò)水和機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，但保密性和日常維護(hù)不如電纜通信優(yōu)越。15微波通信的應(yīng)用微波通信應(yīng)用很 廣，不僅限于國(guó)內(nèi)通信，而且還應(yīng)用于國(guó)際通信；不僅限于郵電業(yè)務(wù)通信，而且還應(yīng)用于廣播電視國(guó)防、水電、 石化鐵道等系統(tǒng) 電力系統(tǒng)已經(jīng)建成以北京為中心

8、的、連接各大電網(wǎng)、 局的微波中繼通信干線，開(kāi)通傳送電活、電報(bào)、傳真等多種電信業(yè)務(wù)。衛(wèi)星通信更具有一次跨越通信距離遠(yuǎn)范圍廣和靈活性強(qiáng)等重要特點(diǎn)。目前，電力系統(tǒng)巳在北京、 成都、蘭州、新疆、拉薩等地建立了衛(wèi)星通信地面站，溝通了北京與遠(yuǎn)方各網(wǎng)局的通信聯(lián)系。164. 數(shù)字微波中繼通信的組成17實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)備組成方框圖18數(shù)字微波通信的特點(diǎn)抗干擾性能強(qiáng)，線路噪聲不累積（再生中繼器）保密性強(qiáng)（方向性，抗干擾編碼）便于組成數(shù)字通信網(wǎng)（數(shù)字方式）設(shè)備特點(diǎn)（集成化，體積小，經(jīng)濟(jì)，可靠）系統(tǒng)噪聲方面的特點(diǎn)（數(shù)字微波多采用相移鍵控；模擬微波多采用調(diào)頻，存在串噪聲）19數(shù)字微波通信的缺點(diǎn)與模擬微波通信相比：（1）量化

9、噪聲。因此PCM過(guò)程中量化級(jí)數(shù)不能太少（2）占用信道頻帶寬20數(shù)字微波的使用與發(fā)展簡(jiǎn)況數(shù)字微波通信起步于20世紀(jì)50年代70年代實(shí)用化調(diào)制方式由相移鍵控發(fā)展到正交調(diào)幅我國(guó)70年代開(kāi)始研究數(shù)字微波，1987年建成第一條國(guó)產(chǎn)的34Mb/s、480路的數(shù)字微波電路微波通訊是我國(guó)電力通信網(wǎng)的干線通信215. 天線饋線系統(tǒng)微波中繼通信屬于無(wú)線通信方式，其無(wú)線電波的收和發(fā)是由天線來(lái)完成的。即微波發(fā)信機(jī)輸出的信號(hào)通過(guò)饋線（同軸電纜或波導(dǎo)）送至天線，由天線向?qū)Χ税l(fā)射無(wú)線電磁波，或由天線接收對(duì)方發(fā)射來(lái)的無(wú)線電磁波，并通過(guò)饋線送往微波收信機(jī)。22天線饋線系統(tǒng)與微波收發(fā)信設(shè)備的連接方框圖23天線天線的主要作用是有效

10、地發(fā)射和接收指定方向的無(wú)線電波。類型有：喇叭天線，拋物面天線，喇叭拋物面天線，潛望鏡天線等。24拋物面天線拋物面天線由旋轉(zhuǎn)拋物面和輻射源（饋源）兩部分組成，其結(jié)構(gòu)類似于探照燈，它是利用放置在拋物面焦點(diǎn)處的輻射源發(fā)射出的球面波，經(jīng)拋物面反射形成定向的平面波束射向空間。根據(jù)幾何學(xué)原理，可以證明當(dāng)信號(hào)的輻射源位于拋物面天線的焦點(diǎn)上時(shí)，由輻射器發(fā)射的電磁波經(jīng)拋物面反射后產(chǎn)生一個(gè)高方向性的波束。 25卡塞格林天線-1卡塞格林天線是另一種在微波通信中常用的天線，它是從拋物線演變而來(lái)的。卡塞格林天線由三部分組成，即主反射器、副反射器和輻射源。其中主反射器為旋轉(zhuǎn)拋物面，副反射面為旋轉(zhuǎn)雙曲面。在結(jié)構(gòu)上，雙曲面的

11、一個(gè)焦點(diǎn)與拋物面的焦點(diǎn)重合，雙曲面焦軸與拋物面的焦軸重合，而輻射源位于雙曲面的另一焦點(diǎn)上，如下圖所示。它是由副反射器對(duì)輻射源發(fā)出的電磁波進(jìn)行的一次反射，將電磁波反射到主反射器上，然后再經(jīng)主反射器反射后獲得 方向的平面波波束，以實(shí)現(xiàn)定向發(fā)射。26卡塞格林天線-227卡塞格林天線-3當(dāng)輻射器位于旋轉(zhuǎn)雙曲面的實(shí)焦點(diǎn)F1處時(shí)，由F1發(fā)出的射線經(jīng)過(guò)雙曲面反射后的射線，就相當(dāng)于由雙曲面的虛焦點(diǎn)直接發(fā)射出的射線。因此只要是雙曲面的虛焦點(diǎn)與拋物面的焦點(diǎn)相重合，就可使副反射面反射到主反射面上的射線被拋物面反射成平面波輻射出去。 28卡塞格林天線-4卡塞格倫天線相對(duì)于拋物面天線來(lái)講，它將饋源的輻射方式由拋物面的前

12、饋方式改變?yōu)楹箴伔绞?，這使天線的結(jié)構(gòu)較為緊湊，制作起來(lái)也比較方便。另外卡塞格倫天線可等效為具有長(zhǎng)焦距的拋物面天線，而這種長(zhǎng)焦距可以使天線從焦點(diǎn)至口面各點(diǎn)的距離接近于常數(shù)，因而空間衰耗對(duì)饋電器輻射的影響要小，使得卡塞格倫天線的效率比標(biāo)準(zhǔn)拋物面天線要高。 29饋線饋線系統(tǒng)是指連接微波收、發(fā)信設(shè)備與天線的微波傳輸線和有關(guān)的微波器件。饋線系統(tǒng)由饋線、阻抗變換器、極化分離器和波道濾波器等組成。饋線系統(tǒng)的作用是有效地饋送微波信號(hào)能量；當(dāng)多波道共用天線時(shí)，還具有發(fā)端匯合、收端分離各波道微波信號(hào)的功能。對(duì)饋線系統(tǒng)的要求是傳輸衰減小、阻抗匹配好、收發(fā)信隔離度高，以及經(jīng)濟(jì)耐用、便于運(yùn)輸和安裝調(diào)整等。30饋線：在3

13、GHz以下的微波系統(tǒng)大多采用同軸型饋線，而3GHz以上則大多數(shù)采用波導(dǎo)型饋線。阻抗變換器：其作用是解決微波傳輸線與微波器件之間匹配的，在通常情況下，同軸傳輸線的阻抗為75，而與饋線相連的極化分離器和波道濾波器的輸入輸出阻抗為50。為使其阻抗匹配，需采用阻抗變換器進(jìn)行匹配。 極化分離器：作用是分離不同極化方式的微波收發(fā)信號(hào)。波道濾波器：一條微波線路通常允許多個(gè)波道同時(shí)工作，為了使同一方向上的多個(gè)波道實(shí)現(xiàn)公用一副天線，就得在各波道收發(fā)信機(jī)與饋線之間接入多波道公用器。目前的多波道共用器大多采用分、并波道濾波器。分波道濾波器用于收信，其作用是將天線接收到的多波道信號(hào)分離，送往各波道相應(yīng)的接收設(shè)備；并波

14、道濾波器則用于將各波道發(fā)信設(shè)備輸出的信號(hào)進(jìn)行合并送往天線。31（1）分米波段（2GHz） （2）厘米波段（4GHz以上）32收信和發(fā)信設(shè)備發(fā)信設(shè)備的組成33發(fā)信設(shè)備的工作原理由調(diào)制機(jī)或收信機(jī)送來(lái)的中頻已調(diào)信號(hào)經(jīng)發(fā)信機(jī)的中頻放大器放大后，送到發(fā)信混頻器，經(jīng)發(fā)信混頻，將中頻已調(diào)信號(hào)變?yōu)槲⒉ㄒ颜{(diào)信號(hào)。由單向器和濾波器取出混頻后的一個(gè)邊帶（上邊帶或下邊帶）。由功率放大器把微波已調(diào)信號(hào)放大到額定電平，經(jīng)分路濾波器送往天線。微波功放及輸出功放多采用場(chǎng)效應(yīng)晶體管功率放大器。為了保證末級(jí)的線性工作范圍，避免過(guò)大的非線性失真，常用自動(dòng)電平控制電路使輸出維持在一個(gè)合適的電平。公務(wù)信號(hào)是采用復(fù)合調(diào)制方式傳送的，這是

15、目前數(shù)字微波通信中采用的一種傳遞方式。它是把公務(wù)信號(hào)通過(guò)變?nèi)萜鲗?shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)信本振淺調(diào)頻的?？梢?jiàn)這種調(diào)制方式設(shè)備簡(jiǎn)單，在沒(méi)有復(fù)用設(shè)備的中繼站也可以上、下公務(wù)信號(hào)。 34收信設(shè)備的組成35收信設(shè)備的工作原理上圖是一個(gè)有空間分集接收的收信設(shè)備組成方框圖，分別來(lái)自上天線和下天線的直射波和經(jīng)過(guò)各種途徑（多徑傳播）到達(dá)接收點(diǎn)的電波，經(jīng)過(guò)兩個(gè)相同的信道，帶通濾波器、噪聲放大器、抑鏡濾波器、收信混頻器、前置中放，然后進(jìn)行合成，再經(jīng)主中頻放大器后輸出中頻已調(diào)信號(hào)。 本方框圖中畫出的是最小振幅偏差合成分集接收方式。下天線的本機(jī)振蕩源是由中頻檢出電路的控制電壓對(duì)移相器進(jìn)行相位控制的，以便抵消上、下天線收到多徑傳播的干涉波