1.2 长途微波通信系统的组成

1.2.1 系统组成-微波中继信道的组成
综上：一条微波中继信道是由终端站、中间站和 再生中继站、终点站及电波空间组成，如图1-3 （a）所示。
1.2.2 微波收发信设备（终端站）的 组成
1. 发信设备的组成 2. 发信设备的主要性能指标 3. 收信设备的组成 4．收信设备的主要性能指标
1．发信设备的组成
(3) 天线与馈线应匹配良好
在整个工作频段内，要求天线与馈线 应匹配连接，否则将造成反射，进而造成 线路噪声。
(4) 交叉极化去耦
极化：电磁场的振动方向定义为极化方向。 卫星向地面发射信号时，所采用的无线电波的 振动方向可以有多种方式，目前所使用的有： 水平极化（H）：水平极化是指卫星向地面发射 信号时，其无线电波的振动方向是水平方向。例如： 我们拿一条绳子左右抖动，产生的波是左右波动。 垂直极化（V）：垂直极化是指卫星向地面发射信 号时，其无线电波的振动方向是垂直方向。例如： 我们拿一条绳子上下抖动，产生的波是上下波动。
2. 波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰 能力越强。 波瓣宽度：在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 3dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角被定义为波 瓣宽度（又称为波束宽度或主瓣宽度或半功率角）。 但是主瓣张角过小，当气象条件变化时，传播方向 就要改变，大风又能引起天线摆动，这都会降低天线在 通信方向的实际增益。 因此不能认为主瓣张角越小越好，一般应要求 1°～2°左右。
2. 中继站：完成微波信号的转发、分路 和再生。 【分类】:枢纽站、分路站和中间站
①枢纽站：大都设在省会以上大城市，处 在微波通信线路的中间，有二条以上微波 通信线路的汇接的城市。 这样不仅可以进行本线路的用户间信 息交换，也可以与其他线路的用户进行信 息交流构成通信网。用户间的信息交流就 更加方便。能上、下话路。
1.2.3微波通信的天线馈线系统
1．天线馈线系统的型式 2．对微波天线的技术要求 3．卡塞格林天线
1.天线馈线系统的型式
天线：把高频电能变为电磁波能量。 馈线：连接天线和收发信机的部件。
由于在一根圆波导馈线系统中可以传输相互正交 的两种极化波，因此在与双极化天线连接时，只要一 根圆波导馈线系统即可。故室外的馈线系统用圆波导 馈线较多。
对收信本振频率稳定度的要求与发信 设备基本一致，收信本振和发信本振常采 用同一方案，是两个独立的振荡源，收信 本振的输出功率往往比发信本振小些。
(3) 噪声系数
它的基本定义为： 在环境温度为标准室温（17℃）、一个网络 （或收信机）输入与输出端在匹配的条件下，噪声 系数NF等于输入端的信噪比与输出端信噪比的比值， 记作： NF =
稳
3.收信设备的组成-外差式收信机
4．收信设备的主要性能指标
(1) 工作频段 (2) 收信本振的频率稳定度 (3) 噪声系数 (4) 通频带 (5) 选择性 (6) 收信机的最大增益 (7) 自动增益控制范围
4．收信设备的主要性能指标
(1) 工作频段
与发信机一致。
(2) 收信本振的频率稳定度
②分路站：又称上下话路站，为了适应 一些地方的小容量的信息交换而设置的， 设备简单，投资小，这样可满足一些中 小城市与省会以上城市进行信息交流， 这种站型一般很少设置。
③中间站：是微波通信线路数量最多的站型， 一般都有几个到几十个。不能上、下话路。 中间站的作用是将信号进行再生、放大处 理后，再转发给下一个中继站，以确保传输信 号的质量。
(7) 自动增益控制范围
以自由空间传播条件下的收信电平为 基准，当收信电平高于基准电平时，称为 上衰落；低于基准电平时，称为下衰落。 上、下衰落之差即动态范围。当收信 电平变化时，若仍要求收信机的额定输出 电平不变，就应在收信机的中频放大器内 设有自动增益控制（AGC）电路，使之当 收信电平下降时，中放增益随之增大；收 信电平增大时，中放增益随之减小。
综上： ①枢纽站：大都设在省会以上大城市， 处在微波通信线路的中间，有二条以上 微波通信线路的汇接的城市。能上、下 话路。 ②分路站：又称上下话路站，为了适应 一些地方的小容量的信息交换而设置的。 能上、下话路。 ③中间站：不能上、下话路。
所以，中继站又叫再生站。由于中 继站的作用才使得微波通信将信号传送 到几百公里甚至几千公里之外。
微波通信总是几个波道共用一套天线馈 线系统。这就会遇到一个问题，即如何把它 们分开？ 答：不同波道采用不同频率，同一波道的收 发信号采用不同极化。
波道1 （即一个收发信机） 波道2 分路系统
（机房内）
室外馈线 （双工器）天线
天线馈线系统的形式
天线馈线系统一般是指天线口面至下 密封节包括的天线和波导部件。
3．卡塞格林天线
卡塞格林天线是一种具有双反射器的抛物 面天线。
工作原理：卡塞格林天线是由初级喇叭辐射器，双曲面 副反射器和抛物面主反射面三部分组成。
在结构上，双曲面的一个焦点与抛 物面的焦点重合，双曲面焦轴与抛物面 的焦轴重合，而辐射源位于双曲面的另 一焦点上。首先，由副反射器对辐射源 发出的电磁波进行的一次反射，将电磁 波反射到主反射器上，然后再经主反射 器反射后获得水平方向的平面波波束， 以实现定向发射。
(1) 全球波束天线：
波束宽度约为17°～18°。
(2) 点波束天线：
其波束比全球波束窄得多，故增益较高， 但其辐射的区域比全球波束小得多。
(3) 区域波束天线
如果地面要求覆盖的区域形状不规则，就 要用区域波束天线，也称赋形波束天线。其覆 盖区域可通过修改天线反射器的形状或使用多 个馈源从不同方向照射天线反射器，由反射器 产生多个波束的组合来实现。
Psi / Pni Pso / Pno
实际的收信机NF>1。
NF是衡量收信机热噪声性能的一项指标。
(4) 通频带
收信机接收的己调波是一个频带信号，收信 机要使这个频带信号无失真的通过，就要具有足 够的工作频带宽度，这就是通频带。 通频带过宽，信号的主要频谱成分当然都会无 失真地通过，但也会使收信机收到较多的噪声； 反之，通频带过窄，噪声自然会减少下来，但 却造成了有用信号频谱成份的损失; 所以要合理地选择收信机的通频带和通带的幅 频衰减特性等。
(5) 天线防卫度
所谓天线防卫度是指天线在最大辐射 方向上对从其它方向来的干扰电波的衰耗 能力。 天线防卫度主要包括下面几个指标： ① 反向防卫度 ② 边对边去耦 ③ 背对背去耦
天线防卫度图解
① 反向防卫度 在图1-8中，第1号天线能从背后收 到由第5号天线发来的信号f1；而第6号 天线也能收到由第2号天线向背后发来的 信号f2。 前者称为接收天线的前对背耦合， 后者称为发射天线的前对背耦合。天线 在最大辐射方向的增益系数G0大大超过 反方向的增益系数G反。它们的比值称为 反向防卫度（或称为反向衰减）。
1.2.1 系统组成-微波中继信道的组成
一条微波中继信道是由终端站、中间站和再 生中继站、终点站及电波空间组成，如图1-3（a） 所示。
1. 终端站：是指一条微波电路的首、尾两地， 一般都设在省会以上的大城市。终端站只对一 个方向收信和发信，收信和发信共用一副天线。 【作用】 将数字复用设备送来的基带信号或由电视台 送来的视频及伴音信号，调制到微波频率上并 发射出去。 反之，将收到的微波信号解调出基带信号送 往复用设备，或将解调出的视频信号及伴音信 号送往电视台。 2.中继站：完成微波信号的转发、分路和再生。 3.电波空间：传输微波。
第一章 微波与卫星通信概述
1.1 微波与卫星通信的基本概念与特点
1.2
长途微波通信系统的组成
1.3
移动通信系统的组成
卫星通信系统的组成
1.2.2 微波收发信设备的组成 1.发信设备的组成 2.发信设备的主要性能指标 3.收信设备的组成 2.收信设备的主要性能指标
(5) 选择性
对某个波道的收信机而言，要求它只 接收本波道的信号，对邻近波道干扰、镜 象频率干扰及本波道的收、发干扰等要有 足够的抑制能力，这就是收信机的选择性。
(6) 收信机的最大增益
收信机的输入端信号是很微弱的, 收信 机的主中放输出应达到所要求的电平, 则此 时收信机输出与输入的电平差就是收信机 的最大增益。

2
式中：A为天线的口面面积 λ为波长 ηA为口面利用系数 结论：口面越大，增益越高； 波长越短，增益越高。
(2) 对主瓣宽度的要求
辐射方向通常都有两个两个或多个瓣，其中 辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣 或旁瓣。
1.主瓣越大越好，副瓣越小越好。因为主瓣是主要 辐射方向，主瓣越大信号传递的距离越远。
返回
2．对微波天线的技术要求
(1)
(2) (3) (4)
天线增益 对主瓣宽度的要求 天线与馈线应匹配良好 交叉极化去耦
(5)
天线防卫度
对微波天线部分的要求是：天线增益高、 与馈线匹配良好、波道间寄生耦合小。
(1) 天线增益
微波通信中使用的面式天线，其增益 可用下式表示： 4A G= （1-4） A
(4) 交叉极化去耦
在采用双极化的微波天线中，由于天线本身 结构的不均匀性及不对称，不同极化波（即垂 直极化波和水平极化波）可在天线中互相耦合， 互为干扰，分别成为与之正交的主极化波的寄 生波。 设此寄生波功率为Px，则天线的交叉极化 去耦度为： P0 x=10lg (dB) （1-5） Px 式中： P0为主极化波功率。 Px为与主极化波正交的寄生波功率。
2．发信设备的主要性能指标
(1) 工作频段
目前使用的微波频率范围只有1GHz～ 40GHz，目前使用较多的是2、4、6、7、8、 11GHz频段。 其中2、4、6GHz频段因电波传播比较稳定， 故用于干线微波通信，而支线或专用网微波通信 常用2、7、8、11GHz。当然，对频率的使用， 还要经申请，由上级主管部门和国家无线电管理 委员会批准才行。
1.4.5 通信卫星的天线系统
图1-37 通信卫星的组成框图
通信卫星天线系统
通信卫星的天线系统
◎一种是遥控、遥测和信标信号用的全向 天线，用以接收地面的指令及向地面发送 遥测数据。这种天线常用鞭状、螺旋形、 绕杆式或套筒偶极子天线，属于高频或甚 高频天线。 ◎另一种是用于通信的微波定向天线，根 据波束宽度不同，分为三类：
从目前使用的数字微波通信设备来看，分为 直接调制式发信机（直接将基带信号调制成射频 信号，经天线发射出去）和变频式发信机。 中小容量的数字微波（480路以下）设备可用直 接调制式发信机。
中大容量的数字微波设备大多采用变频式发信
机，这是因为这种发信机的数字基带信号调制是 在中频上实现的，可得到较好的调制特性和较好 的设备兼容性。
② 边对边去耦 从第2号天线发射的一部分能量泄漏到 与它并排安装并且指向相同的第1号接收天 线，如图1-8虚线箭头所示，这种耦合叫做 边对边耦合。要求天线应对这种耦合具有 足够的去耦。
③ 背对背去耦 第2号天线发射的一部分能量泄漏到 第3号天线；或者第3号天线的一部分能 量泄漏到第2号天线。在图1-8中由虚线 箭头示出，这种耦合叫做背对背耦合。 天线对这种耦合也应具有足够的去耦度。
发信设备的组成-变频式发信机
K
1. 2. 3.
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8.
左端的输入信号：已经经过调制处理变成中频已调 信号； 中放：中频放大器； 发信本振：发信设备的本地振荡器，可以振荡出一 定频率，该频率与中频一起混频成射频（即微波频 率）； 发信混频器：将中频己调信号变为微波己调信号； 单向器和滤波器：取出混频后的一个边带（上边 带或下边带），滤除噪声； 功率放大器：把微波己调信号放大到额定电平； 分路滤波器：送往天线； 变容管：把公务信号通过变容管实现对发信本振 浅调频。公务信号类似于监控信号，它通过变容管 实现对发信本振浅调频，即与要发射的主信号捆绑 在一起发射。
(2) 输出功率
输出功率：是指发信机输出端口处功率的 大小。 由于数字微波通信比模拟微波通信有较好 的抗干扰性能，故在要求同样的通信质量 时，数字微波的输出功率可以小些。
(3) 频率稳定度
频率稳定度K的定义式为
K=
f f0
（1-1）
f0：发信机的每个工作波道都有一个标称的射频中心
工作频率,用f0表示； Δƒ:实际工作频率与标称工作频率的最大偏差值； 稳：与本振类型有关，给本地振荡器加锁相环。