微波与卫星通信技术
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第5章 微波与卫星通信技术
5.1数字微波通信的概述 5.2数字微波通信系统 5.3 SDH微波通信系统
5.4一点多址微波通信系统 5.5卫星通信技术 5.6卫星通信系统的构成
5.1数字微波通信的概述
5.1.1数字微波通信的概念
微波是指频率在300MHz～300GHz范围内的电磁波。常用的范围是1～ 40GHz。数字微波通信是指利用微波(射频)作载波携带数字信息，通过无线 电波空间进行中继（接力）的通信方式。目前使用较多的频段是2、4、6、 7、8和11 GHz。
传播的地物。与自由空间传播相比，地表障碍物对微波视距传播的影响表现 为引入了阻挡损耗。
（三）大气对微波传播的影响
由于微波中继通信的大气空间电磁波传播主要在对流层中完成，因此讨论大气
对微波传播的影响，实际就是讨论对流层对微波传播的影响。对流层对微波传播 的影响主要表现在3个方面：氧气分子和水蒸汽分子对电磁波的吸收；雨、雾、 雪等气象微粒对电磁波的吸收和散射；对流层结构的不均匀对电磁波的折射。当 微波中继通信系统的工作频段在10GHz以下时，前两个方面的影响不显著，只需 考虑对流层折射的影响；当工作频段在10GHz以上时，3个方面的影响都需考虑。 （四）微波信号传输线路中的余隙概念
对微波电磁波会产生反射、折射、绕射和吸收现象。 1. 平坦地表对微波的反射 水面或平坦地面等地表对微波的反射，造成接收点的场强是直射波和反
射波的矢量和。当收发天线足够高时，可以认为直射波是自由空间波。 2. 地表障碍物对微波视距传播的影响 地表障碍物是诸如丘陵、山头、树林和高大建筑物等会阻挡电磁波视距
Pr Pt Gt Gr L ft L fr Lbt Lbr Ls
37 39 39 2 2 11 137 28dB
即
Pr
28
10 10
mW
1.58
103
mW
1.58uW
（二）地形地物对微波传播的影响 微波中继通信的电磁波主要在靠近地表的大气空间传播，因而地形地物
微波通信是无线通信的一种方式。进行无线通信，发信端需把待传信息 转换成无线电信号，依靠无线电波在空间传播。收信端需把无线电信号还 原出发信端所传信息。因此，在介绍微波中继通信前，应首先了解无线电 波及其特性。
（一）无线电波和频段划分
无线电频段的划分如表5.1所示。 表5.1 无线电波频段划分
频段名称
端馈线系统损耗分别为 、 ；收发两端分路系统损耗分别为 、 。则在
自由G空r dB间 传G播t dB条 件下，接收机的输入电平为
L fr dB L ft dB
Lbr dB Lbt dB
（5-4）
例 已Pr知发P信t 功dB率为 Gt ，G工r 作频L率ft L fr , 两 站L间bt 距离Lbr Ls
长波 中波 短波 超短波（特高频）
微
分米波
波
厘米波
毫米波
频率范围
30～300kHz 300～3000kHz 3～30MHz 30～300MHz
300MHz～3GHz 3～30GHz 30～300GHz
波长范围
10000～1000m 1000～100m 100～10m 10～1m
100～10cm 10～1cm 1cm～1mm
但是，电波在自由空间传播时，其能量会因向空间扩散而衰耗。这是因为电波
由天线辐射后，向周围空间传播，到达接收地点的能量仅是一小部分。距离越远， 接收点的能量越小，如同一只灯泡所发出的光一样，均匀地向四面八方扩散出去。
这种电波扩散衰耗称为自由空间传播损耗。传播损耗为：
（5-1）
式中：d为收发天线的直线距离，m；f为发信频率，Hz；c为光速度，
在无线电技术中，通常用频率（或波长）作为无线电波最有表征意义的 参量。这是因为频率(或波长)相差很远的无线电波，往往具有很不相同的性 质，如传播方式，中长波沿地面传播，绕射能力较强，而微波却只能在大气 对流层中直线传播，绕射能力很弱。
一般说来，各个频段的无线电波都可以用作无线通信。所谓微波，一般是 指频率为300MHz～300GHz(或波长为1m～lmm)范围内的无线电波。“微”， 就是该无线电波的波长相对于周围物体的几何尺寸很短的意思。
பைடு நூலகம் （二）微波通信的特点
微波通信具有下列特点：
(1) 微波频段，受工业、天电和宇宙等外部干扰的影响很小，使微波通信的传输 可靠性提高。12GHz以下，受风雨冰雪等恶劣气象条件的影响较小，可使微波通 信的稳定度大大提高。
(2) 微波频段占有频带很宽，可以容纳更多的无线电设备工作。由表5.1可知，全 部长、中、短波频段的总频带占有不到30MHz，而微波仅厘米波的频带就占有 27×103MHz ，几乎是前者的103倍。占有频带越宽，可容纳同时工作的无线电 设备越多。信息容量大。
视距:以地球为圆心，地球半径R，在地球上的两点，高度分别为h和h1, 把（R+h）和（R+h1）两点连线，和地球弧面相切得切线叫做视距！
(3) 微波射束在视距范围内直线、定向传播，天线的两站间的通信，距离不会太 远，一般为50km。
5.1.2 微波传播特性
（一）自由空间的电波传播 1. 自由空间的概念 自由空间又称为理想介质空间，即相当于真空状态的理想空间。在此空间充满 着均匀、理想的介质。 2. 自由空间传播损耗 在自由空间传播的电磁波不产生反射、折射、吸收和散射等现象，即总能量在 传播过程没有被损耗掉。
dB
Pt 5W
f 3800MHz
d 45km
Gt Gr 39dB, L ft L fr 2dB, Lbt Lbr 1dB
,
，
求在自由空间传播条件下，接收机的输入电平和输入功率。
解 由式（5-2）式得
Ls 92.4 20 lg 45 20 lg 3.8 137 dB
再由式（5-4）可得（ Pt 5W 37dBm ）
；
Ls
20 lg 4df
c
dB
3108 m / s
当距离以km为单位，频率以GHz为单位时
L （5-2）s 92.4 20 lg d 20 lg f
若频率以MHz为单位，则
dB
L （5-3） s
32.4 20 lg d
20 lg
f
dB
3. 自由空间传播条件下收信电平的计算
实际使用的天线均为有方向性天线。设收发天线增益分别为 、 ；收发两
5.1数字微波通信的概述 5.2数字微波通信系统 5.3 SDH微波通信系统
5.4一点多址微波通信系统 5.5卫星通信技术 5.6卫星通信系统的构成
5.1数字微波通信的概述
5.1.1数字微波通信的概念
微波是指频率在300MHz～300GHz范围内的电磁波。常用的范围是1～ 40GHz。数字微波通信是指利用微波(射频)作载波携带数字信息，通过无线 电波空间进行中继（接力）的通信方式。目前使用较多的频段是2、4、6、 7、8和11 GHz。
传播的地物。与自由空间传播相比，地表障碍物对微波视距传播的影响表现 为引入了阻挡损耗。
（三）大气对微波传播的影响
由于微波中继通信的大气空间电磁波传播主要在对流层中完成，因此讨论大气
对微波传播的影响，实际就是讨论对流层对微波传播的影响。对流层对微波传播 的影响主要表现在3个方面：氧气分子和水蒸汽分子对电磁波的吸收；雨、雾、 雪等气象微粒对电磁波的吸收和散射；对流层结构的不均匀对电磁波的折射。当 微波中继通信系统的工作频段在10GHz以下时，前两个方面的影响不显著，只需 考虑对流层折射的影响；当工作频段在10GHz以上时，3个方面的影响都需考虑。 （四）微波信号传输线路中的余隙概念
对微波电磁波会产生反射、折射、绕射和吸收现象。 1. 平坦地表对微波的反射 水面或平坦地面等地表对微波的反射，造成接收点的场强是直射波和反
射波的矢量和。当收发天线足够高时，可以认为直射波是自由空间波。 2. 地表障碍物对微波视距传播的影响 地表障碍物是诸如丘陵、山头、树林和高大建筑物等会阻挡电磁波视距
Pr Pt Gt Gr L ft L fr Lbt Lbr Ls
37 39 39 2 2 11 137 28dB
即
Pr
28
10 10
mW
1.58
103
mW
1.58uW
（二）地形地物对微波传播的影响 微波中继通信的电磁波主要在靠近地表的大气空间传播，因而地形地物
微波通信是无线通信的一种方式。进行无线通信，发信端需把待传信息 转换成无线电信号，依靠无线电波在空间传播。收信端需把无线电信号还 原出发信端所传信息。因此，在介绍微波中继通信前，应首先了解无线电 波及其特性。
（一）无线电波和频段划分
无线电频段的划分如表5.1所示。 表5.1 无线电波频段划分
频段名称
端馈线系统损耗分别为 、 ；收发两端分路系统损耗分别为 、 。则在
自由G空r dB间 传G播t dB条 件下，接收机的输入电平为
L fr dB L ft dB
Lbr dB Lbt dB
（5-4）
例 已Pr知发P信t 功dB率为 Gt ，G工r 作频L率ft L fr , 两 站L间bt 距离Lbr Ls
长波 中波 短波 超短波（特高频）
微
分米波
波
厘米波
毫米波
频率范围
30～300kHz 300～3000kHz 3～30MHz 30～300MHz
300MHz～3GHz 3～30GHz 30～300GHz
波长范围
10000～1000m 1000～100m 100～10m 10～1m
100～10cm 10～1cm 1cm～1mm
但是，电波在自由空间传播时，其能量会因向空间扩散而衰耗。这是因为电波
由天线辐射后，向周围空间传播，到达接收地点的能量仅是一小部分。距离越远， 接收点的能量越小，如同一只灯泡所发出的光一样，均匀地向四面八方扩散出去。
这种电波扩散衰耗称为自由空间传播损耗。传播损耗为：
（5-1）
式中：d为收发天线的直线距离，m；f为发信频率，Hz；c为光速度，
在无线电技术中，通常用频率（或波长）作为无线电波最有表征意义的 参量。这是因为频率(或波长)相差很远的无线电波，往往具有很不相同的性 质，如传播方式，中长波沿地面传播，绕射能力较强，而微波却只能在大气 对流层中直线传播，绕射能力很弱。
一般说来，各个频段的无线电波都可以用作无线通信。所谓微波，一般是 指频率为300MHz～300GHz(或波长为1m～lmm)范围内的无线电波。“微”， 就是该无线电波的波长相对于周围物体的几何尺寸很短的意思。
பைடு நூலகம் （二）微波通信的特点
微波通信具有下列特点：
(1) 微波频段，受工业、天电和宇宙等外部干扰的影响很小，使微波通信的传输 可靠性提高。12GHz以下，受风雨冰雪等恶劣气象条件的影响较小，可使微波通 信的稳定度大大提高。
(2) 微波频段占有频带很宽，可以容纳更多的无线电设备工作。由表5.1可知，全 部长、中、短波频段的总频带占有不到30MHz，而微波仅厘米波的频带就占有 27×103MHz ，几乎是前者的103倍。占有频带越宽，可容纳同时工作的无线电 设备越多。信息容量大。
视距:以地球为圆心，地球半径R，在地球上的两点，高度分别为h和h1, 把（R+h）和（R+h1）两点连线，和地球弧面相切得切线叫做视距！
(3) 微波射束在视距范围内直线、定向传播，天线的两站间的通信，距离不会太 远，一般为50km。
5.1.2 微波传播特性
（一）自由空间的电波传播 1. 自由空间的概念 自由空间又称为理想介质空间，即相当于真空状态的理想空间。在此空间充满 着均匀、理想的介质。 2. 自由空间传播损耗 在自由空间传播的电磁波不产生反射、折射、吸收和散射等现象，即总能量在 传播过程没有被损耗掉。
dB
Pt 5W
f 3800MHz
d 45km
Gt Gr 39dB, L ft L fr 2dB, Lbt Lbr 1dB
,
，
求在自由空间传播条件下，接收机的输入电平和输入功率。
解 由式（5-2）式得
Ls 92.4 20 lg 45 20 lg 3.8 137 dB
再由式（5-4）可得（ Pt 5W 37dBm ）
；
Ls
20 lg 4df
c
dB
3108 m / s
当距离以km为单位，频率以GHz为单位时
L （5-2）s 92.4 20 lg d 20 lg f
若频率以MHz为单位，则
dB
L （5-3） s
32.4 20 lg d
20 lg
f
dB
3. 自由空间传播条件下收信电平的计算
实际使用的天线均为有方向性天线。设收发天线增益分别为 、 ；收发两