第3章 微波与卫星通信
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由此可见，利用微波进行通信具有频带宽、信息传输 量大、抗自然和人为干扰能力强的优点，从而使微波通信技术 得到了越来越广泛的应用。
3.1.1 微波中继通信 微波传输是沿直线进行的，但地球是一个球体，地面
自然是曲面，这样，微波在地面上的传播距离只能局限在视距 以内，其视线传播距离取决于发射天线和接收天线的高度。设 发射天线和接收天线的高度分别为h1米和h2米，考虑到地球表 面大气层对微波折射的影响，则视距传播距离为
L = 4.12 h1 + h2 (km) (3-1) 视距传播距离一般可达到50 km左右。当两点距离超过 50 km时，则必须在它们之间设立相互距离小于视线距离的多个 中继站，这样就构成了微波中继通信，如图3-1所示。常用的微 波中继转接方式有再生转接、中频转接和微波转接，如图3-2所
3.1.2 数字微波通信的特点
A
=
10
lg E
E0
，称为信道的衰减系数，E和E0分别为实际场强和
真空中对应的场强。
式(3-2)表明，微波通信的传输损耗包括真空中的基本 损耗和实际媒质损耗两部分。所以，信道的传输衰减取决于不 同的传输方式和不同的传输媒质。
信道的传输衰减是微波通信的主要特征，这种传输衰 减统称为衰落现象。衰落分为两种，即吸收型衰落和干涉型衰 落。吸收型衰落主要是由于传输媒质电参数的变化使得信号在 媒质中的衰减特性发生相应的变化而引起的；干涉型衰落主要 是由随机多径干涉现象引起的。衰落又有慢衰落和快衰落之分， 由大气气象的随机性引起信号电平在较长时间内的起伏变化称 为慢衰落；由天线传播或媒质的不均匀传播而引起信号幅度和 相位在较短时间内的变化称为快衰落。快衰落和慢衰落是叠加 在一起共同影响传输信号的，短时间内快衰落表现明显，而慢
3.1.4 微波通信的频率配置
微波通信的频带虽然很宽，几乎是普通无线电波长、 中、短波各波段带宽总和的1000倍。为避免各种应用之间的相 互干扰，同时也为了提高无线电频率资源的利用效率，人们对 频率的使用进行了划分。
(4) 散射性。微波也具有散射性，利用这一特性，可 以进行远距离的微波散射通信，也可以根据散射的特征进行微 波遥感。
(5) 抗干扰性。由于微波的频率很高，一般自然界和 电气设备产生的人为电磁干扰的频率与其差别很大，所以基本 上不会影响微波通信，即它的抗干扰能力强。
(6) 热效应。当微波在有耗媒质中传播时，会使媒质 分子相互碰撞、摩擦，从而使媒质发热，微波炉就是利用这一 效应制成的。同时，这一效应也成了有效的理疗方式，是微波 医学的基础。
微波通信分为模拟微波通信和数字微波通信两种制式。 用于传输频分多路-调频制(FDM-FM)基带信号的系统称为模拟微 波通信；用于传输数字基带信号的系统称为数字微波通信。远 距离的微波中继传输一般都采用数字通信的方式。
数字微波通信的优点：① 抗干扰能力强，整个线路噪 声不积累；② 保密性强，便于加密；③ 器件便于固态化和集 成化，设备体积小，耗电少；④ 便于组成综合业务数字网 (ISDN)。
(1) 似光性。微波的波长范围为0.1 mm～1 m，这样短 的波长与地球上的物体(如飞机、舰船、建筑物)的尺寸相比小 得多或属于同一个数量级，故当微波照射到这些物体上时将产 生强烈的反射。微波的这种直线传播特性与光线的传播特性相 似，所以称微波具有“似光性”，利用这一特性可实现无线电 定位。超视距微波通信就是依靠中继站进行长距离信号传输的。
数字微波通信的不足：① 因为要求传输信道带宽较宽， 因此会产生频率选择性衰落；② 抗衰落技术复杂。
数字微波通信系统主要由发射端、微波信道和接收端 三部分构成，如图所示。不论信源提供的信号是数字信号，还 是模拟信号，最终都将经编码器转变成符合传输要求的数字信 号，再经微波通道传输，最后解码器将接收到的信号还原为原 始信号传给信宿。
无线电波通过媒质除产生传输损耗外，由于媒质的色 散效应和随机多径传输效应还会产生振幅失真和相位失真。色 散效应是由于不同频率的无线电波在媒质中的传播速度有差别 而引起的信号失真。载有信号的无线电波都占据一定的频带， 当电波通过媒质传播到达接收点时，由于各频率成分传播速度 不同，因而不能保持原来信号中的相位关系，引起波形失真， 至于色散效应引起信号畸变的程度，则要结合具体信道的传输 情况而定。多径传输也会引起信号畸变，这是因为无线电波在 传播时通过两个以上不同长度的路径到达接收端，接收天线获 得的信号是几个不同路径传来的信号的总和。
第三章 微波与卫星通信
3.1 微波通信技术 3.2 微波通信系统 3.3 微波无线固定接入 3.4 卫星通信技术 3.5 卫星通信系统 3.6 卫星通信技术的发展
3.1 微波通信技术
微波通信所使用的频段为300 MHz～300 GHz，相应的 波长为1 m～0.1 mm。人们习惯上将微波划分为分米波、厘米波、 毫米波和亚毫米波波段。通常用不同的字母代表不同的微波波 段，如：S代表10 cm波段、C代表5 cm波段、X代表3 cm波段、 Ka代表8 mm波段、U代表6 mm波段、F代表3 mm波段等。微波的 主要特征如下。
3.1.3 微波信号的传播
在微波信号的传播过程中，由于大气对微波不可避免 地存在吸收或散射效应，因此，传输损耗不能忽视。传输损耗 为
L = Lቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ - A (dB) (3-2)
式中，Lf
=
Pi PR
=
4πr λ
2 Gi1GR，称为真空中的基本传输损耗，Gi
和GR分别为发射天线的增益系数和接收天线的增益系数；
(2) 高频性。微波的振荡周期在10-9～10-13 s量级，利 用微波的高频特性可以设计制造出微波振荡、放大与检波等微 波器件，如磁控管、行波管等。同时，由于微波的频率高、频 带宽、传输信息容量大，所以大信息量的无线传输大多采用微 波通信。
(3) 穿透性。微波照射到媒质时具有良好的穿透性， 云、雾、雪等对微波的传播影响小，这为微波遥感和全天候通 信奠定了基础。同时，1～10 GHz、10～30 GHz、91 GHz附近波 段的微波受电离层影响较小，从而成为人类探测太空的“宇宙 之窗”，为射电天文学、卫星通信、卫星遥感提供了宝贵的无 线电通道。
3.1.1 微波中继通信 微波传输是沿直线进行的，但地球是一个球体，地面
自然是曲面，这样，微波在地面上的传播距离只能局限在视距 以内，其视线传播距离取决于发射天线和接收天线的高度。设 发射天线和接收天线的高度分别为h1米和h2米，考虑到地球表 面大气层对微波折射的影响，则视距传播距离为
L = 4.12 h1 + h2 (km) (3-1) 视距传播距离一般可达到50 km左右。当两点距离超过 50 km时，则必须在它们之间设立相互距离小于视线距离的多个 中继站，这样就构成了微波中继通信，如图3-1所示。常用的微 波中继转接方式有再生转接、中频转接和微波转接，如图3-2所
3.1.2 数字微波通信的特点
A
=
10
lg E
E0
，称为信道的衰减系数，E和E0分别为实际场强和
真空中对应的场强。
式(3-2)表明，微波通信的传输损耗包括真空中的基本 损耗和实际媒质损耗两部分。所以，信道的传输衰减取决于不 同的传输方式和不同的传输媒质。
信道的传输衰减是微波通信的主要特征，这种传输衰 减统称为衰落现象。衰落分为两种，即吸收型衰落和干涉型衰 落。吸收型衰落主要是由于传输媒质电参数的变化使得信号在 媒质中的衰减特性发生相应的变化而引起的；干涉型衰落主要 是由随机多径干涉现象引起的。衰落又有慢衰落和快衰落之分， 由大气气象的随机性引起信号电平在较长时间内的起伏变化称 为慢衰落；由天线传播或媒质的不均匀传播而引起信号幅度和 相位在较短时间内的变化称为快衰落。快衰落和慢衰落是叠加 在一起共同影响传输信号的，短时间内快衰落表现明显，而慢
3.1.4 微波通信的频率配置
微波通信的频带虽然很宽，几乎是普通无线电波长、 中、短波各波段带宽总和的1000倍。为避免各种应用之间的相 互干扰，同时也为了提高无线电频率资源的利用效率，人们对 频率的使用进行了划分。
(4) 散射性。微波也具有散射性，利用这一特性，可 以进行远距离的微波散射通信，也可以根据散射的特征进行微 波遥感。
(5) 抗干扰性。由于微波的频率很高，一般自然界和 电气设备产生的人为电磁干扰的频率与其差别很大，所以基本 上不会影响微波通信，即它的抗干扰能力强。
(6) 热效应。当微波在有耗媒质中传播时，会使媒质 分子相互碰撞、摩擦，从而使媒质发热，微波炉就是利用这一 效应制成的。同时，这一效应也成了有效的理疗方式，是微波 医学的基础。
微波通信分为模拟微波通信和数字微波通信两种制式。 用于传输频分多路-调频制(FDM-FM)基带信号的系统称为模拟微 波通信；用于传输数字基带信号的系统称为数字微波通信。远 距离的微波中继传输一般都采用数字通信的方式。
数字微波通信的优点：① 抗干扰能力强，整个线路噪 声不积累；② 保密性强，便于加密；③ 器件便于固态化和集 成化，设备体积小，耗电少；④ 便于组成综合业务数字网 (ISDN)。
(1) 似光性。微波的波长范围为0.1 mm～1 m，这样短 的波长与地球上的物体(如飞机、舰船、建筑物)的尺寸相比小 得多或属于同一个数量级，故当微波照射到这些物体上时将产 生强烈的反射。微波的这种直线传播特性与光线的传播特性相 似，所以称微波具有“似光性”，利用这一特性可实现无线电 定位。超视距微波通信就是依靠中继站进行长距离信号传输的。
数字微波通信的不足：① 因为要求传输信道带宽较宽， 因此会产生频率选择性衰落；② 抗衰落技术复杂。
数字微波通信系统主要由发射端、微波信道和接收端 三部分构成，如图所示。不论信源提供的信号是数字信号，还 是模拟信号，最终都将经编码器转变成符合传输要求的数字信 号，再经微波通道传输，最后解码器将接收到的信号还原为原 始信号传给信宿。
无线电波通过媒质除产生传输损耗外，由于媒质的色 散效应和随机多径传输效应还会产生振幅失真和相位失真。色 散效应是由于不同频率的无线电波在媒质中的传播速度有差别 而引起的信号失真。载有信号的无线电波都占据一定的频带， 当电波通过媒质传播到达接收点时，由于各频率成分传播速度 不同，因而不能保持原来信号中的相位关系，引起波形失真， 至于色散效应引起信号畸变的程度，则要结合具体信道的传输 情况而定。多径传输也会引起信号畸变，这是因为无线电波在 传播时通过两个以上不同长度的路径到达接收端，接收天线获 得的信号是几个不同路径传来的信号的总和。
第三章 微波与卫星通信
3.1 微波通信技术 3.2 微波通信系统 3.3 微波无线固定接入 3.4 卫星通信技术 3.5 卫星通信系统 3.6 卫星通信技术的发展
3.1 微波通信技术
微波通信所使用的频段为300 MHz～300 GHz，相应的 波长为1 m～0.1 mm。人们习惯上将微波划分为分米波、厘米波、 毫米波和亚毫米波波段。通常用不同的字母代表不同的微波波 段，如：S代表10 cm波段、C代表5 cm波段、X代表3 cm波段、 Ka代表8 mm波段、U代表6 mm波段、F代表3 mm波段等。微波的 主要特征如下。
3.1.3 微波信号的传播
在微波信号的传播过程中，由于大气对微波不可避免 地存在吸收或散射效应，因此，传输损耗不能忽视。传输损耗 为
L = Lቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ - A (dB) (3-2)
式中，Lf
=
Pi PR
=
4πr λ
2 Gi1GR，称为真空中的基本传输损耗，Gi
和GR分别为发射天线的增益系数和接收天线的增益系数；
(2) 高频性。微波的振荡周期在10-9～10-13 s量级，利 用微波的高频特性可以设计制造出微波振荡、放大与检波等微 波器件，如磁控管、行波管等。同时，由于微波的频率高、频 带宽、传输信息容量大，所以大信息量的无线传输大多采用微 波通信。
(3) 穿透性。微波照射到媒质时具有良好的穿透性， 云、雾、雪等对微波的传播影响小，这为微波遥感和全天候通 信奠定了基础。同时，1～10 GHz、10～30 GHz、91 GHz附近波 段的微波受电离层影响较小，从而成为人类探测太空的“宇宙 之窗”，为射电天文学、卫星通信、卫星遥感提供了宝贵的无 线电通道。