微波通信工程设计共43页文档
微波无线通信系统的设计与开发
微波无线通信系统的设计与开发微波无线通信是一种基于微波频段进行通信的无线通信技术，具有传输距离远、传输速率高、抗干扰能力强等优点。
微波通信系统不仅广泛应用于军事通信、航空航天、广播电视等领域，也是现代通信技术发展过程中的重要组成部分。
本文将从技术原理、系统设计和开发流程等多个角度探讨微波无线通信系统的设计与开发。
一、技术原理微波无线通信系统基于微波频段进行通信，微波的波长范围一般为1mm至1m，频率范围为0.3GHz至300GHz。
微波通信的特点是传输距离远、传输速率高、抗干扰能力强。
微波通信系统由发射机、传输介质和接收机三部分组成。
发射机：发射机是微波通信系统的核心部分，其主要作用是将信息信号转化为微波信号。
发射机由射频信号源、放大器、调制电路和天线等组成。
射频信号源产生稳定的射频信号，调制电路将基带信号和射频信号结合，通过放大器将其转化为微波信号，最后通过天线进行辐射。
传输介质：传输介质是微波无线通信系统中的重要环节，传输介质的质量直接影响系统的传输性能。
常见的传输介质包括自由空间、微波导管、同轴电缆、光纤等。
光纤作为高速、稳定、抗干扰能力强的传输介质，近年来得到越来越广泛的应用。
接收机：接收机的作用是将由天线接收到的微波信号转化为基带信号，然后经过解调、放大等电路处理后输出。
接收机的主要组成部分包括天线、放大器、解调电路和基带处理电路等。
二、系统设计微波无线通信系统的设计需要考虑多方面因素，例如传输距离、传输速率、抗干扰能力、可靠性等。
下面主要从系统性能和硬件设计两个方面进行探讨。
1. 系统性能设计(1) 传输速率设计：传输速率是微波无线通信系统需要考虑的重要参数之一，高速传输需要更高的系统带宽，因此需要选择合适的芯片、调制方式等进行设计。
(2) 抗干扰设计：微波无线通信系统易受到外界干扰，因此需要进行合理的抗干扰设计，例如采用多径抑制、信号调制等技术。
(3) 传输距离设计：微波无线通信系统的传输距离往往有较高的要求，需要通过选择合适的天线、放大器等设计组件来实现。
微波传输系统方案设计.doc
微波传输系统方案设计1微波传输系统的设计方案1.1信号源传输的现状和设想新疆人民广播电台地处乌鲁木齐地区，共有10套调频节目，分别在两个发射台传输发射。
其中，A发射台发射9套节目，B发射台发射1套节目。
每周二下午A发射台停电检修时，其负责发射的9套节目停播，由B发射台负责其中4套节目的备份发射，另外5套节目无备份发射，只能停下来。
10套调频广播节目中，有3套节目未上星，其中，A发射台有2套节目未上星，B发射台有1套节目未上星。
新疆人民广播电台与两个发射台之间的主用信号采用光缆传输，备份信号采用卫星传输，3套未上星的节目没有备份信号。
目前，暂用数字电视平台的广播信号作为临时备份信号，由于城市建设、道路施工、地质灾害及社会突发事件而发生光缆故障，导致广播信号中断的现象时有发生。
数字电视平台的广播信号，由于其环路长、节点多以及光缆故障等原因，使用时的可靠性并不十分理想。
解决3套未上星节目的备份信号，以及为其他节目增加冗余备份信号源，是新疆人民广播电台必须解决的问题。
经过比较，在短时间内广播节目无法上星时，自建微波传输系统，不失为一种好的解决办法。
新疆人民广播电台播控译制楼楼顶与A、B两个发射台之间无障碍物遮挡，完全满足微波传输的空间环境。
通过微波传输，可以实现与A发射台之间最低9路的信号传输，实现与B发射台之间最低5路的信号传输，还可以保留充分的备份节目信号通道。
1.2系统方案设计原则（1）可靠性系统应能够适应新疆特有的气候环境，可以长时间稳定运行，故障率低，应急操作简单，同时声音信号在传输过程中应具备损耗小、还原度高的特点，并且指标应符合相关标准。
（2）安全性信号抗干扰性强，有独有的编解码技术，能够有效防止外来信号实施串插。
（3）先进性系统核心设备要选用广播电视业内的主流产品，采用先进的编解码及信号传输技术，提高信号处理和传递的准确性及实时性，并充分考虑未来微波传输技术发展的需要。
（4）扩展性系统设计时，要在满足现有信号传输的基础上，充分考虑后期的增容扩展。
微波传输系统方案设计.doc
微波传输系统方案设计.doc微波传输系统方案设计1微波传输系统的设计方案1.1信号源传输的现状和设想新疆人民广播电台地处乌鲁木齐地区，共有10套调频节目，分别在两个发射台传输发射。
其中，A发射台发射9套节目，B发射台发射1套节目。
每周二下午A发射台停电检修时，其负责发射的9套节目停播，由B发射台负责其中4套节目的备份发射，另外5套节目无备份发射，只能停下来。
10套调频广播节目中，有3套节目未上星，其中，A发射台有2套节目未上星，B发射台有1套节目未上星。
新疆人民广播电台与两个发射台之间的主用信号采用光缆传输，备份信号采用卫星传输，3套未上星的节目没有备份信号。
目前，暂用数字电视平台的广播信号作为临时备份信号，由于城市建设、道路施工、地质灾害及社会突发事件而发生光缆故障，导致广播信号中断的现象时有发生。
数字电视平台的广播信号，由于其环路长、节点多以及光缆故障等原因，使用时的可靠性并不十分理想。
解决3套未上星节目的备份信号，以及为其他节目增加冗余备份信号源，是新疆人民广播电台必须解决的问题。
经过比较，在短时间内广播节目无法上星时，自建微波传输系统，不失为一种好的解决办法。
新疆人民广播电台播控译制楼楼顶与A、B两个发射台之间无障碍物遮挡，完全满足微波传输的空间环境。
通过微波传输，可以实现与A发射台之间最低9路的信号传输，实现与B发射台之间最低5路的信号传输，还可以保留充分的备份节目信号通道。
1.2系统方案设计原则（1）可靠性系统应能够适应新疆特有的气候环境，可以长时间稳定运行，故障率低，应急操作简单，同时声音信号在传输过程中应具备损耗小、还原度高的特点，并且指标应符合相关标准。
（2）安全性信号抗干扰性强，有独有的编解码技术，能够有效防止外来信号实施串插。
（3）先进性系统核心设备要选用广播电视业内的主流产品，采用先进的编解码及信号传输技术，提高信号处理和传递的准确性及实时性，并充分考虑未来微波传输技术发展的需要。
微波系统工程方案
微波系统工程方案一、项目概述微波系统工程是指利用微波技术进行通信、雷达、导航、遥感等方面的在系统集成、设计和应用。
本方案将针对微波系统工程的设计和建设展开详细的描述和规划。
二、项目背景随着科技的不断进步和社会的快速发展，微波技术在通信、雷达、导航、遥感等领域的应用变得越来越广泛。
而微波系统作为微波技术的集成和应用，对于解决系统的高频通信、高精度定位、高分辨率探测等问题起着至关重要的作用。
因此，微波系统工程的建设和发展对于实现科技创新、提升生产效率、改善人民生活等方面都具有重要意义。
三、项目目标本项目旨在建设和完善微波系统工程，实现对于微波技术的有效集成和应用，提高通信、雷达、导航、遥感等领域的技术水平和应用价值。
具体目标如下：1.设计和建设一套完整的微波系统工程，涵盖通信、雷达、导航、遥感等多个领域的应用需求。
2.提高微波系统的集成度和系统性能，实现多功能、高效率、经济性的设计和应用。
3.加强对于微波技术的研发和创新，推动微波工程技术的向前发展。
4.提升微波系统工程的科技含量和工程质量，实现对于实际应用需求的有效支持和服务。
四、项目内容1. 微波系统设计：包括对于微波器件、射频电路、天线系统、微波集成电路等方面的设计和优化。
2. 微波系统集成：对于微波系统各个模块进行集成和优化，实现系统的整体性能和稳定性。
3. 微波系统应用：将设计和集成的微波系统应用到通信、雷达、导航、遥感等多个领域的实际应用中。
4. 微波系统测试：对设计和集成的微波系统进行性能测试和验证，确保系统能够满足实际需求。
五、工程方案1. 微波系统设计在微波系统设计过程中，需要对器件、电路、系统等多个方面进行设计和优化。
具体工作如下：(1) 微波器件设计：对微波放大器、微波滤波器、微波混频器等器件进行设计和优化，提高器件的性能和可靠性。
(2) 微波电路设计：对微波功率放大器、微波频率合成器、微波混频器、微波调制器等电路进行设计和优化，实现高效、稳定和低损耗的电路设计。
微波通信工程设计
微波接力通信工程设计文件编制
1) 设计阶段划分 2) 设计文件ห้องสมุดไป่ตู้容和要求 3) 波道频率和极化配置 4) 通信组织安排
➢ 通道安排 ➢ 微波站设备配置
5) 微波站平面布置
➢ 总平面及生产用房布置 ➢ 天线和铁塔布置
➢ 微波站建筑要求 ➢ 概预算编制
设计实例1：
设计实例1：（长站距解决措施）
两端或一端站点海拔高度较高，电波处于高路径传播，这样较 少受地面低空（100～200米）波导层影响，或者由于两端站址 海拔高差较大，电波穿越低空波导层，避免了在波导层内形成 多径传播衰落，因而一般传播比较稳定；
SDH微波电路差错性能指标（质量等级）
接入网通道:连接用户至本地网端局(或汇接局)之 间
– 按SDH设计规范 YD/T 5088-2005 ，电路指标配额： D=8%
注：1）按光同步体制 YDN 099-1998，电路配额：D=6% 2）按ITU-R 1189： D=（7.5～8.5）%
主要内容
1) 图上作业 2) 站距和余隙选择 3) 路径剖面图制作 4) 天线高度选择 5) 线路转折角确定 6) 线路分支角确定 7) 越站干扰 8) 站址选择
主要内容
微波通信发展历史 微波电路组成 微波工作频段及波道和极化配置 27500Km假设参考通道（HRP） SDH微波电路差错性能指标（质量等级） 微波电波传输 微波系统干扰及协调 微波通信线路选择 微波线路工程勘测 微波接力通信工程设计文件编制
电波传播衰落及抗衰落措施
➢ 分集间距合理时 ：
分集间距不合理时 ：
主要内容
微波通信发展历史 微波电路组成 微波工作频段及波道和极化配置 27500Km假设参考通道（HRP） SDH微波电路差错性能指标（质量等级） 微波电波传输 微波系统干扰及协调 微波通信线路选择 微波线路工程勘测 微波接力通信工程设计文件编制
射频微波通讯电路设计(RF-Microwave Communication Circuits Design )
Sum mode S-parameter analyze： The magnitude of S11，S41(dB) Return Loss = 46.16 dB Isolation = 45.42dB S11 < -20dB 的頻 寬： 4.97GHz ~ 6.62GHz =1650MHz S41 < -20dB 的頻 寬： 4.89GHz ~ 6.71GHz =1820MHz
設計過程：
Coupled-Line Directional Coupler 可以用 microstrip line 和 lump element 來實現，以下
我分兩種情形來做分析討論
1. Microstrip line coupler：
Microstrip line & Substrate analyze：
1
.
射頻微波通訊電路設計
RF/Microwave Communication Circuits Design
RF2003 HW5 參考：E14883032 吳健銘 P48891066 洪健君 E24882305 石益璋(Hybrid-Ring coupler) N26911174 陳俊宏(Coupled line coupler)
Байду номын сангаас
The phase of S12，S42(dB)
由上圖可以得知 Port1 輸出為-90o 的 phase，Port4 的輸出為 90o 的 phase，phase difference = 180o。
3. Conclusion：
Sum Mode Return Loss Isolation Coupling S11 (S22) < -20dB bandwidth & Output power balance > 1dB bandwidth Phase difference Difference Mode
第2章1-3节 微波工程
dU ( z ) = −( R0 + jω L0 ) I ( z ) dz
dI ( z ) = −(G0 + jωC0 )U ( z + dz ) dz
− I ( z ) + ( G 0 + jω C 0 ) dzU ( z + dz ) + I ( z + dz ) = 0 作同样运算得到
−I ( z) + (G0 + jωC0 )dzU ( z + dz) + I ( z + dz) = 0
12
2、推导传输线方程（电报方程）
−U ( z ) + ( R0 + jω L0 )dzI ( z ) + U ( z + dz ) = 0
？ U ( z + dz ) − U ( z ) = −( R + jω L ) I ( z )dz 0 0
20
（4）分布电阻 R0
Ud R0 = I
R0R0dz dz
C0C0dz dz
形成的原因？
定义：由构成传输线的导体形成的电阻，记作R0 由路的方法：
Ud：单位长度传输线 两导体分布电阻上的 总电压降。
L0dz z d
G0dz z G0 d
dz dz
21
（4）分布电阻
用能量（功率）的方法
1 ∗ 传输线单位长度损耗功率： P = Rs ∫l H ..H d l l : 2 1 ωμ
23
第二节
传输线中的电磁波传输状态
24
与波阻抗的区别？
注意描述的物理量
微波通信工程设计
省际干线通道：连接任何长途交换中心之间及长 途交换中心与国际接口局之间。
– 可参照27500km假设参考通道的国际部分，参考电路长度为 5000km；
– 按SDH设计规范 YD/T 5088-2005 ，省际干线电路质量指标配额为：
A=12%×L/5000
L：实际电路长度
注：1）该配额符合光同步体制 YDN 099-1998 ：实际任意长度国际 转接通道误码性能指标配额为通道长度L（km）与0.0024%/km的 乘积，即0.0024%×L。省际干线可能承接国际转接通道，原则采 用国际转接通道指标标准。
内部材料，注意保密
第26页
微波系统干扰及协调——系统内干扰
1）同站分支或转折电路干扰（小夹角分 支干扰）
–在频率安排允许时，采用邻波道或不同频段 –采用交叉极化方式——利用交叉极化隔离度 –采用高性能和超高性能天线——利用天线方向性 –采用特殊性能天线（贝壳和角锥形等）——天线
方向性
内部材料，注意保密
内部材料，注意保密
第11页
27500Km假设参考通道（HRP）
中间国
PEP
IG
IG
国内部分
IG
IG
国际部分
假设参考通道 27500 km
国际部分为：
– 2个终端国：2×2500km – 4个中间国：4×5000km
国内部分为：2×1250km
IG
PEP
国内部分
内部材料，注意保密
第12页
主要内容
注：1）按光同步体制 YDN 099-1998，电路配额：D=6% 2）按ITU-R 1189： D=（7.5～8.5）%
内部材料，注意保密
第17页
主要内容
数字微波系统工程设计
200
100
80
125
40
70
30
110
50
150
方案设计
剖面分类
路径剖面根据地形、气候条件，两端天线高差、电波传播条件等， 划分为A、B、C三种类型 A：由山岭、城市建筑或二者混合组成，中间无宽敞的河谷和湖泊。 B：由起伏不大的丘陵地带组成，中间无宽敞的河谷和湖泊。 C：由气候潮湿的平原和水网区域组成，地面反射和多经传播所引起 的衰落比较严重。
PM为接收机的误码门限电平，单位为 (dB)
天线俯仰角的计算
tg 1 h2 h1
d
Ө2=90º－Ө1
h1
式中：h1、h2、d 的单位要统一
A
方案设计
Ө1 d
Ө2 h2 B
方案设计
方位角的计算
1、A站至B站的真北方位角
1 arctg (a c)
(b d )
由于A站处真子午线与座标 纵线有一夹角，因此A站至 B站的真北方位角为： θ1加该夹角。
2Ka
Hs 为阻挡点的海拔高度，单位m
K 为地球等效半径系数，计算时取2/3、1、4/3、∞
a 为地球半径（6370km） Hc、h1、h2、Hs的单位为m d1、d2、d、a 的单位为km
计算最小费涅尔区半径F0
方案设计
方案设计
费涅区半径的计算
1、费涅尔区半径计算
Fn 17.32 n d1 d 2 f d
d Ө1
A（a，b）
真
磁
座
北
B（c，d）
Ө2 真
磁
座
方案设计
方位角的计算
2、B站至A站的方位角
2 1800 arctg (a c)
微波工程微波网络分析PPT课件
第20页/共53页
50Ω
V V
2
2
例4.4 求3dB衰减器的S参数，匹配负载为50Ω。
计算分压
141.8(58.56) /(141.8 58.56) 41.44
V V V ( 41.44 )( 50 ) 0.707V
2 2 1 41.44 8.56 50 8.56
1
S S 0.707
([Z] [U])[V ] ([Z] [U])[V ]
其中[U]为单位矩阵
1 0 0
[U]
0
1
0
1
[S ] ([Z ] [U ])1([Z ] [U ])
[Z ] ([U ] [S ]) 1([U ] [S ])
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互易网络与无耗网络
对于互易网络
[S] [S]t 对称矩阵
S11
S12 S 21 1 S22
(0.1) ( j0.8)( j0.8) 1 0.2
0.633
RL 20log 3.97dB
第26页/共53页
参考平面的移动
S参数与入射到网络和反射自网络的行波的振幅和相位有关， 因此网络的每一端口的相位参考平面必须加以确定。
当参考面从它们的原始位置移动时，S参数需要进行转换。
免反射的出现。
Sii:当所有端口接匹配负载时，向i端口看去的反射系数。 Sij:当所有端口接匹配负载时，从j端口到i端口的传输系数。
第19页/共53页
例4.4 求3dB衰减器的S参数，匹配负载为50Ω。-自学！
V
S 1
11
V
1
Z(1) Z
in
0
Z Z (1)
V2 0
in
0
微波通道工程设计(2)
3.线条的粗细，颜色，形状可以通过在如下操作完成。 在线条上点击鼠标右键，选择Link Attributes可以用来编 辑线条，Delete Link可以删除该线条。如图下所示。
进入Link Attributes以后,得到右边的图形 其中:线条的Line width（粗细）, Line Style（形状）：
• 七 、站点的连接和设置
按照局方给的网络图把各个站点连接起来并作计算，看路由是否通，不t 通就要修改。
1.站点的连接很简单，就用按住鼠标左键从一点拖到另一点再放开 就完成了;
2.站点的大小、颜色、形状都可以通过双击站点进行设置。如图下 图所示，Circle(圆形)，Square(方形)，Triangle(三角形)，大小在 Size那里设置，还有显示项目在Display项设置，可以显示坐标 （Coordinates）和海拔(Elevation)。点击OK就完成了！
进入操作画面后，再进入主菜单Module > Network,如下图所
示。
单击Network.得到如下界面 单击Site List-Site List
在进入Site List界面以后，我们再进入Import > Site Text File，此时会弹出如下图所示的界面。
在Import Text File界面上，可以看到一些设置，首先我们先看 Field name,它下面有很多设置项，如Site Name, Call Sign, Latitude or northing, Longitude or easting, Elevation等，要 做的就是在Number下面设置数值，但是要注意：这里的1，2, 3……等 数值必须和数据整理的A, B, C…….相对应（前面提到的EXL或csv文 档），例如：在数据整理表中A列代表的是Site Name,在Import Text File界面上，Site Name的Number就是1,又如：在数据整理表中B,C列分 别代表的是Longitude(经度)，Latitude(纬度)，那么在Import Text File界面上，Longitude or easting和Latitude or northing的Number 分别是2 , 3。其它的也一样设置。
微波原理和工程设计
收 发间 隔
相邻波道间隔
最小收发间隔
相邻频段保护间隔 m
频段中心频率 f1 f2 f3 fn f0 f1' f2' f3' fn'
波道划分示意图
2。波道的选择原则
一个波导的发信机和收信机只使用一个载频(即射频) 。因此，建设一条微波干线至少要申请两 对波道，遇到线路出现交叉地情况，则要增加波道。否则会出现系统内部干扰，造成通信困难。 a。当拟建微波线路有同路由或接近平行路由的微波线路时，最好避开已建线路的波道。只有通 过干扰计算干扰小且余量较大时，方可使用相同的波道，但极化必须和已建电路不同。 b。当拟建电路有交叉路由的微波线路时，如果交叉角小于30°时，按a条对待；若交叉角大于 60度，则应选择已建同频道的频率以节省频率资源。 c。为避免越站干扰，在一条中继线路上，第四个站不应在第一和第二各站的延长线上，极化的 排列顺序为H,H,V,V。站型交错配置,链路采用之字型。 d。所选择的频率，应避开当地雷达和卫星地面站等大功率发射机所使用的频率。 e.所选择的频率必须得到当地政府的认可和批准。
室内 室内
空间分集
室外分离式天线 室外可拆卸式天线
室内
室内
b。设备的主要指标
1、工作频段 微波中继通信的频段包括1～40 GHz的很宽范围。工作频率愈高，愈容 易获得较宽的通频带和较大的通信容量。同时天线设备也具有更尖锐 的方向性，而且体积重量减小，但是频率高时，雾、雨或雪的吸收显 著，传播损耗、衰减和接收设备噪声也愈高。从12 GHz起必须考虑大 气中水蒸气的吸收问题，这种吸收衰耗随频率上升而增加。当频率接 近22 GHz时，即水蒸气分子谐振频率时，是大气中传播损耗的峰值， 衰减量很大。 2、发信功率(dBm)Pt：指发信机输出口处功率的大小。输出功率的 确定与设备的用途、站距、衰落影响和抗衰落方式等因素有关。 微波中继站所需的发射功率和很多因素有关，例如，通话路数愈多， 频带愈宽。为保持同样的通信质量，必须有更大的发信功率。另外，也和 站址选择，多径衰落的影响，分集接收的采用等诸多因素有关。
微波工程设计
2002-08
技术支撑组
GPDI无线通信设计部
２００２年度培训资料
第一章 微波工程设计基础知识
• 1、微波定义及微波传输常用频段的划分 ? 广义微波频段：300MHz～300GHz ? 常用微波频段：2 GHz～30GHz ? 2 GHz～10GHz频段：长距离（站距15公里以上）大容量（大于34Mb/s） 的微波传输 ? 10 GHz～30GHz频段：短距离(站距15公里以下)中小容量（34Mb/s以 下）的微波传输 ? 微波频段的划分ITU具有严格的规定
４４００－５０００ＭＨｚ频段 波道号 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ 频率（ＭＨｚ） ４４３０ ４４７０ ４５１０ ４５５０ ４５９０ ４６３０ ４６７０ 波道号 １＇ ２＇ ３＇ ４＇ ５＇ ６＇ ７＇
（ＩＴＵ－Ｒ ＲＥＣ．２８７）
５９２５－６４２５ＭＨｚ频段 波道号 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ 频率（ＭＨｚ） ５９４５．２０ ５９７４．８５ ６００４．５０ ６０３４．１５ ６０６３．８０ ６０９３．４５ ６１２３．１０ ６１５２．７５ 波道号 １＇ ２＇ ３＇ ４＇ ５＇ ６＇ ７＇ ８＇
（ＩＴＵ－Ｒ ＲＥＣ．３８６ ＡＮＮＥＸ１）
频率（ＭＨｚ） ７５９６ ７６２４ ７６５２ ７６８０ ７７０８
频率（ＭＨｚ） ８０５９．０２ ８０８８．６７ ８１１８．３２ ８１４７．９７ ８１７７．６２ ８２０７．２７ ８２３６．９２ ８２６６．５７
１０７００－１１７００ＭＨｚ频段 （ＩＴＵ－Ｒ ＲＥＣ．３８７／３８９ （１／２）） 波道号 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ 频率（ＭＨｚ） １０７１５ １０７５５ １０７９５ １０８３５ １０８７５ １０９１５ １０９５５ １０９９５ １１０３５ １１０７５ １１１１５ １１１５５ 波道号 １＇ ２＇ ３＇ ４＇ ５＇ ６＇ ７＇ ８＇ ９＇ １０＇ １１＇ １２＇ 频率（ＭＨｚ） １１２４５ １１２８５ １１３２５ １１３６５ １１４０５ １１４４５ １１４８５ １１５２５ １１５６５ １１６０５ １１６４５ １１６８５