《電信傳輸原理及應(yīng)用》習(xí)題答案

電信傳輸原理及應(yīng)用 課后習(xí)題答案 I 目 錄 第一章 電信傳輸?shù)幕靖拍?. 1 第二章 金屬傳輸線理論 . 4 第三章 波導(dǎo)傳輸線理論 . 7 第四章 介質(zhì)光波傳輸理論 . 13 第 五 章 無線通信傳輸理論 . 19 第六章 移動(dòng)通信傳輸信道的特性 . 24 第七章 微波通信傳輸信道的特征 . 28 第八章 衛(wèi)星通信傳輸線路的特征 . 32 1 第一章 電信傳輸?shù)幕靖拍?1、 什么 是通信、電信和電信傳輸？電信號(hào)有哪些種類？各有什么特征？ 答： 從廣義上說，無論采用何種方法，使用何種傳輸媒質(zhì)只要將信息從一地傳送到另一地，均可稱為通信。 電信號(hào)按照不同的角度可有不同的分類，按照電信號(hào)傳載信息的形式的不同，可分為：模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩種類型。模擬信號(hào)，是指模擬、仿照原有消息變化的電信號(hào)，這種信號(hào)的幅度變化是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)；數(shù)字信號(hào)在時(shí)間上和幅度上的取值都是離散的。數(shù)字信號(hào)在傳輸上有很多優(yōu)點(diǎn)，最主要的是它的抗干擾性強(qiáng)。由于它是以 1、 0 兩種狀態(tài)傳輸?shù)?，在接收端只要正確地判斷是 “1”或者是 “0”， 就等于完全取消了干擾。 2、 完整的電信傳輸系統(tǒng)是如何組成的？ 答： 一個(gè)完整的電信傳輸系統(tǒng)除了必須具備傳輸信道部分外，還需要有用戶終端設(shè)備、交換機(jī)、多路復(fù)用設(shè)備和傳輸終端設(shè)備（收發(fā)信機(jī)）等。 3、 電信傳輸有些什么特點(diǎn)？ 答： 一是傳輸信號(hào)的多頻率；二是電信傳輸?shù)墓β试谟芯€傳輸?shù)墓β时容^小，它一般只有毫瓦量級(jí)；三是電信傳輸?shù)男?，由于電信傳輸是弱電傳輸，其傳輸效率非常重要?四是電信傳輸離不開信號(hào)的變換。 4、 常用傳輸 介質(zhì) 的結(jié)構(gòu)及用途是什么？ 答： 電信號(hào)的傳輸實(shí)質(zhì)是電磁波的傳播，傳播方式分有線傳播和無線傳播兩種，因此其傳輸介質(zhì) 也按此分類方式分為有線傳輸介質(zhì)和無線傳輸介質(zhì)。 現(xiàn)有的傳輸線有架空明線、對(duì)稱電纜、同軸電纜、金屬波導(dǎo)管和光纖等；無線電傳播的傳輸介質(zhì)是對(duì)流層、平流層或電離層，傳播方式有直射波，反射波，地波，散射波等。 用途： （ 1） 架空明線：架空明線是利用金屬裸導(dǎo)線捆扎在固定的線擔(dān)上的隔電子上，是架設(shè)在電線桿上的一種通信線路，現(xiàn)今多用于專網(wǎng)通信，如利用高壓輸電線實(shí)現(xiàn)載波通信；利用鐵路電氣汽車輸電線實(shí)現(xiàn)載波通信等； 2 （ 2） 對(duì)稱電纜：市話對(duì)稱電纜是由若干條扭絞成對(duì)（或組）的導(dǎo)電芯線加絕緣層組合而成的纜芯，外面包裹有保護(hù)層的一個(gè)整體。主要作為傳統(tǒng)的話音通信介質(zhì)，是當(dāng)前電信接入網(wǎng)的主體； （ 3） 同軸電纜：同軸電纜又稱為同軸線對(duì)，屬于不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。它是由內(nèi)、外導(dǎo)體和內(nèi)、外導(dǎo)體之間的絕緣介質(zhì)和外護(hù)層四部分組成，同軸電纜主要用在端局間的中繼線、交換機(jī)與傳輸設(shè)備間中繼連接線、移動(dòng)通信的基站發(fā)信機(jī)與天線間的饋線以及有線電視系統(tǒng)中用戶接入線等； （ 4） 金屬波導(dǎo)： 金屬波導(dǎo)是用金屬制成的中空的柱狀單導(dǎo)體，金屬波導(dǎo)常用于微波或衛(wèi)星的收、發(fā)信機(jī)與天線間饋線使用； （ 5） 光纖：光纜是由光纖、加強(qiáng)件和外戶層構(gòu)成。光纖是由纖芯、包層和涂敷層組成，光纖作為傳輸介質(zhì)主要優(yōu)點(diǎn)是傳輸頻帶寬、通信 容量大、傳輸損耗小、抗電磁場(chǎng)干擾能力強(qiáng)、線徑細(xì)、重量輕、資源豐富等。為各種通信系統(tǒng)廣泛使用，光纖目前是最理想的傳輸線。 （ 6） 無線信道：主要靠電磁波在大氣層的傳播來傳遞信息。 5、 以功率電平為例，請(qǐng)簡(jiǎn)述正電平、負(fù)電平和零電平的意義。 答： 由定義知，當(dāng)0， 電平為零，其含義是該點(diǎn)的功率等于基準(zhǔn)功率。當(dāng)0 , 電平是負(fù)值 ,其含義是該點(diǎn)的功率小于基準(zhǔn)功率。 當(dāng)0 , 電 平是正值 ， 其含義是該點(diǎn)的功率大于基準(zhǔn)功率 。 對(duì)于絕對(duì)功率電平來說 ， 因?yàn)榛鶞?zhǔn)功率是 所以當(dāng) 1xP ，電平是正值，當(dāng) 1xP 。電平是零值，當(dāng) 1xP ，電平是負(fù)值。 6、 試簡(jiǎn)述絕對(duì)電平和相對(duì)電平的意義以及兩者之間的關(guān)系。 答： 所謂某點(diǎn)的電平，是指電信系統(tǒng)中某一信號(hào)的實(shí)測(cè)功率（或電壓、電流）值與某參考點(diǎn)的信號(hào)功率（或電壓、電流）之比的對(duì)數(shù)值，某參考點(diǎn)的信號(hào)功率（或電壓、電流 ）又稱為基準(zhǔn)功率（或基準(zhǔn)電壓、基準(zhǔn)電流）。需指出的是：基準(zhǔn)功率是基本不變的，而基準(zhǔn)電壓或基準(zhǔn)電流則是根據(jù)在某一阻抗上所獲得的基準(zhǔn)功率來確定的。當(dāng)阻抗變化時(shí)，基準(zhǔn)電壓或基準(zhǔn)電流也要隨之而變化。 求相對(duì)向平時(shí)所取的基準(zhǔn)是不固定的，被測(cè)量值和基準(zhǔn)是相對(duì)的，而絕對(duì)電平的基準(zhǔn)是 3 固定的。在電話通信中，絕對(duì)電平的基準(zhǔn)參考點(diǎn)的阻抗0 600R ，功率是0 1P ，就可分別計(jì)算出絕對(duì)電壓電平的基準(zhǔn)電壓和絕對(duì)電流電平的基準(zhǔn)電流。 7、 已知測(cè)試點(diǎn)的阻 抗 75，其電壓為 計(jì)算測(cè)試點(diǎn)上的絕對(duì)功率電平是多少？ 解：直接帶公式計(jì)算有： 000()( ) ( ) 0 . 8 5 6 0 0 1 0 l g 2 0 l g 1 0 l g 2 0 l g 1 0 l g 9 . 8 3 ( d B m )( ) ( ) ( ) 0 . 7 7 5 7 5m W U V m W U V R V 8、 設(shè)電路某點(diǎn)的絕對(duì)功率電平為： （ 1） （ 2） （ 3） 求該點(diǎn)的功率值。 解：（ 1）將 入公式，計(jì)算得到 （ 2）帶入上式得到 e(-3) 3） 將 入 () 1 0 l m WL d B 計(jì)算得到 9、 已知測(cè)試點(diǎn)功率為 路始端功率為 10測(cè)試點(diǎn)的相對(duì)功率電平值。 解： 直接帶入 公式 得到：321()1 1 0 . 2 1 0 l n l n 1 . 4 9 82 ( ) 2 1 0pP m W p N p N pP m W m W 。 10、 已知測(cè)試點(diǎn)電壓為 路始端電壓為 測(cè)試點(diǎn)的相對(duì)電壓電平值。 解：帶公式有：21() 0 . 7 l n l n 1 . 2 5 3( ) 0 . 2L N p N p N pU v V 4 第二章 金屬傳輸線理論 1、集總參數(shù)與分布參數(shù)有哪些異同？ 答： 在低頻傳輸時(shí)，常把傳輸線當(dāng) “短線 ”，可以認(rèn)為傳輸線上所有的電場(chǎng)能都全部集中在了一個(gè)電容器 C 中，磁場(chǎng)能都全部集中在了一個(gè)電 感器 L 中，把消耗的電磁能量集中在一個(gè)電阻元件 R 和一個(gè)電導(dǎo)元件 G 上，而連接元件的導(dǎo)線（傳輸線）則認(rèn)為理想導(dǎo)線。常把這些獨(dú)立存在的 R、 C、 L、 G 稱為集總參數(shù) ； 隨著傳輸信號(hào) 頻率升高，此時(shí)傳輸線已工作在 “長(zhǎng)線 ”狀態(tài)，當(dāng)信號(hào)通過 “長(zhǎng)線 ”傳輸線所需要的傳輸時(shí)間與信號(hào)變化的一個(gè)周期所需要的時(shí)間接近時(shí)，即使在穩(wěn)態(tài)工作情況下，傳輸線上電壓、電流不僅隨時(shí)間變化而且還隨傳輸線的長(zhǎng)度變化有關(guān)。因此沿傳輸線上的電壓、電流表達(dá)式要用偏微分方程來表示；其次，傳輸線間的電阻、電感、電容以及電導(dǎo)不僅互不可分，而且沿線隨機(jī)分布。常把傳輸線單位 長(zhǎng)度上的電阻 感 容 導(dǎo) 稱為傳輸線的分布參數(shù)。 2、何為長(zhǎng)線？何為短線？ 答：當(dāng)傳輸線的幾何長(zhǎng)度 L 比其上所傳輸?shù)碾姶挪ǖ淖钚〔ㄩL(zhǎng) 長(zhǎng)，即100輸線稱為長(zhǎng)線，反之則為短線 3、闡述金屬傳輸線出現(xiàn) R、 L、 C 和 G 的原因及它們的物理意義 。 答：是因?yàn)槔眠@些電路參數(shù)和相應(yīng)的 系，通過基爾霍夫定律對(duì)傳輸線上的信號(hào)進(jìn)行研究，可較為準(zhǔn)確的列出傳輸線上任意一點(diǎn)的 的表達(dá)式。 物理意義： R 取決于導(dǎo)線的材料和傳輸信號(hào)的頻率； L 是由 于變化的電流流經(jīng)導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部及其周圍出現(xiàn)變化的磁通而產(chǎn)生的，導(dǎo)線的磁通量與產(chǎn)生磁通的電流之比稱為電感頻率越高導(dǎo)線的電感越?。换ハ嘟^緣的平行雙導(dǎo)線可以認(rèn)為是電容器的兩個(gè)極板，從而產(chǎn)生電容 C，線路的直徑越大，雙導(dǎo)線間距越近，線路越長(zhǎng)時(shí)電容量越大； G 反映了雙導(dǎo)線之間的絕緣情況，電導(dǎo)值越大導(dǎo)線之間絕緣越差，漏電越嚴(yán)重。 4、傳輸線的特性阻抗和傳輸常數(shù)代表什么意義？ 答：傳輸線的特性阻抗是線上任意一點(diǎn)的電壓入射波和電流入射波的比值，或電壓反射波同電流反射波比值的負(fù)值。 5 傳輸常數(shù)代表了信號(hào)的電磁波沿均勻匹配線路傳輸 時(shí)，一個(gè)單位長(zhǎng)度回路內(nèi)在幅值和相位上所發(fā)生的變化的程度。 5、當(dāng) L 時(shí)，傳輸線處于什么工作狀態(tài)？傳輸線具有什么特點(diǎn)？ 答：傳輸線處于行波工作狀態(tài)，特點(diǎn)如下： 1、傳輸線上只存在入射波而無反射波，電壓波或電流波處于純行波狀態(tài)； 2、電壓波和電流波同相，其值之比為傳輸線的特性阻抗3、有傳輸線任意截面處向終端負(fù)載方向看進(jìn)去的輸入阻抗 4、因沒有發(fā)射，始端向終端方向傳輸?shù)墓β?，全部被?fù)載吸收，傳輸效率高。 6、當(dāng) 輸線處于什么工作狀態(tài)？傳輸線具有什么特點(diǎn)？ 答： 此時(shí)傳輸線上既有行波，又有駐波，構(gòu)成行駐混合波狀態(tài)。 7、通信回路的串音損耗與串音防衛(wèi)度的物理意義是什么？ 答：串音損耗是表征主串回路對(duì)被串回路影響大小的量，其值越大，則串音功率越小，對(duì)相鄰回路的串音干擾越??；反之，串音干擾越大。串音防衛(wèi)度表明被串回路本身對(duì)外來干擾的防衛(wèi)程度，串音防衛(wèi)度越大，則防衛(wèi)能力越強(qiáng)。 8、若已知 f=5軸電纜回路的一次參數(shù)：電阻 501 ，電感 ，電導(dǎo) 151 ，電容 331 。試求該同軸電纜的二次參數(shù)。 解：特性阻抗 31910 . 2 1 0 7 7 . 8 53 3 1 0 衰減常數(shù)和相移常數(shù)為： 1 1 1 111 8 . 6 8 622R C G L d B k 9 6 3395 0 3 3 1 0 1 5 1 0 0 . 2 1 0 8 . 6 8 62 0 . 2 1 0 2 3 3 1 02 . 7 9 d B k m 或者不乘以 得： 3 91 1 1 12 2 5 1 0 0 . 2 1 0 3 3 1 0 8 0 . 7 1L C f L C r a d k m 6 2 . 7 9 8 0 . 7 1 9、設(shè)某平行雙導(dǎo)線的直徑為 2距為 8圍介質(zhì)為空氣，求其特性阻抗。 解： 首先求 221 ， 11 22 11 . 1 8 6 10、設(shè)某同軸線的外導(dǎo)體內(nèi)直徑為 20導(dǎo)體外直徑為 10其特性阻抗；若在內(nèi)外導(dǎo)體之間填充 為 介質(zhì)，求其特性阻抗。 解： ( 6 0 ) * l n ( ) 4 1 . 5 9cZ r D d 當(dāng)填充介質(zhì)后， ( 6 0 ) * l n ( ) 2 8 . 0 4cZ r D d 。 7 第三章 波導(dǎo)傳輸線理論 1、 波導(dǎo)為什么不能傳輸 ？ 答： 因?yàn)槿艚饘俨▽?dǎo)中存在 ，那么磁力線應(yīng)在橫截面上，而磁力線應(yīng)是閉合的，根據(jù)右手螺旋規(guī)則，必有電場(chǎng)的縱向分量位移電流 支持磁場(chǎng)，若沿此閉合磁力回線 對(duì) H 做線積分，積分后應(yīng)等于軸向電流（即 ）。 2、 波導(dǎo)波長(zhǎng)與工作波長(zhǎng)有何區(qū)別？ 答： 波導(dǎo)中某波型沿波導(dǎo)軸向相鄰兩個(gè)點(diǎn)相位面變化 2(一個(gè)周期 T) 之間距離稱為該波型的波導(dǎo)波長(zhǎng)，以 P 表示。 而工作波長(zhǎng)是由不同的信號(hào)波所特有的，與自身性質(zhì)有關(guān)。 3、 一空氣填充的矩形波導(dǎo)，其截面尺寸 a = 8b = 4畫出截止波 說明工作頻率 電磁波在該波導(dǎo)中可以傳輸哪些模式。 解：根據(jù)公式2222( ) ( ) 可以得到 ， 22222 2 1 64( ) ( )c ck mn 圖略。 由 3H得， 893 1 0 0 . 1 ( )3 1 0c 而各模式的截止波長(zhǎng)為 ， 10 2 0 . 1 6c T E 01 2 0 . 0 8c T E 2211 2 2 2 2 2 22 2 7 . 2 1 0 4 . 3 1 0 0 . 0 7 4 m( 7 . 2 1 0 ) ( 4 . 3 1 0 )c T 可見，該波導(dǎo)在工作頻率為 3，只能傳輸 10。 8 4、 若將 3準(zhǔn)矩形波導(dǎo) （ a = b 來傳輸工作波長(zhǎng) 0= 5電磁波，試問是否可能？若用 （ a =b = 來傳輸波長(zhǎng) 0= 3不會(huì)產(chǎn)生什么問題？ 解： （ 1） 首先考慮 0 波， 1 0 02 4 5 . 7 2 4 . 5c T E a m m c m 因此，不能用來傳輸波長(zhǎng) 5電磁波。 （ 2）同上， 1 0 02 8 0 . 8c T E a m m 因此可以傳輸。 5、 設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)矩形波導(dǎo) ， a=b 1)當(dāng)工作波長(zhǎng) =6波導(dǎo)中可能傳輸哪些模式？ (2)設(shè) 0=10工作于 式，求相位常數(shù) 、波導(dǎo)波長(zhǎng) p、相速度速度 波阻抗 ： （ 1） 10 2 1 4 4 . 2 4c T E a m m 可以傳輸； 01 2 6 8 . 0 8c T E b m m 可以傳輸 20 7 . 2 6C T E a c m c m 可以傳輸 22222 2 2( ) ( )( ) ( )c mn b m a m=1,n=1：222 6 0 . 7 6( ) ( )m m c mb m a n ，可以傳輸 ； m=1,n=2：222 3 3 6( ) ( )m m c mb m a n ，不能傳輸； m=2,n=1：222 4 9 . 5 6( ) ( )m m c mb m a n ，不能傳輸。 因此，只能傳輸 。 2） 22 1 ( )c，其中 10 2 1 4 4 . 2 4c T E a m m ，帶入公式解得， 。 6、在 的矩形波導(dǎo)中傳輸頻率 f =10 式的電磁波。 (1）求 C、 、 p、和 2)若波導(dǎo)寬邊 a 增大一 倍，上述各量如何變化？ 9 (3)若波導(dǎo)窄邊尺寸 b 增大一倍，上述各量又將如何變化？ (4)若波導(dǎo)截面尺寸不變，但工作頻率變?yōu)?15述各量又將如何變化？ 解 ：（ 1 ） 10 2 4 5 . 7 2c T E a m m ， 22 1 ( ) 1 . 5 8c ，823 . 9 8 * 1 0 /1 ( )m s，2120 4 9 9 . 5 81 ( ) （ 2）（ 3）（ 4）方法同上。 7、有一空氣填充的矩形波導(dǎo)工作于 式，其工作頻率為 10測(cè)得波導(dǎo)波長(zhǎng) p 4求： (1)截止頻率 f,和截止波長(zhǎng) C； (2）相速度 速度 波阻抗 解： （ 1 ） 由 公 式21 ( )得到 ，則83 * 1 06 . 6 1 40 . 0 4 5 4c H z ； （ 2 ） 984 * 1 0 * 1 0 4 * 1 0 /f c m m s ， 2 82 . 2 5 * 1 0 /m ，10321 2 0 1 2 0 * 2 . 8 3 * 1 01 ( ) 。 8、 有一內(nèi)充空氣， b fc/2a; c/2b 10 0.8*c/2b fc/2a 0.8*c/ 2a fc/2a a6，該模式在傳輸中不會(huì)截止；若 V ，此模式截止。 6階躍型光纖的單模傳輸條件是什么？ 答： 通常把只能傳輸一種模式的光纖稱為單模光纖，單模光纖只傳輸一種模式即基模 以它不存在模式色散且?guī)挊O寬，一般都在幾十上，可實(shí)用于長(zhǎng)距離大容量的通信。要保證單模傳輸，需要二階模截止即讓光纖的歸一化頻率 V 小于二階模 一化截止頻率，從而可得： 0 V 一重要關(guān)系稱為 “單模傳輸條件 ”。 7什么是單模光纖的 截止波長(zhǎng)？寫出表達(dá)式。 答：通常把只能傳輸一種模式的光纖稱為單模光纖，單模光纖只傳輸一種模式即基模 某一光纖，每個(gè)模式，都對(duì)應(yīng)有一個(gè)截止波長(zhǎng) c，當(dāng)工作波長(zhǎng) c 時(shí)，該模式可 以傳輸；當(dāng) 模式就截止了。對(duì)于單模光纖，其截止波長(zhǎng)為 c=2)1/2a/ 8光纖產(chǎn)生的原因及其危害是什么？ 9光纖損耗和色散產(chǎn)生的原因及其危害是什么？為什么說光纖的損耗和色散會(huì)限制系統(tǒng)的光纖傳輸距離？ 答： 造成光纖損耗的原因很多，主要有吸收損耗、散射損耗和附加損耗。吸收損耗是光波通 過光纖材料時(shí)，一部分光能被消耗（吸收）轉(zhuǎn)換成其他形式的能量而形成；散射損耗是由于材料的不均勻使光散射將光能輻射出光 纖外導(dǎo)致的損耗；附加損耗屬于來自外部的損耗或稱應(yīng)用損耗，如在成纜、施工安裝和使用運(yùn)行中使光纖扭曲、側(cè)壓等造成光纖宏彎和微彎所形成的損耗等。 光纖的損耗將導(dǎo)致傳輸信號(hào)的衰減，光纖損耗是決定光纖通信系統(tǒng)中繼距離的主要因素之一。 15 光纖的損耗將導(dǎo)致傳輸信號(hào)的衰減，所以把光纖的損耗又稱衰減。當(dāng)光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)，隨著距離增長(zhǎng)光的強(qiáng)度隨之減弱，其規(guī)律為：10/)(10)0()( ；在光纖中，信號(hào)的不同模式或不同頻率在傳輸時(shí)具有不同的群速度，因而信號(hào)達(dá)到終端時(shí)會(huì)出現(xiàn)傳輸時(shí)延差，從而引起信號(hào)畸變，這種現(xiàn)象統(tǒng)稱為色散。對(duì)于數(shù)字信號(hào)，經(jīng)光纖傳播一段距離后，色散會(huì)引起光脈沖展寬，嚴(yán)重時(shí)，前后脈沖將互相重疊，形成碼間干擾，導(dǎo)致誤碼率增加。因此，色散決定了光纖的傳輸帶寬，限制了系統(tǒng)的傳輸速率或中繼距離。 10光纖中都有哪幾種色散？解釋其含義。 答： 根據(jù)色散產(chǎn)生的原因，光纖的色散主要分為：模式色散、材料色散、波導(dǎo)色散和偏振模色散。下面分別給予介紹。 模式色散一般存在于多模光纖中。因?yàn)?，在多模光纖 中同時(shí)存在多個(gè)模式，不同模式沿光纖軸向傳播的群速度是不同，它們到達(dá)終端時(shí)，必定會(huì)有先有后，出現(xiàn)時(shí)延差，形成模式色散，從而引起脈沖寬度展寬； 由于光纖材料的折射率隨光波長(zhǎng)的變化而變化，使得光信號(hào)各頻率的群速度不同，引起傳輸時(shí)延差的現(xiàn)象，稱為材料色散。這種色散取決于光纖材料折射率的波長(zhǎng)特性和光源的線譜寬度； 波導(dǎo)色散 w 是針對(duì)光纖中某個(gè)導(dǎo)模而言的，在不同的波長(zhǎng)下，其相位常數(shù)不同，從而群速度不同，引起色散。波導(dǎo)色散還與光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)、纖芯與包層的相對(duì)折射率差等多 方面的原因有關(guān)，故也稱為結(jié)構(gòu)色散； 對(duì)于理想單模光纖，由于只傳輸一種模式（基模 ），故不存在模式色散，但存在偏振模色散。偏振模色散是單模光纖特有的一種色散，偏振模色散的產(chǎn)生是由于單模光纖中實(shí)際上傳輸?shù)氖莾蓚€(gè)相互正交的偏振模，它們的電場(chǎng)各沿 x， y 方向偏振，分別記作 相位常數(shù) x， y 不同（ xy），相應(yīng)的群速度不同，從而引起偏振色散 0 。 )(21)0()( 2 求 : 光纖的本地?cái)?shù)值孔徑 NA(r)。 16 解： 2 2 22N A ( 0 ) 2 1 ( ) rr n r n ， 0 r a 12均勻光纖芯與包層的折射率分別為： 1 50， 1 45，試計(jì)算： （ 1）光纖芯與包層的相對(duì)折射率差 ？ （ 2）光纖的數(shù)值孔徑 （ 3）在 1的光纖上，由子午線的光程差所引起的最大時(shí)延差 （ 4）若在 1的光纖上 ,將 0ns/選什么值 . 解： （ 1） 2 2 21 2 1( ) / 2 3 . 2 8 e - 2n n n ； （ 2） 2212 0 . 3 8 4N A n n ； （ 3） 由 =可求出 為 列出方程并解得此時(shí)所走的光程為 。 更正：m a x 11/ ( s i n ) / ( ) 則 11m a 1 )L n = （ 1000*(08) * ( 1) = 4） 由題可以先求出光走的光程 L=1003m。 =1/入數(shù)據(jù)得到， 更正： 由公式11m a 1 )L n 可得， m a ( 1 )n 代入數(shù)據(jù)可得 : 2n3. 已知階躍光纖纖芯的折射率 對(duì)折射率差 = 芯半徑 a 25m 試求 : 17 的截止波長(zhǎng)各為多少？ 解： 查表可以得到對(duì)應(yīng)的 分別為： 0， 別帶入公式 c=2)1/2a/得到以下各值： 無 截 止 波 長(zhǎng) ； 14. 階躍光纖，若 0=計(jì)算 （ 1）若 = 0 25，為了保證單模傳輸，其纖芯半徑 a 應(yīng)取多大？ （ 2）若取 a=5m ，為保證單模傳輸， 應(yīng)取多大？ 解： （ 1） 單模傳輸 的條件， 10220 2 . 4 0 4 8，將數(shù)據(jù)帶入解出0 0，時(shí)， R， 此時(shí)電波射線折射向上彎曲，與地球彎曲方向相反，故稱負(fù)折射。當(dāng) 時(shí)電波射線折射向下彎曲，與地球彎曲方向相同，故稱正折射。在正折射中， K 稱為臨界折射。 K=4/3， =4KF 2R,故可得： h1:d2=R h1=R 理： 2)考慮到大氣折射 K=4/3 時(shí)，上述情況下 C 點(diǎn)等效地面突起高度為 : Re=理， G 點(diǎn)等效地面突起高度為： Re= 8、 若兩相鄰微波站 A、 B 相距 48射點(diǎn)距 A 站 18 24此兩種情況下的地面突起高度 是多少？若又考慮大氣折射時(shí)的 K 值為4/3，再求上述兩種情況下的等效地面突起高度 是多少 m？ 解： 9、 設(shè)微波中繼通信采用 f 10距為 50徑為光滑 球形地面，收發(fā)天線最小高度，如圖 7示。求（ 1）不計(jì)大氣折射 K=1，保證自由空間余隙 ，等高收發(fā)天線的最小高度；（ 2）在 k 4/3 時(shí)，收發(fā)天線最小高度。 30 解： （ 1）地形為光滑球面，地球半徑 6370 線路中點(diǎn)之地面凸起高度 設(shè)中點(diǎn)為反射點(diǎn)（一般以地形最高點(diǎn)為反射點(diǎn)）， d1=5 893 * 1 0 0 . 0 31 0 * 1 0c ，于是自由 空間余隙為： 61201 30 . 0 3 * 2 5 * 2 5 * 1 00 . 5 7 7 0 . 5 7 7 0 . 5 7 7 1 1 . 1 75 0 * 1 0 ， 當(dāng) K=1 時(shí)，地面凸起高度： 61232 5 * 2 5 * 1 0 4 9 . 0 62 2 * 6 3 7 0 * 1 0 * 1 確定收發(fā)天線高度時(shí)，應(yīng)使地面凸起高度最大處還留有 傳播空間，故 m i n 0 1 1 . 1 7 4 9 . 0 6 6 0 . 2 3eH h h m （ 2） k 4/3 時(shí)，地面凸起高度 ： 61232 5 * 2 5 * 1 0 3 6 . 7 942 2 * 6 3 7 0 * 1 0 * 3 m i n 0 1 1 . 1 7 3 6 . 7 9 4 7 . 9 6eH h h m 10、 已知某數(shù)字微波通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)如下：理論載噪比 20定惡化 =4 室溫下（ 290K），接收機(jī)的噪聲系數(shù) 收機(jī)的等效帶寬=計(jì)算出該系統(tǒng)的門限載波信號(hào)功率電平值 。 解： 噪聲功 率 N 23)*290* 2 0 2 1 8C C C N 門 限 理 論 惡 化 量， 所以有 3 1 8 1 0 l g ( 2 . 2 5 e - 1 3 * 1 0 ) 7 8 . 4 7C d B m 門 限11、 已知一個(gè) 6 55s 系統(tǒng)的傳輸信道參數(shù)如下：發(fā)射機(jī)的發(fā)射電平等于 42、發(fā)端天線增益各為 43端饋線損耗 加損耗 道的頻帶寬度為 際門限載噪比 C/N 聲系數(shù) 2發(fā)兩 端之間的距離 60計(jì)算出系統(tǒng)的平衰落儲(chǔ)備是多少？ 31 解：根據(jù)公式 22 實(shí)際門限，直接帶入數(shù)據(jù)解得， ( ) 5 1 . 6 1 0 l g 2 1 0 l g 2 2 2 0 l g 2 0 l . 6 1 2 2 * 4 3 1 0 l g 2 5 . 8 3 3 2 3 . 1 2 2 * 2 . 5 2 * 2 . 5 2 0 l g 6 2 0 l g 6 04 9 . 2 5 2 d Bf i T A F f d B P G B N L L f 實(shí) 際 門 限 32 第八章 衛(wèi)星通信傳輸線路的特征 1. 簡(jiǎn)要敘述衛(wèi)星通信的主要優(yōu)缺點(diǎn)；與光纖通信相比，你認(rèn)為衛(wèi)星通信系統(tǒng)適合什么樣的應(yīng)用領(lǐng)域。 答： 衛(wèi)星通信的主要優(yōu)點(diǎn)是：（ 1）通信范圍大，只要衛(wèi)星發(fā)射的波束覆蓋進(jìn)行的范圍均可進(jìn)行通信。（ 2）不易受陸地災(zāi)害影響。（ 3）建設(shè)速度快。（ 4）易于實(shí)現(xiàn)廣播和多址通信。（ 5）電路和話務(wù)量可靈活調(diào)整。（ 6）同一通信可用于不同方向和不同區(qū)域。主要缺點(diǎn)是：（ 1）由于兩地球站向電磁波傳播距離有 72000號(hào)到達(dá)有延遲。（ 2） 10上頻帶受降雨雪的影響。（ 3）天線受太陽噪聲的影響。 主要應(yīng)用領(lǐng)域：（ 1） 機(jī)內(nèi)通信服務(wù) （ 2） 衛(wèi)星導(dǎo)航的定位應(yīng)用 （ 3） 衛(wèi)星導(dǎo)航在運(yùn)輸上的應(yīng)用 （ 4） 衛(wèi)星導(dǎo)航在非運(yùn)輸上的應(yīng)用 （ 5） 數(shù)字電影 （ 6） 衛(wèi)星無線電 （ 7） 衛(wèi)星遙感業(yè)務(wù) 2. 衛(wèi)星通信系統(tǒng)由哪幾部分組成 ? 它們各自的作用如何 ? 衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的主要功能是什么 ? 答：一個(gè)靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)由空間分系統(tǒng) (通信衛(wèi)星 )、地球站分系統(tǒng)、跟蹤遙 測(cè)與指令分系統(tǒng)（ ， 監(jiān)控管理分系統(tǒng)（ 大部分組成。 跟蹤遙測(cè)與指令分系統(tǒng)又稱為測(cè)控站，它是受衛(wèi)星控制中心自直接管轄的、衛(wèi)星測(cè)控系統(tǒng)的附屬部分。它與衛(wèi)星控制中心結(jié)合，其任務(wù)是：檢測(cè)和控制火箭并對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤測(cè)量； 控制其準(zhǔn)確進(jìn)入靜止軌道上的指定位置；待衛(wèi)星正常運(yùn)行后，定期對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行軌道修正和位置保持；測(cè)控衛(wèi)星的通信系統(tǒng)及其他部分的工作狀態(tài)，使其正常工作；必要時(shí)，控制衛(wèi) 星的退役。 監(jiān)控管理分系統(tǒng)又稱衛(wèi)星控制中心，它的任務(wù)是對(duì)定點(diǎn)的衛(wèi)星在業(yè)務(wù)開通前、后進(jìn)行通信性能的監(jiān)測(cè)和控制，例如對(duì)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器功率、衛(wèi)星天線增益以及各地球站發(fā)射的功率、射頻頻率和帶寬等基本通信參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，以保證正常通信。 跟蹤遙測(cè)與指令分系統(tǒng)和監(jiān)控管理分系統(tǒng)構(gòu)成了衛(wèi)星測(cè)控系統(tǒng)。一個(gè)測(cè)控系統(tǒng)一般是由以衛(wèi)星控制中心為主體的衛(wèi)星控制系統(tǒng)和分布在不同地區(qū)的多個(gè)測(cè) 33 控站組成。 地球站是衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的主要組成部分，所有的用戶終端將通過它接入衛(wèi)星通信線路。根據(jù)地球站的大小和用途不同，它的組成也有所不同。 概括地說，衛(wèi)星通信 系統(tǒng)由空間段和地面段兩部分組成?？臻g段以衛(wèi)星為主體，并包括地面衛(wèi)星控制中心 跟蹤、遙測(cè)和指令站 ，在 C 站與衛(wèi)星之間，有一條控制和監(jiān)視的鏈路對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行監(jiān)控。 衛(wèi)星星載的通信分系統(tǒng)主要是轉(zhuǎn)發(fā)器，現(xiàn)代的星載轉(zhuǎn)發(fā)器不僅僅能提供足夠的增益（包含從上行頻率到下行頻率的頻率變換），而且具有（再生）處理和交換功能。 3. 衛(wèi)星通信使用哪些工作頻段 ? 原因是什么 ? 目前使用較多的衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)主要有哪些 ? 答：通信衛(wèi)星比較適合的工作頻段宜選在 110 最理想的頻段是46 4. 通信衛(wèi)星有哪些運(yùn)行軌道 ? 影響靜止衛(wèi)星軌道的有哪些因素 ? 答： 按衛(wèi)星軌道的傾角分為以下三種：（ 1）若衛(wèi)星的軌道平面與赤道平面重合，則此衛(wèi)星軌道稱為赤道軌道；（ 2）若衛(wèi)星軌道平面穿過地球的南北極，即與赤道平面垂直，則稱為極軌道；（ 3）衛(wèi)星軌道平面傾斜于赤道平面，則稱為傾斜軌道。 按衛(wèi)星離地面最大高度 h 的不同，可把衛(wèi)星軌道分為： （ 1） 低軌道（ 此時(shí) 000 ； （ 2） 中軌道（ 此時(shí) 5000h 20000（ 3） 高軌道（ 其軌道高度 h 20000 對(duì)靜止衛(wèi)星來說，由于地球結(jié)構(gòu)的不均勻和太陽、月亮引力的影響等，將使衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的實(shí)際軌道不斷發(fā)生不同程度地偏離開普勒定律所確定的理想軌道的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為衛(wèi)星的攝動(dòng)。 5. 有哪幾種干擾在衛(wèi)星通信中必須考慮 ? 它們的產(chǎn)生原因是什么？ 答： （ 1） 系統(tǒng)熱噪聲與等效噪聲溫度 只要傳導(dǎo)媒質(zhì)處于熱力學(xué)溫度的零度以上，帶電粒子就存在著隨機(jī)的熱運(yùn)動(dòng)，從 而產(chǎn)生對(duì)有用信號(hào)形成干擾的噪聲 。 （ 2）接收系統(tǒng)的內(nèi)部噪聲和外部噪聲 接收天線收到衛(wèi)星（或地球站） 34 發(fā)來的信號(hào)的同時(shí)，還接收到大量的噪聲。接收系統(tǒng)的噪聲可分為來自各種噪聲源的外部噪聲和內(nèi)部噪聲。 其中有些噪聲是由天線從其周圍輻射源的輻射中所接收到的，如宇宙噪聲、大氣噪聲、降雨噪聲、太陽噪聲、天電噪聲、地面噪聲等，若天線蓋有罩子則還有天線罩的介質(zhì)損耗引起的天線罩噪聲，這些噪聲與天線本身的熱噪聲合在一起統(tǒng)稱為天線噪聲，還有些噪聲則是伴隨信號(hào)一起從衛(wèi)星發(fā)出被收端地球站收到的，包括發(fā)端地球站、上行線路、衛(wèi)星接收系統(tǒng)的 熱噪聲，以及多載波工作時(shí)衛(wèi)星及發(fā)端地球站的非線性器件產(chǎn)生的互調(diào)噪聲；此外，還有些干擾噪聲（如人為噪聲、工業(yè)噪聲 )。 宇宙噪聲 宇宙噪聲主要包括銀河系輻射噪聲、太陽射電輻射噪聲和月球、其他行星射電輻射噪聲。頻率在 1下時(shí)，銀河系輻射噪聲影響較大，故一般就將銀河系噪聲稱為宇宙噪聲。銀河系噪聲在銀河系中心指向上達(dá)到最大值，通常稱之為指向熱空。而在天空其他某些部分的指向上則是很低的，故稱之為指向冷空。宇宙噪聲是頻率的函數(shù)，在 1下時(shí)，它是天線噪聲的主要部分。 大氣噪聲 大氣層對(duì)穿過它的電波，在吸收能 量的同時(shí)，也產(chǎn)后電磁輻射而形成噪聲，其中主要是水蒸氣及氧分子構(gòu)成的大氣噪聲。大氣噪聲是頻率的函數(shù)，在 10上是顯著增加，此外，它又是仰角的函數(shù)，仰角越低，穿過大氣層的途徑越長(zhǎng)，大氣噪聲對(duì)天線噪聲溫度的貢獻(xiàn)越大。 降雨噪聲 降雨及云、霧在產(chǎn)生電波吸收衰減的同時(shí)，也產(chǎn)生噪聲，稱之為降雨噪聲。其對(duì)天線噪聲溫度的作用與雨量、頻率、天線仰角有關(guān)。在 4仰角時(shí)，大雨對(duì)天線噪聲溫度的貢獻(xiàn)也達(dá) 50 100K，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以考慮。 地面噪聲 由于衛(wèi)星天線對(duì)準(zhǔn)地球，因而地球熱噪聲也是等效噪聲溫度 要組成部分。地球站天線除由其旁瓣、后瓣接收到直接由地球產(chǎn)生的熱輻射外，還可能接收到經(jīng)地面反射的其他輻射。當(dāng)仰角不大時(shí)，地面噪聲中對(duì) 是指卡塞格林天線饋源喇叭的輻射波束主瓣邊緣的相當(dāng)一部分以及其旁瓣越過副反射面產(chǎn)生的噪聲。當(dāng)仰角小于 30 度時(shí)，天線接收的地面熱噪聲是相當(dāng)大的。 干擾噪聲 包括來自其他同頻段的衛(wèi)星通信系統(tǒng)和同頻段的微波中繼通 35 信系統(tǒng)的干擾噪聲和人為干擾噪聲。干擾噪聲的大小與干擾的頻率、干擾電波的傳播環(huán)境、收發(fā)天線的增益方向性圖函數(shù)等許多因素有關(guān)。其頻譜一般為非白噪聲，但不管這些干擾的頻譜如何分布，在衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的工程計(jì)算和設(shè)計(jì)中，都可采用將它們轉(zhuǎn)化為等效噪聲溫度的辦法而同系統(tǒng)的其他噪聲同樣對(duì)待。 （ 3） 接收機(jī)輸入端的噪聲功率 天線接收到各種噪聲的大小可以用天線的等效噪聲溫度 T 來表示。由電子