微波通信結(jié)構(gòu)原理

微波通信系統(tǒng)組成一條數(shù)字微波通信線路由兩端的終端站和若干個(gè)中間站構(gòu)成。如圖

所示。一、數(shù)字微波通信系統(tǒng)的組成

下面以微波通信用于長(zhǎng)途電話傳輸時(shí)，系統(tǒng)的簡(jiǎn)單工作原理為例加以說(shuō)明。電話機(jī)相當(dāng)于甲地的用戶終端(即信源)，人們講話的聲音通過(guò)電話機(jī)送話器的聲/電轉(zhuǎn)換作用，變成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)市內(nèi)電話局的交換機(jī)，將電信號(hào)送到甲地的長(zhǎng)途電話局或微波端站。經(jīng)時(shí)分復(fù)用設(shè)備完成信源編碼和信道編碼，并在微波信道機(jī)(包括調(diào)制機(jī)和微波發(fā)信機(jī)上完成調(diào)制、變頻和放大作用。微波已調(diào)波信號(hào)經(jīng)過(guò)中繼站轉(zhuǎn)發(fā)，到達(dá)乙地的長(zhǎng)途電話局或微波端站。乙地(收端)方框圖中與甲地對(duì)應(yīng)的設(shè)備，其功能與作用正好相反。而用戶終端(信宿)是電話機(jī)的受話器，并完成電/聲轉(zhuǎn)換。（一）發(fā)信設(shè)備的組成從目前使用的數(shù)字微波通信設(shè)備來(lái)看，分為直接調(diào)制式發(fā)信機(jī)(使用微波調(diào)相器)和變頻式發(fā)信機(jī)。中小容量的數(shù)字微波(480路以下)設(shè)備可用前一種方案。而中大容量的數(shù)字微波設(shè)備大多采用變頻式發(fā)信機(jī)，這是因?yàn)檫@種發(fā)信機(jī)的數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制是在中頻上實(shí)現(xiàn)的，可得到較好的調(diào)制特性和較好的設(shè)備兼容性。

二、收信和發(fā)信設(shè)備

圖5-5變頻式發(fā)信機(jī)方框圖下面以一種典型的變頻式發(fā)信機(jī)為例加以說(shuō)明，見(jiàn)圖5-5。由調(diào)制機(jī)或收信機(jī)送來(lái)中頻已調(diào)信號(hào)經(jīng)發(fā)信機(jī)的中頻放大器放大后，送到發(fā)信混頻器，經(jīng)發(fā)信混頻，將中頻已調(diào)信號(hào)變?yōu)槲⒉ㄒ颜{(diào)信號(hào)。由單向器和濾波器取出混頻后的一個(gè)邊帶(上邊帶或下邊帶)。由功率放大器把微波已調(diào)信號(hào)放大到額定電平，經(jīng)分路濾波器送往天線。

微波功放及輸出功放多采用場(chǎng)效應(yīng)晶體管功率放大器。為了保證末級(jí)功放的線性工作范圍，避免過(guò)大的非線性失真，常用自動(dòng)電平控制電路使輸出維持在一個(gè)合適的電平。發(fā)信設(shè)備的主要性能指標(biāo)（1）工作頻段目前使用較多的是2、4、6、7、8和11GHz頻段。其中2、4、6GHz用于干線微波通信；2、7、8和11GHz用于支線或?qū)Ｓ镁W(wǎng)通信。（2）輸出功率輸出功率是指發(fā)信機(jī)輸出端口處功率的大小。功率一般為幾十毫瓦到1瓦左右。（3）頻率穩(wěn)定度數(shù)字微波的收信設(shè)備和解調(diào)設(shè)備組成了收信系統(tǒng)，這里所講的收信設(shè)備只包括射頻和中頻兩個(gè)部分。目前收信設(shè)備都采用外差式收信方案，如圖5-6所示。（二）收信設(shè)備的組成圖5-6是一個(gè)有空間分集接收的收信設(shè)備組成方框圖。分別來(lái)自上天線和下天線的直射波和經(jīng)各種途徑(多徑傳播)到達(dá)接收點(diǎn)的電波，經(jīng)過(guò)兩個(gè)相同的信道：帶通濾波器、低噪聲放大器、抑鏡濾波器、收信混頻器、前置中放，然后進(jìn)行合成，再經(jīng)主中頻放大器后輸出中頻已調(diào)信號(hào)。（一）監(jiān)控的意義對(duì)一條微波通信傳輸信道及主備設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)視與控制，簡(jiǎn)稱為“監(jiān)控”。CCIR在建議557中，對(duì)無(wú)線電接力通信系統(tǒng)規(guī)定了2500km的假想?yún)⒖茧娐吩跍y(cè)量時(shí)間至少為一年的周期內(nèi)，有效利用率應(yīng)不小于99.7%。即不可用時(shí)間(即線路中斷時(shí)間)不應(yīng)超過(guò)一年的0.3%。一般認(rèn)為設(shè)備故障、電源故障、電波傳播條件惡化所造成的中斷時(shí)間各占0.1%。微波通信系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)

為滿足上述指標(biāo)，一條微波電路除主用波道外，還設(shè)有備用波道。當(dāng)主用波道出現(xiàn)設(shè)備故障或電波衰落過(guò)大時(shí)，就立即切換到備用波道工作，達(dá)到不中斷通信的目的。這種對(duì)信道的切換就由良好的監(jiān)控系統(tǒng)完成。微波中繼通信系統(tǒng)是由許多微波站組成的，而不少微波站地處高山或偏遠(yuǎn)地區(qū)，這就提出了對(duì)這些站實(shí)行無(wú)人值守的問(wèn)題。而且現(xiàn)代通信系統(tǒng)正在向集中管理方面發(fā)展，由設(shè)在網(wǎng)絡(luò)中心的中心站對(duì)所管轄的中繼通信站進(jìn)行集中監(jiān)視或控制，能大大提高管理水平和通信質(zhì)量，維護(hù)人員和測(cè)試儀表也可相應(yīng)集中，節(jié)省維護(hù)費(fèi)用?？梢?jiàn)，微波站的無(wú)人值守和集中監(jiān)控勢(shì)在必行。

常把具有集中監(jiān)控功能的有人站稱為主控站或中心站，無(wú)人值守站稱為被控站或遠(yuǎn)方站。主控站可借助監(jiān)控系統(tǒng)的遙測(cè)、遙信和遙控功能對(duì)無(wú)人值守的微波站進(jìn)行集中監(jiān)控。遙測(cè)是指主控站向被控站發(fā)出詢問(wèn)指令的過(guò)程，遙控指被控站執(zhí)行主控站的控制指令而產(chǎn)生相應(yīng)的開(kāi)關(guān)(機(jī)械或電氣)動(dòng)作。遙信是各無(wú)人值守站向主控站發(fā)送表示站上設(shè)備工作狀態(tài)“正?！?、或“不正?！钡亩畔?1、0碼)的過(guò)程。微波中繼通信是利用微波頻段的無(wú)線電波傳遞信息的。天饋線系統(tǒng)是必不可少的設(shè)備。在發(fā)信端，發(fā)信設(shè)備輸出的微波信號(hào)，經(jīng)饋線系統(tǒng)輸至發(fā)射天線，成為無(wú)線電波，沿指定方向發(fā)射出去。在收信端，無(wú)線電波經(jīng)接收天線輸至饋線系統(tǒng)，成為微波信號(hào)，輸至收信設(shè)備。天線、饋線系統(tǒng)天線、饋線系統(tǒng)包括天線和饋線、阻抗變換器、極化分離器、波道濾波器等。在微波通信系統(tǒng)中，對(duì)天線、饋線系統(tǒng)最基本的要求有：足夠的天線增益，良好的方向性，低損耗的饋線系統(tǒng)，極小的電壓駐波比，較高的極化去耦度，足夠的機(jī)械強(qiáng)度等。數(shù)字微波或模擬微波的天饋線系統(tǒng)型式及對(duì)它們的技術(shù)要求基本相同。（一）微波天線天線的作用是有效地發(fā)射和接收指定方向的無(wú)線電波。按信號(hào)工作頻段劃分，有長(zhǎng)、中波天線，短波天線和微波天線等等。一般說(shuō)來(lái)，短波頻段以下的天線常用線式結(jié)構(gòu)，短波頻段以上的天線常用陣式或面式結(jié)構(gòu)。某天線用作發(fā)射天線時(shí)所具有的特性和參量，與該天線被用作接收天線時(shí)所具有的特性和參量相同(也稱為天線互易定理)。常用微波天線的基本形式有：喇叭天線、拋物面天線、喇叭拋物面天線、潛望鏡天線等。1.微波天線的技術(shù)要求對(duì)微波天線總的要求是：天線增益高，與饋線匹配良好、波道間寄生耦合小，由于微波天線都采用面式天線，所以還應(yīng)使天線具有一定的抗風(fēng)強(qiáng)度和防冰雪的措施。微波天線的主要電氣指標(biāo)有如下幾個(gè)方面。

饋線系統(tǒng)的作用是有效地饋送微波信號(hào)能量；當(dāng)多波道共用天線時(shí)，還具有發(fā)端匯合、收端分離各波道微波信號(hào)的功能。饋線系統(tǒng)由饋線、阻抗變換器、極化分離器和波道濾波器等組成，要求其傳輸衰減小、阻抗匹配好、收發(fā)信隔離度高，以及經(jīng)濟(jì)耐用、便于運(yùn)輸和安裝調(diào)整。微波通信系統(tǒng)中的饋線有同軸電纜型和波導(dǎo)型兩種型式，如圖5-10所示。一般在分米波波段(2GHz)，采用同軸電纜饋線，在厘米波波段(4GHz以上頻段)因同軸電纜損耗較大，故采用波導(dǎo)饋線，波導(dǎo)饋線