傳輸基礎(chǔ)微波電測(cè)

1、傳輸工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)微波電測(cè) 作者： 劉 仲 明廣州杰賽通信規(guī)劃設(shè)計(jì)院2004年7月05日目錄1.無(wú)線視距信道上的傳輸11.1.自由空間傳輸損耗11.2.大氣效應(yīng)11.3.地面效應(yīng)22.工程電測(cè)的概念和目的23.電測(cè)儀簡(jiǎn)介23.1.主要技術(shù)指標(biāo)23.2.組成及原理框圖33.3.電測(cè)儀的使用及日常維護(hù)44.電測(cè)54.1.電測(cè)的用具64.2.電測(cè)74.3.后期數(shù)據(jù)處理85.后言8摘要：本文介紹如何利用電測(cè)儀進(jìn)行微波路由測(cè)試及相關(guān)注意事項(xiàng)，這是微波通信工程中常用的一種確定路徑可用性的方法。主題詞：視距傳輸 衰落 自由空間 余隙 電測(cè)1. 無(wú)線視距信道上的傳輸在微波中繼通信系統(tǒng)中，信號(hào)的傳輸主要是利用微波

2、的視距傳輸，視距微波通信受到大氣及地面的影響，會(huì)產(chǎn)生衰落和傳播失真。1.1. 自由空間傳輸損耗無(wú)線電波在自由空間傳播時(shí)，其單位面積內(nèi)的能量會(huì)因擴(kuò)散而減小，這種減小稱為自由空間傳輸損耗，其計(jì)算公式為：Ls= 92.4+20lgf+20lgd (dB)其中，f-頻率，單位GHzd-距離，單位km1.2. 大氣效應(yīng)大氣效應(yīng)主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：（1）吸收衰減大氣中的氧分子具有磁偶極子，水蒸氣分子具有電偶極子，它們都能從電磁波中吸收能量，產(chǎn)生吸收衰減。（2）雨霧衰減雨霧中的小水滴會(huì)散射電磁波能量，造成散射衰減，一般來(lái)說(shuō)，在10GHz以下頻段，此種衰減并不十分嚴(yán)重，只有幾個(gè)分貝，但在10GHz以上頻段

3、，中繼距離則主要收降雨衰減的限制。（3）大氣折射由于空氣中的折射率隨高度變化而引起，從而產(chǎn)生阻擋或多徑衰落等。1.3. 地面效應(yīng)地面效應(yīng)主要表現(xiàn)在以下二個(gè)方面：（1）山頭、樹林、建筑物或其他障礙物可以阻擋一部分電磁波射線，增加一部分阻擋損耗。阻擋損耗的產(chǎn)生與否、損耗的大小主要取決于路徑余隙，工程設(shè)計(jì)要求，余隙在K=4/3時(shí)應(yīng)大于第一費(fèi)涅爾半徑的0.6倍。（可參閱中華人民共和國(guó)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) YD5004-94 數(shù)字微波（PDH部分）接力通信工程設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)余隙的要求）（2）平滑地面或水面可以把一部分信號(hào)反射到接收天線，使之與直射波矢量疊加，可能會(huì)相互抵消而產(chǎn)生附加損耗。工程上，要確定某一路徑能否

4、滿足使用要求，首先可采用目測(cè)和剖面分析等方法，當(dāng)這些方法均無(wú)法確定時(shí)，則需要通過(guò)工程電測(cè)進(jìn)行確定。2. 工程電測(cè)的概念和目的工程電測(cè)不同于研究性質(zhì)的電測(cè)分析，采用的儀器也相應(yīng)簡(jiǎn)單些，一般使用6GHz頻段的電測(cè)儀，因?yàn)榇祟l段微波傳播較穩(wěn)定，受雨霧等的影響較小，能較真實(shí)的反映路徑的通斷情況，同時(shí)6GHz頻段通常用于長(zhǎng)途大通道，使用情況不是很普遍，采用6GHz電測(cè)可以減少干擾的發(fā)生。電測(cè)的目的主要是確認(rèn)路徑能否滿足使用要求，是否存在阻擋損耗，附加損耗有多少等，當(dāng)然，同時(shí)需要考慮的因素還很多，如天線的安裝位置、安裝方法、懸掛高度，路由的選擇還應(yīng)盡量避開水面等強(qiáng)反射地段和已有微波線路。3. 電測(cè)儀簡(jiǎn)介目

5、前我們使用的電測(cè)儀主要有鄭州郵電設(shè)計(jì)院生產(chǎn)的和電子部第十三研究所生產(chǎn)的電測(cè)儀，下面以電子部第十三研究所生產(chǎn)的電測(cè)儀為例進(jìn)行介紹。微波電測(cè)儀分為發(fā)信機(jī)和接收機(jī)兩部分，收發(fā)均采用喇叭天線與接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的輸入輸出端口連接，為了便于攜帶和運(yùn)輸，天線設(shè)計(jì)成可拆卸方式。3.1. 主要技術(shù)指標(biāo)l 工作頻率：6GHzl 發(fā)信功率（不含天線增益）：24dBml 天線增益：15dBl 調(diào)制方式：調(diào)幅l 調(diào)制頻率：1kHzl 調(diào)制波形：占空比47%的矩形波l 接收機(jī)中頻：38 MHzl 中頻帶寬：1 MHzl 視頻濾波器：f0=1kHz，BW（3dB）=200Hzl 接收機(jī)靈敏度：-105dBm（指針指在“50”

6、處）l 衰減器調(diào)整范圍：080 dBl 電平指示誤差：±1 dBl 測(cè)試距離：大于50kml 收發(fā)本振頻穩(wěn)度：±3×10-3l 供電：直流13.518V，功耗小于7.5Wl 外形尺寸：110×240×380mml 儀器重量：收信機(jī)小于9.7kg，發(fā)信機(jī)小于8.5kg3.2. 組成及原理框圖（1）發(fā)射機(jī)圖1 發(fā)射機(jī)框圖介質(zhì)振蕩器產(chǎn)生的微波信號(hào)經(jīng)功率放大器進(jìn)行放大到適當(dāng)電平，送至電調(diào)衰減器，由1kHz信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后的微波信號(hào)經(jīng)波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器，送至喇叭天線發(fā)射出去。發(fā)射功率電平由功放內(nèi)的定向耦合器耦合一部分能量，經(jīng)檢波后，直接由微安表指示。（2

7、）接收機(jī)圖2 接收機(jī)框圖由發(fā)射機(jī)發(fā)出的經(jīng)調(diào)制后的微波信號(hào)，經(jīng)路由衰減后，傳至接收天線，經(jīng)介質(zhì)濾波器濾除雜波，由放大器進(jìn)行放大，送入混頻器與接收機(jī)內(nèi)的介質(zhì)穩(wěn)頻振蕩器產(chǎn)生的微波信號(hào)進(jìn)行混頻，產(chǎn)生30 MHz中頻信號(hào)，經(jīng)前置中放送至中頻衰減器，衰減后的中頻信號(hào)再由主中放進(jìn)行放大，放大后的中頻調(diào)幅信號(hào)經(jīng)檢波，取出1kHz信號(hào)，經(jīng)選頻放大整流濾波后，由微安表指示。3.3. 電測(cè)儀的使用及日常維護(hù)電測(cè)儀的面板布置如圖所示。使用前，先作開機(jī)檢查，將喇叭天線連接好，接通電源，打開開關(guān)，電源指示亮紅燈，發(fā)射機(jī)指針應(yīng)指在“50”附近；接收機(jī)指針應(yīng)指在“0”的位置，按下電壓檢查鈕，表頭指示電壓應(yīng)為13.518V（表

8、頭滿刻度為20V），說(shuō)明工作正常，可以進(jìn)行電測(cè)工作，否則，應(yīng)仔細(xì)檢查，排除故障，如喇叭天線電纜未接好、電壓不夠、保險(xiǎn)絲燒毀等。圖3 電測(cè)儀面板示意圖本儀器收發(fā)信機(jī)均為直流供電，可用干、蓄電池或其他直流電源（紋波1mV），電池電壓在13.518V范圍內(nèi)均可正常工作，不得高于規(guī)定電壓，電源電壓低于13.5V時(shí)，將對(duì)發(fā)射機(jī)功率及接收機(jī)靈敏度產(chǎn)生影響；電源不得反接。本儀器最小測(cè)試距離約1.52km，否則信號(hào)過(guò)強(qiáng)，接收機(jī)將出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象，表頭無(wú)任何指示。要愛護(hù)好喇叭天線的連接電纜，避免經(jīng)常拆裝，拆裝時(shí)應(yīng)雙手操作，以免造成接觸不良引入附加損耗。電測(cè)儀應(yīng)輕拿輕放，避免磕碰和強(qiáng)烈震動(dòng)，特別要注意防潮，不使用儀器

9、時(shí)應(yīng)置于干燥通風(fēng)處，儀表一旦受潮，將無(wú)法正常工作；發(fā)射機(jī)應(yīng)先裝好天線才可開電源。4. 電測(cè)先談?wù)勅绾闻袛嗄骋宦窂绞欠駶M足使用要求。理論上，在無(wú)任何阻擋時(shí)，算得的自由空間損耗：Ls= 92.4+20lgf+20lgd (dB)其中，f-頻率，單位GHzd-距離，單位km實(shí)際測(cè)得的路由損耗為：Lp= Po + Gt + Gr - Pth -S (dB)其中，Po -發(fā)信功率，單位dBmGt 、Gr -發(fā)、收天線增益，單位dBPth -接收機(jī)靈敏度，單位dBmS -接收機(jī)衰減器讀數(shù)，單位dB將Po=24dBm、Gt=Gr=15dB、Pth=-105dBm代入上式即可得到：Lp= 24 + 15 +

10、15 - （-105） -S = 159 - S (dB)當(dāng)Lp與Ls的值相當(dāng)時(shí)，說(shuō)明本路段可通，可以投入使用；當(dāng)Lp略大于Ls時(shí)，說(shuō)明該路段存在附加損耗，如繞射損耗、反射損耗等，經(jīng)過(guò)技術(shù)處理后方可投入使用，如調(diào)整天線高度、在允許范圍內(nèi)改變天線安裝位置等；當(dāng)Lp遠(yuǎn)大于Ls時(shí)，說(shuō)明該路段已被阻擋，阻擋的程度視差值的大小而言，經(jīng)過(guò)對(duì)阻礙點(diǎn)的勘察，進(jìn)行斷面分析，可采取建設(shè)鐵塔增加天線掛高，或增加中繼站等方法來(lái)改進(jìn)路由質(zhì)量以滿足使用要求，當(dāng)所有這些措施達(dá)不到要求或代價(jià)過(guò)大時(shí)，只好放棄該路由，更換更合理的路由。通常來(lái)講，在正常的環(huán)境條件下，路段不存在阻擋時(shí)，測(cè)得的Lp要小于或接近Ls，當(dāng)Lp超出Ls達(dá)3

11、 dB（注：含儀器誤差1 dB）時(shí)，要查明原因。由上述得知，當(dāng)頻率確定后，站距d與衰減器讀數(shù)S存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，為了電測(cè)的方便，提高工作效率，可事先做一份d與S相對(duì)應(yīng)的核查表，以便現(xiàn)場(chǎng)查對(duì)，d的取值間隔可采用0.5km，這樣就不必?cái)y帶計(jì)算器到現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)算了。根據(jù)上面提到的要求，將f=6GHz代入公式，即可找出d與S的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系：S= 51 -20lgd (dB) 值得指出的是，以上關(guān)系是針對(duì)特定的儀器參數(shù)算出的，當(dāng)采用別的儀器時(shí)，請(qǐng)參照儀器的性能指標(biāo)進(jìn)行修訂。4.1. 電測(cè)的用具電測(cè)前應(yīng)準(zhǔn)備好以下工具：l 電測(cè)儀一套（含收發(fā)信機(jī)、電源等）l 通信工具：對(duì)講機(jī)（在移動(dòng)電話不能使用時(shí)必需）或移動(dòng)電話

12、，備用電池（應(yīng)先充好電）、充電器l 望遠(yuǎn)鏡一對(duì)l 指南針兩個(gè)l 卷尺兩把l 三腳架兩個(gè)l GPS兩個(gè)l 計(jì)算器一個(gè)或自制核查表一份（收信隊(duì)用）l 1：5萬(wàn)地圖、旅游圖等l 雨衣（每人一套）l 30米粗繩兩卷（吊設(shè)備用）l 車輛兩臺(tái)還應(yīng)考慮某些特殊情況，如要上鐵塔操作，則應(yīng)攜帶安全帶、手套等；進(jìn)入山林，則要攜帶干糧、飲用水、電筒、砍刀、日常藥品等，總之，每次電測(cè)前應(yīng)作好充分準(zhǔn)備，有時(shí)工作環(huán)境是很艱苦的，潮濕環(huán)境最好帶上吹風(fēng)筒以便驅(qū)潮。出發(fā)前，應(yīng)明確當(dāng)日的任務(wù)，安排好行駛路線，確定各路段的粗略距離與通信方位，了解擬采用的頻段與天線的大小等，調(diào)好對(duì)講機(jī)的頻道，以便保持聯(lián)系。4.2. 電測(cè)收信、發(fā)信兩

13、隊(duì)到達(dá)相關(guān)站點(diǎn)后，首先進(jìn)行站點(diǎn)定位。所謂站點(diǎn)定位，就是將站點(diǎn)的位置標(biāo)在1：5萬(wàn)地圖上。在郊外，通常可以參照周圍有明顯特征的景物，如高山、河流、水塘、公路、橋梁、電力線等，就能比較方便的準(zhǔn)確定位。在新建市區(qū)，則可先在旅游圖上定位，再將旅游圖與1：5萬(wàn)地圖對(duì)照即可定位，GPS的讀數(shù)可作為參考。當(dāng)以上兩種方法都有困難時(shí)，則借助GPS，再參照周圍地形進(jìn)行定位。接著對(duì)站點(diǎn)進(jìn)行勘察，根據(jù)預(yù)選的通信方位和天線大小，選擇適于安裝天線的位置作為測(cè)試點(diǎn)，在測(cè)試點(diǎn)支好三腳架，裝好電測(cè)儀后，即可與對(duì)方聯(lián)系，告訴對(duì)方已準(zhǔn)備就緒。收信隊(duì)?wèi)?yīng)將接收機(jī)的衰減器調(diào)在比估算值低1020 dB位置。當(dāng)雙方準(zhǔn)備好后，即可開機(jī)電測(cè)，雙方

14、都向預(yù)選通信方位靠近（注意：指南針有時(shí)受環(huán)境影響或使用不當(dāng)，存在一定偏差），并左右來(lái)回慢慢掃動(dòng)，一旦指針有擺動(dòng)，收信對(duì)應(yīng)馬上告訴發(fā)信隊(duì)已收到信號(hào)，這時(shí)，收信隊(duì)?wèi)?yīng)初步將電測(cè)儀定在某一方位，然后指揮發(fā)信隊(duì)來(lái)回掃動(dòng)，以尋找收信電平最大點(diǎn)，找到最大點(diǎn)后，通知發(fā)信隊(duì)將發(fā)信機(jī)固定在現(xiàn)在的方位，然后將接收機(jī)來(lái)回上下掃動(dòng)，重新找到一收信電平最大點(diǎn)，接下來(lái)再通知發(fā)信隊(duì)上下左右小幅度調(diào)整方位，如此多次，最后找到真實(shí)的收信電平最大位置。調(diào)整方位的同時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整衰減量的大小，以使接收機(jī)電表的指針指在“50”位置，最后記下衰減器讀數(shù)，核算結(jié)果是否合理。當(dāng)不合理時(shí)，應(yīng)改換測(cè)試點(diǎn)重新測(cè)試，并根據(jù)最后定下來(lái)的通信方位

15、用望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀察，看路徑附近有無(wú)高山、高樓、煙窗、廣告牌、大樹等阻擋，路徑的特征如何，是否是水面或平滑地面等，路徑上近期是否建設(shè)建筑物，建筑物在何位置？高度是多少？把這些數(shù)據(jù)一一紀(jì)錄在案，以便回到辦公室做最后的分析。還有一項(xiàng)工作請(qǐng)不要忘記，就是畫好站點(diǎn)的平面布置圖和立面圖，標(biāo)注方位及相關(guān)尺寸，優(yōu)選出幾個(gè)天線的安裝位置并排序，考慮天線的安裝方法，安排好走線架的路徑，計(jì)算饋線的大致長(zhǎng)度等。當(dāng)需要新建鐵塔時(shí)，應(yīng)對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行查看，標(biāo)出梁柱的位置。4.3. 后期數(shù)據(jù)處理回到辦公室后，要趁熱打鐵，盡快做后期數(shù)據(jù)處理，以防時(shí)間太久遺忘某些參數(shù)。根據(jù)在地圖上的站點(diǎn)定位，找出X、Y坐標(biāo)值，精確計(jì)算路段的距離、通信方位、天線高度及俯仰角，同時(shí)仔細(xì)核查路徑上沿線的地貌特征，對(duì)一些不利因素，如水面、水網(wǎng)地帶等應(yīng)予以注意。演算測(cè)試數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的吻合程度，有較大差異的要分析原因，找出技術(shù)處理方案等，對(duì)某些特定路由建議最好能作一作剖面分析。對(duì)于某些特定路徑，可能存在一定量的附加損耗（如側(cè)向阻擋或障礙物靠近路徑的一端），而要尋找替代路由又存在難度，這時(shí)，如果經(jīng)過(guò)分析，隨著K值的變化，這一損耗值比較穩(wěn)定，而