微波電路設(shè)計基礎(chǔ)

1、一、 基礎(chǔ)1、 數(shù)字微波應(yīng)用微波是無線電波的一種。在我國無線電廣播按波長分為：長波(LW) 波長在介于10002000米，中波(MW)波長在介于200-600米、短波(SW）波長在介于10100米。CDMA800工作波長（35.9336.36、34.0934.48）米。在我國分配微波頻率為：微波通信的特點：視距傳輸；電波在傳播過程中遇到尺寸和工作波長相近的障礙物時，會繞過障礙物向前傳播，這種現(xiàn)象叫做電波的繞射。微波通信建設(shè)快、投資小、應(yīng)用靈活；傳輸質(zhì)量可靠，抗干擾能力強。至今與光纜通信和衛(wèi)星通信并列為現(xiàn)代通信傳輸?shù)娜笾е谥械热萘康木W(wǎng)絡(luò)中，微波傳輸是一種最靈活、適應(yīng)性最強的通信手段。在移動

2、網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用：在移動接入網(wǎng)絡(luò)中，隨著網(wǎng)絡(luò)不斷擴容和無縫覆蓋的需求，新建了大量移動基站，如城區(qū)的“樓宇室內(nèi)覆蓋”，邊遠地區(qū)的“邊際網(wǎng)覆蓋”，沿海地區(qū)“海島移動覆蓋”。 但由于市政建設(shè)限制（如架空線難、開挖路面鋪管道難），在自然環(huán)境很惡劣的山區(qū)和海洋，光纜建設(shè)非常困難、造價太高，造成大量光纖死角，部分基站的接入必須采用無線方式解決，產(chǎn)生了大量無線傳輸需求。如沿海城市大連，擁有諸多的島嶼，島嶼上的移動通信成為大連移動提高移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋率的重要任務(wù)。大連采用SDH微波作為各海島移動基站的中繼鏈路，并通過與光傳輸系統(tǒng)的連接，組成完整的傳輸網(wǎng)絡(luò)。SDH微波鏈路干線全長162.28公里，支線全長66.68公里

3、，最長站距34.80公里，最短站距6.89公里，平均站距19.08公里，且全部為跨海電路（跨海微波鏈路的設(shè)計，由于海面環(huán)境和氣候情況復(fù)雜，通常是所有微波應(yīng)用中難度最大）。使用微波設(shè)備不僅可以緩解傳輸網(wǎng)絡(luò)資源不足的壓力。而且提高了整個網(wǎng)絡(luò)工程進度，降低了整個網(wǎng)絡(luò)投資。 在移動核心網(wǎng)絡(luò)中， 微波設(shè)備可提供高達2.5Gbps的傳輸容量，用來與光纖混合組網(wǎng),作為城域光環(huán)和重要鏈路的備份。在3G網(wǎng)絡(luò)中，Node-B對傳輸容量要求已經(jīng)遠遠的大于2G網(wǎng)絡(luò)中BTS對傳輸容量的要求，Node-B上已經(jīng)不再只有E1接口, 而是可以提供STM-1接口和IP接口的基站。因此，帶來移動基站傳輸接入網(wǎng)絡(luò)的升級和擴容需求。

4、當(dāng)今，數(shù)字微波設(shè)備在統(tǒng)一平臺上同時可以傳輸TMD和IP業(yè)務(wù)，容量可以從E1STM-1，同時滿足2G、3G以及2G/3G共站傳輸?shù)男枨蟆Ｔ谝苿討?yīng)急通信或臨時通信中，如移動應(yīng)急通信車等。2、 自由空間的電波傳播2.1、 自由空間傳播損耗在自由空間傳播的電磁波不產(chǎn)生反射、折射、吸收和散射等現(xiàn)象，也就是說，總能量并沒有被損耗掉。LT-R=20lg(4LKm/) =32.45+20lgfMHz+20lgLkm =92.45+20lgfGHZ+20lgLkm上式中：LTR-T和R間的直接視通的自由空間衰減（單位為dB）。Lkm-T和R間的距離。（單位為Km）-傳播電波的波長（單位為米）。fMHz, fGH

5、Z-傳播電波的頻率，單位分別為MHZ、和GHZ設(shè)發(fā)信功率Pt=1W，工作頻率f=3.8GHz，兩站相距45km，收發(fā)天線增益GtGr39dB，收發(fā)兩端饋線系統(tǒng)損耗LftLfr2 dB，收發(fā)兩端分路系統(tǒng)損耗LbtLbr1 dB。求：在自由空間傳播條件下接收機的輸入電平和輸入功率。解：Pt=10lg1000mW30 dBm在自由空間傳播條件下，自由空間傳播損耗：Ls（dB）=92.45.4+20lg 45 +20lg 3.8137 dB Pr（dBm）Pt（dBm）+（Gt+Gr）（LftLfr）（LbtLbr）Ls =30+(39+39)-(2+2)-(1+1)-137 =-35 dBmPr(m

6、W)=10-35/10=0.00032 mW=0.32 W 2.2、 費涅耳區(qū)半徑惠更斯原理：光和電磁波都是一種振動，振動源周圍的媒質(zhì)是有彈性的，一點的振動可通過媒質(zhì)傳遞給鄰近的質(zhì)點，并依次向外擴展，而成為在媒質(zhì)中傳播的波。根據(jù)惠更斯-費涅耳原理，在電波的傳輸過程中，波陣面上的每一點都是一個進行二次輻射的球面波的波源，這種波源稱為二次波源。而空間任一點的輻射場都是由包圍波面的任意封閉曲面上各點的二次波源發(fā)出的波在該點相互干涉，疊加的結(jié)果。顯然，封閉曲面上各點的二次波源到達接收點的遠近不同，這就使得接收點的信號場強的大小發(fā)生變化，分析這種變化引入費涅耳區(qū)的概念。由圖可見r1+r2-d就是反射波和

7、直射波的行程差r=n/2。顯然當(dāng)r是半波長的奇數(shù)倍時，反射波和直射波在R點的作用是相同的且是最強的，此時的場強得到加強；而r為半波長的偶數(shù)倍長時，反射波在R點的作用是相互抵消的，此時R點的場強最弱。我們就把這些n相同的點組成的面稱為費涅耳區(qū), 費涅耳區(qū)就是以收發(fā)點為焦點的一系列橢球面所包圍的空間。費涅耳區(qū)上一點P到收發(fā)點連線的垂直距離稱為費涅耳區(qū)半徑，用Fn表示。2.2.1、 第一費涅耳區(qū)半徑當(dāng)n=1 時，F(xiàn)1稱為第一費涅耳區(qū)半徑。 式中：F1-第一費涅耳區(qū)半徑，m；-工作波長，m；d-收發(fā)天線之間的距離為，Km;d1、d2-分別為障礙點與收發(fā)天線之間的距離，Km；2.2.2、 最小費涅耳區(qū)半

8、徑理論證明，在相當(dāng)于第1費涅爾區(qū)面積1/3的圓孔就能獲得自由空間傳播。F0代表該圓孔的半徑，稱為最小費涅爾區(qū)半徑。 式中：Fo-稱為最小費涅爾區(qū)半徑，m；-工作波長，m；f-工作頻率，GHz；d-收發(fā)天線之間的距離為，Km;d1、d2-分別為障礙點與收發(fā)天線之間的距離，Km；第一費涅爾半徑 F1和最小費涅爾半徑 F0是微波通路勘測中兩個重要的物理參量, F0被稱為障礙物禁區(qū)。顯然，當(dāng)波長和距離d一定時，F(xiàn)0與d1、d2的位置有關(guān)，且中點（d1 = d2）處的F0最大。3、 余隙3.1、 余隙傳播余隙是指在微波傳播路徑的剖面圖上，收發(fā)兩點的連線與最高障礙物頂點之間的距離。如下圖所示，hc即為余隙

9、。從圖中幾何關(guān)系可知，收發(fā)兩點的連線在障礙點的高度h為： h考慮地球凸起he后，余隙hc等于： 式中：a-為地球半徑，單位為米。H3為微波中繼剖面中，障礙點頂端的海拔標(biāo)高；4、 大氣折射4.1、 大氣折射從地面算起，垂直向上，可把大氣分為6層，依次稱作對流層、同溫層、中間層、電離層、超離導(dǎo)以及逸散層。對流層是指自地面向上大約10km范圍的低空大氣層。對流層集中了整個大氣質(zhì)量的四分之三。對流層的大氣壓力、溫度及濕度都隨離開地面的高度而變化、是不均勻的，會使電波產(chǎn)生折射。由于對流層的折射率隨高度而變，因此電波在對流層中傳輸時會發(fā)生不斷的折射，從而導(dǎo)致軌跡彎曲，這種現(xiàn)象稱為大氣折射。折射率梯度折射率

10、梯度表示折射率隨高度的變化率。折射率梯度不同，對流層中電波傳播路徑有如下三種類型：1、零折射：折射率0，對流層大氣為均勻大氣，電波射線為直線，射線的曲率半徑為；2、負折射：折射率0，折射率隨高度增加而增加，上層空間的電波射線速度小，下層空間電波射線速度大，電波傳播的軌跡向上彎曲與地面的彎曲反向，稱為負折射；以上兩種情況很少發(fā)生。3、正折射：折射率0，折射率隨高度增加而減小，上層空間的電波射線速度大，下層空間電波射線速度小，電波傳播的軌跡向下彎曲與地面的彎曲同向，稱為正折射。正折射中又可根據(jù)特殊的折射率分成三種特殊的折射：（1）標(biāo)準(zhǔn)大氣折射：在正常標(biāo)準(zhǔn)大氣下的折射；（2）臨界折射：電波射線的曲率

11、半徑剛好等于地球的半徑，水平發(fā)射的電波射線將與地球同步彎曲，形成一種臨界狀態(tài)；（3）超折射：電波射線的曲率半徑小于地球曲率的為超折射, 有逆溫層（氣溫隨高度增加）或水汽隨高度急劇減小時，可以形成超折射。此時電波從上層折回，再被下層反射，似在波導(dǎo)內(nèi)傳播一樣，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的空氣層稱為大氣波導(dǎo)。大氣波導(dǎo)可在一個薄層內(nèi)使電磁能向遠方傳播,這個薄層在對流層中可以是貼地面的,也可以是懸空的。臨界折射和超折射可使電波傳播距離遠遠超過視距，特別是海上的大氣波導(dǎo)，這也是有時能收到遠地的超短波信號的主要原因。4.2、 等效地球半徑由上所述，由于大氣的折射作用，使實際的電波傳播不是按直線進行，而是按曲線傳播的，但為

12、了鏈路附加衰落因子計算方便，仍假設(shè)電波射線按直線傳播，而認為地球半徑有了變化，即由實際半徑變?yōu)榈刃О霃?。定義等效地球半徑因子K為 ：式中：ae等效地球半徑；a 實際地球半徑；由上式可見：負折射，折射率0、K1，等效地球半徑ae減??；正折射，折射率0、K1，等效地球半徑ae增大； 4.3、 等效地球凸起高度不考慮地球折射時，地球凸起高度he=,考慮大氣的折射作用后，等效地球凸起高度he：he= 式中：d1-記錄點到起始點的距離,(Km)；d2-記錄點到終點距離，(Km)；he等效地面突起的高度-由于大氣折射而產(chǎn)生的等效地面突起的高度（m）。K-為等效地球半徑系數(shù)；正常傳輸剖面圖K =4/3，最壞

13、氣象傳輸剖面圖KMIN =2/3；a-為地球半徑；一般取a=6370 km。4.4、 余隙計算前面沒有考慮大氣折射時電波傳播余隙hc等于： 考慮大氣的折射作用后，等效地球凸起高度he有了變化，所以余隙hc也發(fā)生了變化： 式中：hc為中繼剖面中，發(fā)收兩點間射線中心線在障礙點上方的傳播余隙；單位為米。H1為中繼剖面中，發(fā)端天線地面的海拔高度；單位為米。h1- 發(fā)端天線中心對地面的掛高；單位為米。H2為中繼剖面中，收端天線地面的海拔高度；單位為米。h2- 收端天線中心對地面的掛高；單位為米。d1為中繼剖面中，發(fā)端天線至障礙點的水平距離；單位為米。d2為中繼剖面中，收端天線R至障礙點的水平距離；單位為

14、米。d收發(fā)天線之間的距離d=d1+d2.a-為地球等效半徑，單位為米。k-為地球等效半徑系數(shù)，正常傳輸剖面圖K =4/3，最壞氣象傳輸剖面圖KMIN =2/3H3為微波中繼剖面中，障礙點頂端的海拔標(biāo)高；一般在圖中無樹木的地方要考慮另加3米灌木雜草高度的余量；有樹時也要根據(jù)出圖日期，考慮一定的生長余量；單位為米。從上式可見：等效地球半徑系數(shù)K1 正折射，等效地球半徑變大，等效地面突起高度he減小，等效的余隙增大； K1 負折射，等效地球半徑變小，等效地面突起高度he增大，等效的余隙hc減?。?5、 大氣造成的衰落5.1、 大氣造成的衰落微波在空間傳輸中將受到大氣效應(yīng)和地面效應(yīng)的影響，導(dǎo)致接收機接

15、收的電平隨著時間的變化而不斷起伏變化，我們把這種現(xiàn)象稱為衰落。          衰落的大小與氣候條件，站距的長短有關(guān)。衰落的時間長短不一，程度不一。有的衰落持續(xù)時間很短，只有幾秒鐘，稱之為快衰落；有的衰落持續(xù)時間很長，幾分鐘甚至幾小時則稱之為慢衰落。衰落的出現(xiàn)將使得信號發(fā)生畸變。接收電平低于自由空間傳播電平的稱之為下衰落。而接收電平高于自由空間的傳播的電平時，則稱為上衰落。顯然慢衰落和下衰落對微波通信有很大的影響。         從

16、大氣對電波的衰減的物理因素來看，有幾種類型：1、吸收衰落大氣中的云、霧、雨等小水滴對電波能量的熱吸收以及水分子、氧分子對電波能量的諧振吸收，導(dǎo)致微波在傳播的過程中的能量損耗而產(chǎn)生衰耗；  云、霧、雨等小水滴對電波的熱吸收與小水滴的密度有關(guān)，例如大雨比小雨對電波的吸收要大。諧振吸收與工作波長有關(guān)，水分子的諧振吸收發(fā)生在1.35cm 與1.6mm的波長上，氧分子的諧振吸收發(fā)生在5mm與2.5mm的波長上。對于頻率較低的電磁波，站與站之間的距離是50km以下時，大氣吸收產(chǎn)生的衰減相對于自由空間產(chǎn)生的衰減是微不足道的，可以忽略不計。2、K型衰落。這是由于多徑傳輸產(chǎn)生的干涉型衰落，它是由直射波

17、和反射波在到達接收端時，由于行程差，使它們的相位不一樣，在疊加時產(chǎn)生的電波衰落。由于這種衰落與行程差r有關(guān)，而r是隨大氣的折射參數(shù)K值的變化而變化的，故稱為K型衰落。這種衰落在水面，湖泊，平滑的地面時顯得特別嚴(yán)重。     3、由于雨霧中的小水滴會使電磁波產(chǎn)生散射，從而造成電磁波的能量損失，產(chǎn)生散射衰減。此時接收點也可以接收到多徑傳來的這種散射波，它們的振幅和相位是隨機的，這就使接收點的場強的振幅發(fā)生變化，形成快衰落。由于這種衰落是由于多徑產(chǎn)生的，因此稱之為閃爍衰落。這種衰落持續(xù)時間短，電平變化小，一般不會造成通信的中斷。4、波導(dǎo)型衰落。5.2、 雨衰當(dāng)

18、工作頻率確定時，由于降雨越大衰減也越大，嚴(yán)重時可使電路嚴(yán)重誤碼甚至電路完全中斷；在建設(shè)微波中繼電路中確定工作頻率時，一定要考慮當(dāng)?shù)氐慕涤暧绊?，要使電路有足夠的抗衰落儲?保證使傳遞的接收信號電平即使電路遇上雨衰落時始終在門限電平以上。根據(jù)工程中的相關(guān)經(jīng)驗，在了解了當(dāng)?shù)刈畲蠼涤陱姸群退姆植家?guī)律以后，根據(jù)站距長短必須校核計算，降雨引入的空間損耗最好不得因此將電路的傳輸儲備降低到25dB以下。 雨衰耗-頻率關(guān)系曲線Rain-雨、降雨、Attenuation-衰減、Density-密度 Storm-暴風(fēng)雨、shower-陣雨、drizzle-細雨6、 大地造成的衰落大地衰減有兩種：地面上山丘、樹林、

19、建筑物等阻擋一部分電磁波的射線，造成的衰減。典型的是刃型衰減；大地反射造成衰減，如光滑/水網(wǎng)等強反射地面將微波信號反射到接收天線上，反射波與入射波疊加后，有可能相互抵消而產(chǎn)生損耗；6.1.1、 刃型障礙物的阻擋衰減微波在傳播路徑上往往會遇到一個或多個障礙物 為了估算這些障礙物的附加繞射損耗 通常是將障礙物的形狀理想化 一種情況是當(dāng)障礙物的厚度相對較窄時 可假定為刃形障礙 另一種情況是當(dāng)障礙物的厚度相對較寬時 可假定為扁平的物體 并在頂部可定義出曲率半徑 這種障礙物稱為非刃形障礙。障礙物的厚度是在障礙物頂點向下等于Fo處，作一條與TR射線平行的直線，這條直線與障礙物的截線設(shè)為ro，當(dāng)：3則視障礙

20、物為理想刃型。視距微波通信常常根據(jù)刃型障礙物的路徑余隙hc的大小將線路分為三類：（1）hc F0稱為開路線路；（2）0 hc F0稱為半開路線路；（3）hc 0稱為閉路線路。開線路附加衰落因子幾乎為0，微波鏈路的傳播損耗可以按照自由空間傳播損耗計算。微波鏈路設(shè)計追求的就是開線路；半開路線路和閉路線路，因為刃形障礙物沒有遮擋住所有的費涅耳區(qū)，有一定數(shù)量的費涅耳區(qū)空間不被遮擋，電波能繞過刃形障礙物，使收信電平達到一定的數(shù)值。半開路線路和閉路線路，附加損耗可由上圖左半部所示的曲線查出。也可按照繞射公式計算。 - - - 從上式可見：半開路線路和閉路線路為負值，VdB隨增大而增大。微波波長越小，F(xiàn)o越

21、小、hc/Fo越大、VdB越大。所以微波傳播幾乎沒有繞射能力，微波中繼一般都按開線路設(shè)計。例如，前面計算兩個相距45km的微波鏈路，在僅計算了自由空間傳播損耗的條件下得到接收機的輸入電平Pr（dBm） =-35 dBm如果微波鏈路上有一個刃型障礙物，且余隙hc/Fo1.5,查圖，刃型障礙物對電波傳播阻擋而產(chǎn)生的附加衰落因子-20 dB所以，接收機實際收信電平為： pr（dBm）= 35dBm（20）55 dBm6.1.2、 大地反射衰減 大地反射造成衰減，如圖所示。假設(shè)發(fā)射天線架高為H1，接收天線高度為H2。直接波的傳播路徑為r1，光滑/水網(wǎng)等強反射地面的地面反射波的傳播路徑為r2、與地面之間

22、的投射角為。收、發(fā)兩點間的水平距離為d。接收點場強應(yīng)為直接波與地面反射波的疊加。如果沿r1路徑在接收點產(chǎn)生的場強振幅為E1，沿r2路徑在接收點產(chǎn)生的場強振幅為E2，在傳播路徑遠大于天線架高的情況下，兩條路徑之間的路程差為：rr2r1E1=E2時，接收點的總場強為： 可見接收點的總場強與直射波和反射波在到達接收端的行程差r有關(guān)，前面講了r是隨大氣的折射參數(shù)K值的變化而變化的，所以接收端信號電平也隨著變化。這種由于多徑傳輸產(chǎn)生的干涉型衰落稱為多徑衰落。這種衰落在水面，湖泊，平滑的地面時顯得特別嚴(yán)重。下圖是垂直極化波在海平面上的干涉效應(yīng)。6.1.3、 光滑地面判斷準(zhǔn)則瑞利準(zhǔn)則假設(shè)地面的起伏高度為h，

23、投射角為，為了能近似地將反射波仍然視為平面波，即仍有足夠強的定向反射，要求 上式即為判別地面光滑與否的依據(jù)，也叫瑞利準(zhǔn)則。當(dāng)滿足這個判別條件時，地面可被視為光滑；當(dāng)不滿足這個判別條件時，地面被視為粗糙，反射具有漫散射特性，反射能量呈擴散性。6.1.4、 地面反射點對準(zhǔn)備建設(shè)的微波電路，首先要按設(shè)計程序選好路由，避免使線路穿越水網(wǎng)、湖面或海面等強反射區(qū)域，防止地面反射造成的干涉型衰落。也可以利用地形地物來阻擋反射波，使反射波不能直接到達接收機，從而達到減少衰落的目的。對光滑水網(wǎng)、沙漠等強反射地區(qū)可以通過改變通信兩端的天線高度而使信號的反射點避開這些強反射源從而降低信號的多徑衰落；利用公式和“求反

24、射點參數(shù)的圖表”計算計算反射點： C=（hT-hR）/（hT+hR） (假定hThR) M=d2/（4ak）（hT+hR）式中：C和m為中間參數(shù)hT,hR為收發(fā)天線的海拔高度（單位為米）C和m,查“求反射點參數(shù)的圖表”得b利用下式得d1或d2d1=d（1b）2d2=dd1其他，就必須考慮采用空間分集來克服由于地面的反射給中繼電路帶來的不穩(wěn)定性。在具體的電路中站距僅有僅有幾公里時，根據(jù)經(jīng)驗可以不作此計算，可以僅僅考慮有足夠的余隙即可滿足設(shè)計要求。6.1.5、 余隙標(biāo)準(zhǔn)對刃型障礙物余隙滿足上述要求即可； 7、 抗衰落技術(shù)7.1.1、 空間分集技術(shù)目前在微波通信和衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，抗衰落的主要手段是采

25、用分集技術(shù)。分集就是指通過兩條或兩條以上途徑（例如空間途徑）傳輸同一信息，以減輕衰落影響的一種技術(shù)措施。微波通信常用的空間分集方式分為，空間分集發(fā)送和空間分集接收。空間分集接收是指在空間不同的垂直高度上設(shè)置幾副天線，同時接收一個微波信號，然后合成或選擇其中一個強信號。實踐表明，分集接收對多徑衰落是非常有效的，常常應(yīng)用在大通路的微波干線上。7.1.2、 其他分集技術(shù)頻率分集。用兩個以上的頻率同時傳送一個信號，在接收端對不同頻率的信號進行合成，利用電磁波在不同頻率下的不同行程來減少或消除影響。這種方法效率較好，且只需一副天線，但在頻率十分緊張的無線頻段，頻率的使用效率就顯得不太高了。極化分集。通過

26、發(fā)射端的天線發(fā)射兩個極化垂直的信號，接收端分集接收，這樣可以在一定程度上減少多徑的影響。不過，極化會產(chǎn)生3db的衰減。因為發(fā)射端必須將能量分到兩個不同的極化天線。隱分集就是利用信號處理技術(shù)實現(xiàn)分集，如交織編碼技術(shù)、FRC前向糾錯技術(shù)，跳頻技術(shù)等。隱分集一般用在數(shù)字通信系統(tǒng)中。另外還有一種就是信道均衡技術(shù)。7.1.3、 擴頻通信目前通信理論界和工程界都普遍認為，擴頻通信是在信道技術(shù)上解決多徑衰落的非常有效的手段。偽隨機碼尖銳的自相關(guān)特性使各個多徑信號完全獨立。理論上可以證明：當(dāng)多徑時延超過一個碼元碼元寬度Tc時，多徑信號與直接接收信號的相關(guān)系數(shù)為零，則完全可以作為噪聲處理，對通信不造成影響。另外

27、，當(dāng)碼元Tc相當(dāng)窄，且偽碼碼元很長時，系統(tǒng)的頻譜很寬，反射回來的多徑頻率分量不可能同相到達接收點，所形成的多徑干擾信號在相關(guān)檢測中被減弱。因此在一般常規(guī)通信中認為極難對付的多徑干擾，在擴展頻譜通信中得到了解決。8、 微波頻率和極化選擇系統(tǒng)工作頻率的選擇受傳輸路徑對電波的傳輸損耗及電波的衰落特性的制約。大氣中的電子、離子、氧分子、水蒸氣、鹽霧等對通信的影響較大，隨著通信頻率的增高以上各種因素對通信的影響會有所增加，同時多徑衰落也相應(yīng)增加。因此系統(tǒng)的通信頻率不宜太高。    另一方面，系統(tǒng)工作頻率的提高，不僅使得通信設(shè)備及天線的尺寸可以小一些，電波的菲涅爾半徑也要小一

28、些，有利于實現(xiàn)微波開線路傳輸。    實際系統(tǒng)的工作頻率需要綜合系統(tǒng)的通信距離及系統(tǒng)的鏈路電平余量等要求作出選擇，并結(jié)合已建通信線路的現(xiàn)狀和當(dāng)?shù)貤l件綜合考慮。ITU-RS和我國有關(guān)的頻段分配、頻道配置的建議和規(guī)定如下。工作頻率GHZ占用頻段MHZ容量（Mbit/s）頻帶中心頻率f0（MHZ）工作波道數(shù)第n波道中心頻率fn 和 fn MHZ波道序號n1.5142715302.0482×2.0488.4481478.524126fn=f0-51.5+nfn=f0+3.5+nn=1,3,547n=2,6,1046n=4,12,20442170019008.44

29、82×8.44818086fn=f0-108.5+14nfn=f0+10.5+14n24902690258619002300210112fn=f0-208+14.5nfn=f0+5+14n1900230034.3682×34.36821016fn=f0-208+29nfn=f0+5+29n230025002.0482×2.04823944020fn=f0-87+nfn=f0+7+nn=1,3,579 n=1,5,9774340038002×34.368139.2643592.06fn=f0-208+29nfn=f0+5+29n380042004003.5

30、6592564252×34.368139.26461758fn=f0-259.45+29.65nfn=f0-7.41+29.65n64307110 139.26467708fn=f0-350+40nfn=f0-5+40n7712574258.4482×8.44834.368727520105fn=f0-154+7nfn=f0+7+7nn=1,2,320n=1,3,519 n=1,5,91774257725757587725827534.3682×34.36880008fn=f0-281.95+29.65nfn=f0+29.37+29.65n820085002.04

31、88.4482×8.44834.3682×34.3688350126fn=f0-151.614+11.662nfn=f0+11.662nn=1,2,312n=1,3,511850087508.4482×8.4488629.56fn=f0-127.5+15nfn=f0+22.5+15n1110700117008.44834.3682×34.368139.2641120012fn=f0-525+40nfn=f0+5+40n1312750132502.0488.4482×8.4482×8.44834.3682×34.3681299

32、6168fm=f0-276.5+28n+7mfm=f0-10.5+28n+7m fn=f0-245+14nfn=f0+21+14n fn=f0-259+28nfn=f0+5+28nn=1或2m=1,2,3,4n=1,2,316 n=1,2,3815145001535010以下2×8.44834.36811701(fr)3015fm=fr-2768.5+28n+7mfm= fr -3608.5+28(N-n)+7m fn=fr-2800+14nfn=fr+3640-14(N-n) fn=fr-2786+28nfn=fr+3626-28(N-n)n=1或15n=15N=15m=1,2,3

33、,4n=1,2,3NN30 n=1,2,3NN15181770019700139.2642×8.44834.3688.4482×.0482.04818700835fn=f0-1000+110nfn=f0+10-110nfn=f0-1000+27.5nfn=f0+10+27.5nn=1,2,38 n=1,2,3359、 微波電路的質(zhì)量計算9.1、 微波電路的質(zhì)量指標(biāo)不同等級電路對的損傷的要求不同，見ITU-TSG.821建議。對中小容量微波電路，根據(jù)大量的工程經(jīng)驗，在規(guī)定的電路誤碼率條件下，在考慮到系統(tǒng)內(nèi)部的衰落、干擾和其它惡化因數(shù)后，電路中斷率達到規(guī)定分配要求即可。當(dāng)中繼電

34、路確定以后，每個數(shù)字段（對GSM系統(tǒng)而言每個中繼段都是一個數(shù)字段）的中斷概率指標(biāo)計算如下：（1）、誤比特率大于1×10-3的惡化分的要求,即BER10-61.5L/1250（2）、誤比特率大于1×10-6的惡化分的要求,即BER10-60.04L/1250式中L為中繼段距離d（Km）誤碼惡化分：在一分鐘的統(tǒng)計時間內(nèi)，誤碼率超過1×10-6分鐘數(shù)與相應(yīng)的惡化分占總通信時間的百分數(shù)。主要由設(shè)備性能不完善及干擾因素造成。9.2、 微波電路質(zhì)量計算9.2.1、 微波電路的抗衰落儲備(1)中繼電路的正常接收電平Pr =pT-LTR-LTK+GT-LT-R+GR-LRK LR

35、R 上式中：Pr-電路無衰落時的正常接收電平（dBm）pT-微波中繼段發(fā)送端的發(fā)送電平（dBm）LTR、LRR-中繼段收發(fā)兩端的分并路系統(tǒng)損耗（dB）。分別等于發(fā)信機出口到合路器輸入口間的插入損耗、收信機入口到合路器輸出口間的插入損耗，插入損耗一般為1dB；LTK、LRK-中繼段收發(fā)兩端的饋線系統(tǒng)總損耗（dB）。饋線附件損耗（如密封節(jié)、橢矩變換節(jié)，一般為2dB）+單條饋線損耗（饋線衰減常數(shù)dB/m*饋線長度）；GT、GR-中繼段收發(fā)兩端的收發(fā)天線增益（dBi）LT-R-中繼段的自由空間傳播損耗（dB）（3）中繼電路的抗衰落儲備M= Pr-P TH P TH接收機門限電平（dBm），此值由設(shè)備商

36、提供。如愛立信的某接收機的門限接收電平。BER=10-3 ：4×E1/每信道時為-88 dBm 2×E1/每信道時為-91 dBmBER=10-6 ：4×E1/每信道時為-85 dBm 2×E1/每信道時為-88 dBm MBER=10-6= Pr-P TH(BER=10-6) MBER=10-3= Pr-P TH(BER=10-3) 上式中： MBER=10-6表示BER=10-6的衰落儲備；MBER=10-3表示BER=10-3的衰落儲備；p中繼段正常接收電平（dBm）9.2.2、 中繼電路的中斷概率根據(jù)CCIR建議，可以用中斷概率（P）的經(jīng)驗公式來

37、估算數(shù)字微波傳輸?shù)目煽啃裕?#160; BER=KQfBdc=0BER=KQfBdc=0 數(shù)字微波傳輸可靠性R： R=1P 上式中：BER=-BER=10-6時中繼電路的中斷概率；BER=-BER=10-3時中繼電路的中斷概率；K-地形和氣候條件因子；Q -除f和d之外，考慮路徑其它變量影響的因子；f-中繼電路的工作頻率(GHZ)；B -頻率因子；C-路徑長度因子；d-微波中繼電路的站距(km)。我國計算電路中斷概率相關(guān)參數(shù)表原郵電部設(shè)計院的標(biāo)準(zhǔn)取值，在一般的條件下，地形為山區(qū)的情況下，KQ=1.5×10-4，B=1，C=1.2。世界其他國家和地區(qū)計算電路中斷概率相關(guān)參數(shù)表

38、注：S1-地面粗糙度,6mS142m；S2-地面斜率均方根值,1S280rms。9.2.3、 電路考慮雨衰等其他因素的影響時電路中斷概率BER=0.(1-26)BER=10-3=0.(1-27)上式中： N表示雨衰等其他因素的影響帶來的衰減（dB）； 考慮雨衰等其他因素的影響時電路中斷概率。9.2.4、 結(jié)論將值與誤碼惡化分指標(biāo)比較:當(dāng) 0.04L/1250時 ,中繼電路質(zhì)量指標(biāo)滿足要求。二、 微波電路設(shè)計1、 制作中繼電路傳輸剖面圖（1）、在設(shè)置微波站址區(qū)域的1/5萬（或更大比例）地形圖上，先確定設(shè)置微波天線的準(zhǔn)確的平面座標(biāo)位置，將需要建立微波中繼站的兩點作出標(biāo)記，記錄中繼站點的：圖名、圖號

39、、所屬管區(qū)地名、坐標(biāo)（平面的和經(jīng)緯度的都讀），在圖的邊緣說明中找到真子午線、磁子午線、及坐標(biāo)縱子午線間的相對關(guān)系，并注明它的偏移方向；（2）、將需要建立微波中繼站的兩點用直線連接。從起始點開始向終點沿標(biāo)記直線，依順序選擇記錄點（坡度變化率較快時相鄰記錄點間的距離取0.2km，坡度變化率較快取至3KM或更長。坡度上升下降的改變點必須選擇），依次記錄每一點的地面海拔高度（m）(包括建筑物或樹的高度)、和起始點的距離（km），直到終點。2、 計算站距設(shè)：中繼段的兩端點的分別為T站和R站；TR站間的站距為L(km)。情況一：當(dāng)各點的平面直角坐標(biāo)分別為：YT、XT、 YR、XR、，（坐標(biāo)單位為Km）L

40、(km)= (YR-YT)2+( XR- XT)21/2 .(1-1)情況二：當(dāng)各點的經(jīng)緯度坐標(biāo)分別為： YT、XT、；YR、XR、，坐標(biāo)單位為度）L (km)= COS-1COS(YR-YT)×COS( XR- XT) ×6370×/180 式中：YT、XT、-表示T點在平面直角坐標(biāo)系中的橫坐標(biāo)和縱座標(biāo)。Y、T、XT、-表示T點在平面直角坐標(biāo)系中的經(jīng)度坐標(biāo)和緯度座標(biāo)。3、 天線方位角計算3.1、 三種方位角真北方位角：T-R射線以真子午線為計算起點，沿順時針方向旋轉(zhuǎn)至指定的瞄準(zhǔn)方向，此時射線所掃過的角度即為此射線的真北方位角。磁北方位角：T-R射線以指南針指示的

41、北極為計算起點，沿順時針方向旋轉(zhuǎn)至指定的瞄準(zhǔn)方向，此時射線所掃過的角度即為此射線的磁北方位角；坐標(biāo)北方位角：T-R射線以高斯平面直角坐標(biāo)系縱軸線方向為計算起點，沿順時針方向旋轉(zhuǎn)至指定的瞄準(zhǔn)方向，此時射線所掃過的角度即為此射線的坐標(biāo)北方位角。由于真子午線的方位的朝向相對而言比較固定，因此多以真北方位角來表達天線的通信方位角。但是真子午線的方位要通過天文測量或用陀螺經(jīng)緯儀測定，所以在通信工程中為了施工使用方便常以磁北方位角表達。在的五萬分之一的地形圖上，圖的邊緣說明中可以找到真子午線、磁子午線、及坐標(biāo)縱子午線間的相對關(guān)系。3.2、 計算磁北方位角首先計算各站的坐標(biāo)北方位角：利用五萬分之一的地圖，我

42、們可以得到各站在平面直角坐標(biāo)圖中的關(guān)系示意圖。利用此圖先計算中繼電路段兩端天線在平面直角中的坐標(biāo)北方位角：設(shè):T站和R站在1/5萬地形圖上的平面直角坐標(biāo)分別為：T站YT、XT、；R站YR、XR、：TR=tg-1（XT-XR）/（YT-YR） 按上式計算結(jié)果TR是一個銳角,還需要按射線在平面直角坐標(biāo)中的象限位置修正。再計算中繼電路段兩端天線的磁北方位角：查各微波站所在的五萬分之一的地形圖，在圖的邊緣說明中找到真子午線、磁子午線、及坐標(biāo)縱子午線間的相對關(guān)系。 根據(jù)圖中提供的相對位置，計算各站天線磁北方位角。4、 天線俯仰角計算天線的俯仰角是以本點處的水平線為參考線,水平線以上的方向線與水平線間的夾

43、角為仰角.,計算符號計為”+”,反之為俯角計為”-”1arctg2arctg上兩式中:1表示從站點T天線中心看向?qū)Ψ教炀€R中心本站天線俯仰角; 單位為度。（1弧度57.3o）2-表示.從站點R天線中心看向?qū)Ψ教炀€T中心本站天線俯仰角; 單位為度。4.1、 橢圓饋線系統(tǒng)的組成由于10GHZ以上微波設(shè)備多為天線、高頻、復(fù)用及其他設(shè)備做在一起的一體化設(shè)備，所以不再考慮單獨的饋線。而頻率較低的設(shè)備，由于波長較長，所以天線、高頻設(shè)備尺寸較大，天線和高頻設(shè)備都是分開放在不同的地方，因此必須采用較長的饋線。橢圓饋線系統(tǒng)的連接組成：天線的出入口（帶饋線連接法蘭，可選用矩形饋線彎頭或固定-扭轉(zhuǎn)波導(dǎo)*）饋線上密封

44、節(jié)橢矩變換節(jié)整條橢圓饋線橢矩變換節(jié)饋線下密封節(jié)收發(fā)信機入口端的收或發(fā)的分路系統(tǒng)接口收發(fā)信機。各部件還必須配置有相應(yīng)的加固、密封、接地材料等，可向廠家提出。4.2、 饋線系統(tǒng)各部件的選用饋線一般有矩形波導(dǎo)和橢圓波紋波導(dǎo)，由于矩形系統(tǒng)組成較復(fù)雜、施工時靈活性差，工程中多用橢圓波紋波導(dǎo)。橢圓波紋波導(dǎo)系統(tǒng)各組成部件的選用辦法：它的型號由選用的工作頻率來決定，但同時要考慮饋線兩端接口的配合。在天線端由于天線的大小要根據(jù)中繼段接收電平的需要選定，所以接口是變化的，一旦需要的天線大小和其他指標(biāo)通過電路計算確定以后，就可以根據(jù)選定天線的接口要求去選配饋線的接口法蘭規(guī)格，這個法蘭就是饋線附件中的橢-矩變換節(jié)，其上的矩形波導(dǎo)法蘭就是需要的天線接口。同樣，在饋線連接微波機端有同樣的問題，但這時饋線連接對象改為微波機端分路系統(tǒng)的發(fā)信口和并路系統(tǒng)的收信口，這兩個接口分別連接從天線端過來的收信饋線和發(fā)信饋線；接頭法蘭型號的確定由分并路系統(tǒng)的接口要求而定，一般這兩個法蘭的要求是一樣的，可以直接從相關(guān)饋線的資料中得到。在這里預(yù)先說明一點：在我們選用天線系統(tǒng)時是采用雙極化天線時，才會出現(xiàn)上述分別采用一收一發(fā)的兩條獨立饋線；采用單極化天線時，饋線僅僅采用一條饋線即可。此時在微波