微波工程设计中的剖面图绘制.ppt

传输工程设计基础 微波剖面图绘制 作者：卢火雄 审核：李建中 2004年7月05日 微波通信工程的剖面图绘 制 n简介 n相关的概念及理论 n军用地图的使用 n做剖面图前的准备工作 n如何做剖面图 微波剖面图简介 剖面图，也叫断 面图，是微波通信 工程设计中常用的 一种工具。 通过绘制剖面图 ，可以很大程度上 确定该微波段是否 可用。 相关的概念及理论 微波频率一般指300MHz300GHz频段的电 磁波。 0.33GHz:Ultra high requency(UHF)，330 GHz: Super high frequency(SHF), 30300 GHz: Extremely high frequency (EHF) 有时亦用字母表示：12 GHz L波段,24 GHz S 波段,48 GHz C波段,812 GHz X波段,12-18 GHz Ku波 段，1827 GHz K波段，2740 GHz Ka波段。 相关的概念及理论 同中波的地波和短波的天波传播不 同，微波频段的传播特性是视距传播（ Line of sight(LOS) propagtion）。即信号传播的路 径必须是在地平线及障碍物以上的， 通信的天线应该能互相“看得见”。 点对点通信方式及视距传播特性决 定了微波的天线是强方向性的（工程 中常用抛物面天线）及天线之间需视 通。 微波传播的特点 微波接力通信是建立在电波视 距传播基础上的接力通信。 微波视距传播的特点，有反射 、折射、绕射和散射等现象。 工程设计中，应充分考虑传播 路径上的气象条件及地形情况对 微波传播的影响，通过路径选择 和天线高度选择，充分利用微波 的直线性，有效控制反射、折射 、绕射等现象。 微波传播的特点 实际使用中，电波在低层大气 中传播的。低层大气并不是均匀介质 ，他的温度、气压、湿度是随时间及 空间变化的，微波波束通过低层大气 时会受到反射、折射、散射、吸收。 地形对传播的影响主要为地面、 水面的反射；障碍物对电波阻挡引起 的绕射；不规则地形对电波的散射等 作用。 第一费涅耳区半径1 从微波传播角度看，费涅耳区是估 算传播能量区域的一个重要概念。发 信端T和收信端R之间的射束可以看作 是由T、R为焦点的一系列不同短轴半 径的旋转椭球体的集合，椭球表面上 任一点Pn到T、R的距离之和为常数， 这就是费涅耳区。点Pn到TR轴线的距 离称为费涅耳半径。 当椭球面上的点满足TP1+RP1=d0+/2时 ，称为第一费涅耳区，其半径为F1。 第一费涅耳区半径2 第一费涅耳区半径3 当椭球面上的点满足TPn+RPn=d0+n*/2 时，称 为第n费涅耳区，其半径为Fn。 费涅耳区概念在工程设计中比较重要， 我们尤其关心第一费涅耳区，这是微波传 播中能量最集中的区域。 第一费涅耳区半径4 由数学分析可知， 第一费涅耳区半径 F1为： 第n费涅耳半径为： 微波传播路径余隙Hc 路径余隙是衡量 微波视通情况的一个 重要参数。 它是指电波主射束 的轴线与障碍物之间 的距离。 Hs Hb Hc H1 h1 H2 h2 d2d1 d0 微波传播路径余隙Hc Hc为路径余隙，Hs为障碍物高 度，Hb为障碍处的地球突起高度 。 用此式可计算天线离地高度 天线离地高度的计算 计算天线离地高度： 微波传播路径余隙Hc 刃形段面规范的要求如下式所 示： KKmin 时 Hc 0 K=4/3 时 Hc/F1 0.3 K时 Hc/F1不作要求 式中Hc为路径余隙；F1为第一 费涅耳区半径。 障碍物类型为光滑球面时要 求： KKmin Hc0.3F1 K4/3 Hc0.6F1 K Hc1.38F1 式中Hc为路径余隙；F1为第 一费涅耳区半径 等效地球半径系数K 在实际微波接力通信中，电波在对流层中传 播，由于折射的作用，使得实际的电波传播是 按曲线传播的。为了计算方便，在电波轨迹与 地面之间距离Hc(路径余隙)相等的前提下，把 地球半径a等效为ae，将ae与a的比值定义为等效 地球半径系数K，即 Kae/a 等效地球半径系数K T R K=2/3 K=1 K=4/3 K= a 实际电波射束 R T K=2/3 K=1 K=4/3 K= ae 用ae代替a后的电波射束 等效地球半径系数K K值是地面微波工程设 计中的一个重要参数 ，它对路径余隙HC的确 定，天线高度选择等 多方面起着重要作用 。根据设计规范，标 准K取4/3。实际Kz值随 微波站距（d0）长短而 变化。见右图： 等效地球半径系数K 气象条件变化引起K值变化时，路径余隙也 发生变化。当K变小时余隙亦变小，如果 设计余隙过小（微波天线挂高过低），有 可能出现阻挡现象，引起衰落 如在刃形障碍下，K取最小值时余隙应大于 等于0，K=4/3时接收电平值不小于自由空间 电平值；反射较强的，余隙应在0.3F1（K=Min ）1.38F1(K=Max)之间。 微波波束地面反射点 在微波接力通信中，地面反射的影响表现在 ，光滑地面或水面会把天线发出的一部分信号 能量反射到接收天线，与主波（直射波）信号 产生干涉，使电路传输不稳定。 微波波束地面反射点 在设计过程中， 通常通过调整h1、 h2来选择反射系数 相对小的地方作 为反射点。 反射波 直射波 R T h1 h2 C 微波波束地面反射点 在计算d1时使用公式 其中： 军用地图的使用 n认识军用地图 我们现在使用的军用地图是中国人 民解放军总参谋部测绘局绘制的。 军用地图的使用 n认识军用地图 军用地图的比例通常是1:5万，也有1:10 万的，它是地形及地表物的精确描绘。 军用地图分幅及编号以国际百万分之 一地形图分幅为基础，按经纬度划分。 军用地图的使用 n认识军用地图 在使用过程中，不得复制、不得丢失 、不得随意买卖 认识军用地图-名称 军用地图的名称一般是用该张地图的较大 的城市、县城名来命名的，例如：莎车县。 认识军用地图-要素 符号颜色：黑：人工体 绿：植被要素 棕：地貌要素 蓝：水系要素。 定位点（符号中表示地物真实位置的部位 ）：有点的，在点上；几何图形，在其 中心；底部宽大的，在底部中点；底部 直角的，在直角中点；两个图形组成的 ，在下方中心。 认识军用地图-等高线 高程相等并相连的各点形成的曲线称等 高线。（边缘轮廓） 设想一座山从低到高按相等高度一层层 水平切开，将有许多截面，将截面的轮 廓（边缘）垂直投影到一个平面上，就 形成一圈圈的等高线图形，地图根据这 种原理显示地貌的。 认识军用地图-等高线 同一等高线上各点高度相等，并闭合 成环。 同一幅图上等高线愈多，山愈高。 同一幅图上等高线间隔愈密，山愈陡 ；间隔稀，实地坡度缓。 认识军用地图-等高线 等高线弯曲形状与实际地形相似 例如等高线表示的山谷和山背、 山顶和凹地、等高线无法显示的特殊 地貌。 为了更形象的体现等高线，军用 地图在两条实线等高线之间用虚线表 示1/2等高距 认识军用地图-等高线 认识军用地图-等高线 认识军用地图-等高线 认识军用地图-编号 我们先看看这 样的一个编号 ： F-48-118-甲 E F G 504948 认识军用地图-编号 加了颜色的 就是F-48-118 F 48 认识军用地图-编号 F 48 118 甲 乙 丙 丁 F-48-118-甲 编号在地图中的位置 军用地图的编号在 的图中有三个位置 出现，顶上、左下 角、右上角，它和 图名一起出现，便 于查找。 认识军用地图-编号 军用地图的编号并不全是这种方式，比如说 J48 E 018015。 认识军用地图-导航栏 军用地图的左上角有一导 航栏，它标出了与该张地图相 邻的8张地图的图名，这便于 我们“顺藤摸瓜”。 半个堡 兴隆镇 什字路 古 城 瓦 亭 隆德县 红 庄 联 财 认识军用地图-标高 军用地图标高是通 过等高线标注的。等高 距一般为10米，也有20米 的。 184 100 认识军用地图-地物标注 军用地图地物标注 种类繁多，这里讲一讲 树高的标注。 100 184 松 0.12 8 认识军用地图经纬度 军用地图经纬度标 注在边框上，一格为1 ，一张地图经度跨度 15，纬度跨度10。 如图：韦州镇的开始 经纬度为10615与 3710 认识军用地图坐标 军用地图坐标 系纬度坐标为X，经度 坐标为Y以1公里为一 个单位。 微波剖面图绘 制中需要的为XY坐标 。 如图：韦州镇 的开始坐标为4115.7 与 18611 认识军用地图-磁偏角 Q1为真北坐标 角，Q2为磁偏 角。 * 磁子午线 坐标线 真子午线 Q1Q2 认识军用地图-磁偏角 地球是圆的，所以Q1可能为正也可能为 负。记录时应注意这一点。 认识军用地图-磁偏角 * 磁子午线 坐标线 真子午线 Q1Q2 * 磁子午线 坐标线 真子午线 Q1Q2 Q1为正Q1为负 经纬度、坐标转换 军用地图的经纬度与坐标可互相 转换。通过经纬度转换为XY坐标，满足 剖面图绘制应用要求。 转换中需注意经纬度与XY坐标的线 是不平行的。 1：5万的军用地图上2厘米为一个坐 标点，相当与实际长度1公里。 经纬度、坐标转换 转换中需要将经纬 度按度、分记录。 如图：红点的经纬度为 10616.523 3710.842经 过换算其坐标为： 4117.4 18613.26 做剖面图前的准备工作 n军用地图 n直尺、铅笔、橡皮 n读图记录纸、绘图纸 n站点资料(经纬度、站名） 如何做剖面图 n手动绘制剖面图 n计算机辅助绘制剖面图 如何做剖面图读图 读取数据时应留意电波射束经过的地形的特 点： A类：山地、城市、地面粗糙、天线高差大 。 B类：丘陵地带 C类：平原 D类：大范围跨水面、海面 手动绘制剖面图 手动绘制剖面图 绘制剖面 图用纸 100 如何做剖面图定点 定点，是做剖面图 的第一步工作。 根据GPS测试值将 点描在地图上。 根据现场勘查资料 ，核查准确性（如 与路、楼房的相对 位置 100 换算为XY坐标 用GPS定站址：一 张1/5万地图X轴方 向为10分，Y轴方 向为15分，各每格 （非坐标格）一分 为60秒。再细分X 轴方向为约37*秒 (GPS读数)/60, Y 轴方向为约32*秒 (GPS读数)/60，确 定站址后，即可读 出X,Y数值。 松 0.12 8 100 如何做剖面图读图 读图，是做剖面 图的重要工作。 用直线连接两点 ，按一定间隔读 出直线经过的高 度及地物类型 站距长时，中间 部分必须取点。 松 0.12 8 100 通信方位 确定站址，读了X,Y数 值后，就可以计算站 距和通信方位。 站距（d12+d22)1/2 通信方位= tg-1(y2-y1)/(x2-x1) 松 0.12 8 天线高度确定 近场区： 微波天线的安装位置应避开天线四周的建筑 物、广告牌、各种高塔， 远处区： 满足余隙要求。避开地形地物对电波反射 引起的干扰。 馈线： 应使馈线长度最短、馈线转弯和扭转最少 。 手动绘制剖面图 根据所收集数据计算最佳天线高度 调整天线挂高，使余隙满足要求，对于刃形 障碍，K=Kmin时，余隙可以为0，但要保证 K=4/3时链路无衰减（接收电平不小于自由 空间电平值）。 考察反射点位置的地面反射系数、余隙，调 整天线高度使电路工作在低次瓣。 手动绘制剖面图 绘制剖面图 计算机辅助绘制剖面图 这是剖面图绘制工 具，把相应数据 填写完毕后，按“ 生成剖面图”就可 以生成剖面图， 可以确定路由的 通断及天线挂高 等数据 计算机辅助绘制剖面图 微波传 输路由 表 基础 数据 计算机辅助绘制剖面图 微波传 输路由 表 路由 信息 计算机辅助绘制剖面图 注意： 路由表等不能删减或插入行、列只能修改单 元格。 设备应该同设备表中名称对应，且要分清厂 家，如果性能指标计算不出，可能所输入 的设备或天线在设备工作表中不存在。 10G以下链路主要看瞬断率，10G以上雨衰一列 数据应大于-3。同时注意站名工作表中雨 强数据应同微波链路所在地区对应。 计算机辅助绘制剖面图 微波传输路由表传输技术 计算机辅助绘制剖面图 微波传输路由表估算结果 计算机辅助绘制剖面图 微波传输路由表误码性能验收指 标 剖面图绘制小结 描点