不容忽视微波通信测量

1、不容忽视的微波通信测量【摘要】 简要介绍了微波通信技术，根据微波传播特性与光的传播特性相似的原理，提出了利用测量中有关觇标高计算公式进行微波天线高度计算的方法，推导出确定微波通道保护参数的公式，并结合实践给出应用示例。【关键词】 微波通信 天线 费涅尔区 测量一、引言伴随信息时代的来临，微波通信这一现代通信手段被越来越多的用户所采用，如邮电、港务、电力、铁路等部门。高耸云端的微波天线拔地而起，使城市或地区之间的大量信息在空中悄然传输。随着城市建设的发展，高层建筑是城市建设的一大特征，它给微波通信带来了麻烦，甚至发生了因建筑而使微波通信受阻的问题。例如，1991年6月间，江苏南通市曾发生了因一幢

2、建筑中的18层大楼导致从张家港方向传来的微波信号逐渐减弱以至最后中断，给国家造成了很大经济损失。深刻的教训告诉人们，微波通信部门与城市规划部门要加强合作，微波通信应得到有效保护，为此必须进行微波通信测量。二、微波通信简介1、一般原理微波通信是一种以微波（干线的射频波长一般为520）形式在空间进行信息传输的无线电通信技术。由于微波的传播特性与光的传播特性相似，通常只能在视距内传播，如果要作远距离传输，必须采取接力的方式，即采用中继方式，如图1所示1。天线是微波通信的重要设备，其作用是向空间辐射和从空间接受电磁波能量。微波天线的形式有多种，通常采用的是一种形似“锅状”的“抛物面天线”。天线被安装在

3、铁塔或建筑物顶部，以实现微波的视距传输。2、费涅尔区2假定在波源Q与接收点P之间插入一个无限大平面S0，命它垂直于QP线，如图2所示。在S0平面上分布着若干个环形带（称之为费涅尔带），且存在下面的关系（为波长）： 其中，为平面S0上某点至波原Q的距离，为该点至接收点P的距离。如果在QP之间左右移动S0平面，那么，它在每一个位置上都有一系列费涅尔带。由式可知，d和是固定值，而和为变量，经移项为= 常数，该点的轨迹是以Q、P为焦点的旋转椭球面。这些椭球面所包围的空间区域，叫做费涅尔区，如图3所示。第1费涅尔区半径为（d = d1 + d2 ）： 第n个费涅尔区半径为 理论证明，只要围绕着O点存在相

4、当于第1费涅尔区面积1/3的圆孔就能获得自由空间传播。F0代表该圆孔的半径，则 F0称为最小费涅尔区半径。显然，当波长和距离d一定时，F0与S0的位置（d1、d2）有关，且中点（d1 = d2）处的F0最大。三、微波通信测量1、目的与任务微波通信测量的目的是为微波通信提供服务和保障。因此，其任务包括二个阶段：其一是设计天线阶段，根据有关通道方向上的地形及障碍物情况帮助确定天线的有利位置及高度；其二是通信运行阶段，根据天线的位置及高度提供微波通道保护线及有关数据，从而为城市规划部门预留空中微波通道提供科学依据。2、天线高度设计根据微波与光的传播特性相似，采用控制测量中确定觇标高度的有关公式进行微

5、波天线高度计算是合适的，如图4所示。设HA、HB为A、B两地微波天线的地面高程，Hc为通道方向上C处障碍物顶点高程，Sa、Sb为A、B两地天线分别距障碍物C处的水平距离。a为微波传播于C处的余隙。为了使微波能获得“开路”传播，必须有aF0，即C处的传播余隙不应小于该处的最小费涅尔半径。令a = F0，考虑地球曲率及大气折射的影响，并设A、B两处的球气差改正数为VA、VB，则由文献3可得A、B两地天线的必要高度为 取大气折射系数K = 0.11，地球平均半径R = 6371km，代入 ， ；由式知 ，代入、两式可得： 式中Sa、Sb以km为单位，（波长）以cm为单位。同样，可得出确定最有利天线高

6、度的公式为 下面我们将根据上列有关公式推导出确定微波通道空中保护线所需的公式。由图4可知 将、两式代入式得 经变换为 令 并代入式 可得 上式中Ha、Hb分别和A、B两地天线发射中心的高程。利用式便可求出微波通道方向上任一处障碍物顶点的限定高程。3、应用示例 确定天线高度 假设A、B两地相距20km，HA = 4.0m，HB = 5.0m，障碍C距A端6km，且HC = 30.0m，参见图4。若微波波长 = 12cm，且B地的天线（已建）距地面相对高度hB = 30.0m，求A地天线的有利高度hA。首先根据、两式求出再由式可算出A地天线的有利高度为也就是说，A地的天线高度（相对地面）不得低于3

7、8.1m。 空中通道保护假设上例中A、B两地天线已建好，微波通信投入运行（=12cm），抛物面天线的有效口径之半径R=2m。现须向城市规划部门提供对该通道进行有效保护的技术参数。首先应对A、B两地天线的位置进行实地测量，获得准确的点位坐标，然后根据式及便可分别求出通道上任一处的F0及HC。考虑到抛物面天线口径半径为R，则以2（F0+R）作为空中通道允许宽度（水平方向）；而以（HC-R）作为该处障碍物顶点的允许高程（垂直方向）。实际工作中，可在A、B间微波通道上，以合适的段距（如2000m、1000m、500m）取若干点，列表计算出每一点处的2（F0+R）及（HC-R）值，如表1所示。微波通道空

8、中保护参数表 表1点号SakmSbkm2(F0+R)mHC-Rm备 注点号SakmSbkm2(F0+R)mHC-Rm备 注A1234567891001.02.03.04.05.06.07.08.09.010.020.019.018.017.016.015.014.013.012.011.010.04.011.814.716.818.319.520.421.121.521.821.940.136.534.232.330.629.228.027.026.225.525.1A地天线中点处111213141516171819B11.012.013.014.015.016.017.018.019.020

9、.09.08.07.06.05.04.03.02.01.0021.821.521.120.419.518.316.814.711.84.024.824.724.825.225.726.427.328.530.133.0B地天线再根据需要选择合适比例尺的地形图，将所列数据直观地反映在图上，如图5。这样，城市规划部门便可根据上述的表和图对有关的微波通道进行有效保护。例如，在微波通道中心线上的3点处，其左右8.4m范围内，不能有高于32.3m的建筑物。实际应用中，应在理论推算值的基础上考虑一定的安全系数（如1.3左右）。 障碍物判断设上例中A、B两地的微波通信已处于运行阶段。现若判断通道方向上某地物C是否对微波通信构成障碍。首先通过实地测量，获得地物C的平面坐标及其顶部高程。然后进行以下二方面的计算与判断：一是通过坐标方位角的计算，根据C处微波通道允许宽度来判断地物C是否构成水平方向的障碍；二是计算出微波通道于C处的地物顶部允许高程，经与实测地物高程比较来判断地物C是否构成垂直方向的障碍。当上述二条件同时成立时，地物C构成微波通信障碍。四、结束语微波通信测量就其技术性并不算