传输基础微波电测

1、传输工程设计基础微波电测 作者： 刘 仲 明广州杰赛通信规划设计院2004年7月05日目录1.无线视距信道上的传输11.1.自由空间传输损耗11.2.大气效应11.3.地面效应22.工程电测的概念和目的23.电测仪简介23.1.主要技术指标23.2.组成及原理框图33.3.电测仪的使用及日常维护44.电测54.1.电测的用具64.2.电测74.3.后期数据处理85.后言8摘要：本文介绍如何利用电测仪进行微波路由测试及相关注意事项，这是微波通信工程中常用的一种确定路径可用性的方法。主题词：视距传输 衰落 自由空间 余隙 电测1. 无线视距信道上的传输在微波中继通信系统中，信号的传输主要是利用微波

2、的视距传输，视距微波通信受到大气及地面的影响，会产生衰落和传播失真。1.1. 自由空间传输损耗无线电波在自由空间传播时，其单位面积内的能量会因扩散而减小，这种减小称为自由空间传输损耗，其计算公式为：Ls= 92.4+20lgf+20lgd (dB)其中，f-频率，单位GHzd-距离，单位km1.2. 大气效应大气效应主要表现在以下三个方面：（1）吸收衰减大气中的氧分子具有磁偶极子，水蒸气分子具有电偶极子，它们都能从电磁波中吸收能量，产生吸收衰减。（2）雨雾衰减雨雾中的小水滴会散射电磁波能量，造成散射衰减，一般来说，在10GHz以下频段，此种衰减并不十分严重，只有几个分贝，但在10GHz以上频段

3、，中继距离则主要收降雨衰减的限制。（3）大气折射由于空气中的折射率随高度变化而引起，从而产生阻挡或多径衰落等。1.3. 地面效应地面效应主要表现在以下二个方面：（1）山头、树林、建筑物或其他障碍物可以阻挡一部分电磁波射线，增加一部分阻挡损耗。阻挡损耗的产生与否、损耗的大小主要取决于路径余隙，工程设计要求，余隙在K=4/3时应大于第一费涅尔半径的0.6倍。（可参阅中华人民共和国通信行业标准 YD5004-94 数字微波（PDH部分）接力通信工程设计规范中对余隙的要求）（2）平滑地面或水面可以把一部分信号反射到接收天线，使之与直射波矢量叠加，可能会相互抵消而产生附加损耗。工程上，要确定某一路径能否

4、满足使用要求，首先可采用目测和剖面分析等方法，当这些方法均无法确定时，则需要通过工程电测进行确定。2. 工程电测的概念和目的工程电测不同于研究性质的电测分析，采用的仪器也相应简单些，一般使用6GHz频段的电测仪，因为此频段微波传播较稳定，受雨雾等的影响较小，能较真实的反映路径的通断情况，同时6GHz频段通常用于长途大通道，使用情况不是很普遍，采用6GHz电测可以减少干扰的发生。电测的目的主要是确认路径能否满足使用要求，是否存在阻挡损耗，附加损耗有多少等，当然，同时需要考虑的因素还很多，如天线的安装位置、安装方法、悬挂高度，路由的选择还应尽量避开水面等强反射地段和已有微波线路。3. 电测仪简介目

5、前我们使用的电测仪主要有郑州邮电设计院生产的和电子部第十三研究所生产的电测仪，下面以电子部第十三研究所生产的电测仪为例进行介绍。微波电测仪分为发信机和接收机两部分，收发均采用喇叭天线与接收机和发射机的输入输出端口连接，为了便于携带和运输，天线设计成可拆卸方式。3.1. 主要技术指标l 工作频率：6GHzl 发信功率（不含天线增益）：24dBml 天线增益：15dBl 调制方式：调幅l 调制频率：1kHzl 调制波形：占空比47%的矩形波l 接收机中频：38 MHzl 中频带宽：1 MHzl 视频滤波器：f0=1kHz，BW（3dB）=200Hzl 接收机灵敏度：-105dBm（指针指在“50”

6、处）l 衰减器调整范围：080 dBl 电平指示误差：±1 dBl 测试距离：大于50kml 收发本振频稳度：±3×10-3l 供电：直流13.518V，功耗小于7.5Wl 外形尺寸：110×240×380mml 仪器重量：收信机小于9.7kg，发信机小于8.5kg3.2. 组成及原理框图（1）发射机图1 发射机框图介质振荡器产生的微波信号经功率放大器进行放大到适当电平，送至电调衰减器，由1kHz信号进行调制，调制后的微波信号经波导同轴转换器，送至喇叭天线发射出去。发射功率电平由功放内的定向耦合器耦合一部分能量，经检波后，直接由微安表指示。（2

7、）接收机图2 接收机框图由发射机发出的经调制后的微波信号，经路由衰减后，传至接收天线，经介质滤波器滤除杂波，由放大器进行放大，送入混频器与接收机内的介质稳频振荡器产生的微波信号进行混频，产生30 MHz中频信号，经前置中放送至中频衰减器，衰减后的中频信号再由主中放进行放大，放大后的中频调幅信号经检波，取出1kHz信号，经选频放大整流滤波后，由微安表指示。3.3. 电测仪的使用及日常维护电测仪的面板布置如图所示。使用前，先作开机检查，将喇叭天线连接好，接通电源，打开开关，电源指示亮红灯，发射机指针应指在“50”附近；接收机指针应指在“0”的位置，按下电压检查钮，表头指示电压应为13.518V（表

8、头满刻度为20V），说明工作正常，可以进行电测工作，否则，应仔细检查，排除故障，如喇叭天线电缆未接好、电压不够、保险丝烧毁等。图3 电测仪面板示意图本仪器收发信机均为直流供电，可用干、蓄电池或其他直流电源（纹波1mV），电池电压在13.518V范围内均可正常工作，不得高于规定电压，电源电压低于13.5V时，将对发射机功率及接收机灵敏度产生影响；电源不得反接。本仪器最小测试距离约1.52km，否则信号过强，接收机将出现阻塞现象，表头无任何指示。要爱护好喇叭天线的连接电缆，避免经常拆装，拆装时应双手操作，以免造成接触不良引入附加损耗。电测仪应轻拿轻放，避免磕碰和强烈震动，特别要注意防潮，不使用仪器

9、时应置于干燥通风处，仪表一旦受潮，将无法正常工作；发射机应先装好天线才可开电源。4. 电测先谈谈如何判断某一路径是否满足使用要求。理论上，在无任何阻挡时，算得的自由空间损耗：Ls= 92.4+20lgf+20lgd (dB)其中，f-频率，单位GHzd-距离，单位km实际测得的路由损耗为：Lp= Po + Gt + Gr - Pth -S (dB)其中，Po -发信功率，单位dBmGt 、Gr -发、收天线增益，单位dBPth -接收机灵敏度，单位dBmS -接收机衰减器读数，单位dB将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)当Lp与Ls的值相当时，说明本路段可通，可以投入使用；当Lp略大于Ls时，说明该路段存在附加损耗，如绕射损耗、反射损耗等，经过技术处理后方可投入使用，如调整天线高度、在允许范围内改变天线安装位置等；当Lp远大于Ls时，说明该路段已被阻挡，阻挡的程度视差值的大小而言，经过对阻碍点的勘察，进行断面分析，可采取建设铁塔增加天线挂高，或增加中继站等方法来改进路由质量以满足使用要求，当所有这些措施达不到要求或代价过大时，只好放弃该路由，更换更合理的路由。通常来讲，在正常的环境条件下，路段不存在阻挡时，测得的Lp要小于或接近Ls，当Lp超出Ls达3

11、 dB（注：含仪器误差1 dB）时，要查明原因。由上述得知，当频率确定后，站距d与衰减器读数S存在一一对应关系，为了电测的方便，提高工作效率，可事先做一份d与S相对应的核查表，以便现场查对，d的取值间隔可采用0.5km，这样就不必携带计算器到现场验算了。根据上面提到的要求，将f=6GHz代入公式，即可找出d与S的一一对应关系：S= 51 -20lgd (dB) 值得指出的是，以上关系是针对特定的仪器参数算出的，当采用别的仪器时，请参照仪器的性能指标进行修订。4.1. 电测的用具电测前应准备好以下工具：l 电测仪一套（含收发信机、电源等）l 通信工具：对讲机（在移动电话不能使用时必需）或移动电话

12、，备用电池（应先充好电）、充电器l 望远镜一对l 指南针两个l 卷尺两把l 三脚架两个l GPS两个l 计算器一个或自制核查表一份（收信队用）l 1：5万地图、旅游图等l 雨衣（每人一套）l 30米粗绳两卷（吊设备用）l 车辆两台还应考虑某些特殊情况，如要上铁塔操作，则应携带安全带、手套等；进入山林，则要携带干粮、饮用水、电筒、砍刀、日常药品等，总之，每次电测前应作好充分准备，有时工作环境是很艰苦的，潮湿环境最好带上吹风筒以便驱潮。出发前，应明确当日的任务，安排好行驶路线，确定各路段的粗略距离与通信方位，了解拟采用的频段与天线的大小等，调好对讲机的频道，以便保持联系。4.2. 电测收信、发信两

13、队到达相关站点后，首先进行站点定位。所谓站点定位，就是将站点的位置标在1：5万地图上。在郊外，通常可以参照周围有明显特征的景物，如高山、河流、水塘、公路、桥梁、电力线等，就能比较方便的准确定位。在新建市区，则可先在旅游图上定位，再将旅游图与1：5万地图对照即可定位，GPS的读数可作为参考。当以上两种方法都有困难时，则借助GPS，再参照周围地形进行定位。接着对站点进行勘察，根据预选的通信方位和天线大小，选择适于安装天线的位置作为测试点，在测试点支好三脚架，装好电测仪后，即可与对方联系，告诉对方已准备就绪。收信队应将接收机的衰减器调在比估算值低1020 dB位置。当双方准备好后，即可开机电测，双方

14、都向预选通信方位靠近（注意：指南针有时受环境影响或使用不当，存在一定偏差），并左右来回慢慢扫动，一旦指针有摆动，收信对应马上告诉发信队已收到信号，这时，收信队应初步将电测仪定在某一方位，然后指挥发信队来回扫动，以寻找收信电平最大点，找到最大点后，通知发信队将发信机固定在现在的方位，然后将接收机来回上下扫动，重新找到一收信电平最大点，接下来再通知发信队上下左右小幅度调整方位，如此多次，最后找到真实的收信电平最大位置。调整方位的同时应根据实际需要调整衰减量的大小，以使接收机电表的指针指在“50”位置，最后记下衰减器读数，核算结果是否合理。当不合理时，应改换测试点重新测试，并根据最后定下来的通信方位

15、用望远镜进行观察，看路径附近有无高山、高楼、烟窗、广告牌、大树等阻挡，路径的特征如何，是否是水面或平滑地面等，路径上近期是否建设建筑物，建筑物在何位置？高度是多少？把这些数据一一纪录在案，以便回到办公室做最后的分析。还有一项工作请不要忘记，就是画好站点的平面布置图和立面图，标注方位及相关尺寸，优选出几个天线的安装位置并排序，考虑天线的安装方法，安排好走线架的路径，计算馈线的大致长度等。当需要新建铁塔时，应对建筑物的结构进行查看，标出梁柱的位置。4.3. 后期数据处理回到办公室后，要趁热打铁，尽快做后期数据处理，以防时间太久遗忘某些参数。根据在地图上的站点定位，找出X、Y坐标值，精确计算路段的距离、通信方位、天线高度及俯仰角，同时仔细核查路径上沿线的地貌特征，对一些不利因素，如水面、水网地带等应予以注意。演算测试数据与理论数据的吻合程度，有较大差异的要分析原因，找出技术处理方案等，对某些特定路由建议最好能作一作剖面分析。对于某些特定路径，可能存在一定量的附加损耗（如侧向阻挡或障碍物靠近路径的一端），而要寻找替代路由又存在难度，这时，如果经过分析，随着K值的变化，这一损耗值比较稳定，而