微波通信结构原理

微波通信系统组成一条数字微波通信线路由两端的终端站和若干个中间站构成。如图

所示。一、数字微波通信系统的组成

下面以微波通信用于长途电话传输时，系统的简单工作原理为例加以说明。电话机相当于甲地的用户终端(即信源)，人们讲话的声音通过电话机送话器的声/电转换作用，变成电信号，再经过市内电话局的交换机，将电信号送到甲地的长途电话局或微波端站。经时分复用设备完成信源编码和信道编码，并在微波信道机(包括调制机和微波发信机上完成调制、变频和放大作用。微波已调波信号经过中继站转发，到达乙地的长途电话局或微波端站。乙地(收端)方框图中与甲地对应的设备，其功能与作用正好相反。而用户终端(信宿)是电话机的受话器，并完成电/声转换。（一）发信设备的组成从目前使用的数字微波通信设备来看，分为直接调制式发信机(使用微波调相器)和变频式发信机。中小容量的数字微波(480路以下)设备可用前一种方案。而中大容量的数字微波设备大多采用变频式发信机，这是因为这种发信机的数字基带信号调制是在中频上实现的，可得到较好的调制特性和较好的设备兼容性。

二、收信和发信设备

图5-5变频式发信机方框图下面以一种典型的变频式发信机为例加以说明，见图5-5。由调制机或收信机送来中频已调信号经发信机的中频放大器放大后，送到发信混频器，经发信混频，将中频已调信号变为微波已调信号。由单向器和滤波器取出混频后的一个边带(上边带或下边带)。由功率放大器把微波已调信号放大到额定电平，经分路滤波器送往天线。

微波功放及输出功放多采用场效应晶体管功率放大器。为了保证末级功放的线性工作范围，避免过大的非线性失真，常用自动电平控制电路使输出维持在一个合适的电平。发信设备的主要性能指标（1）工作频段目前使用较多的是2、4、6、7、8和11GHz频段。其中2、4、6GHz用于干线微波通信；2、7、8和11GHz用于支线或专用网通信。（2）输出功率输出功率是指发信机输出端口处功率的大小。功率一般为几十毫瓦到1瓦左右。（3）频率稳定度数字微波的收信设备和解调设备组成了收信系统，这里所讲的收信设备只包括射频和中频两个部分。目前收信设备都采用外差式收信方案，如图5-6所示。（二）收信设备的组成图5-6是一个有空间分集接收的收信设备组成方框图。分别来自上天线和下天线的直射波和经各种途径(多径传播)到达接收点的电波，经过两个相同的信道：带通滤波器、低噪声放大器、抑镜滤波器、收信混频器、前置中放，然后进行合成，再经主中频放大器后输出中频已调信号。（一）监控的意义对一条微波通信传输信道及主备设备运行情况进行自动监视与控制，简称为“监控”。CCIR在建议557中，对无线电接力通信系统规定了2500km的假想参考电路在测量时间至少为一年的周期内，有效利用率应不小于99.7%。即不可用时间(即线路中断时间)不应超过一年的0.3%。一般认为设备故障、电源故障、电波传播条件恶化所造成的中断时间各占0.1%。微波通信系统的监控系统

为满足上述指标，一条微波电路除主用波道外，还设有备用波道。当主用波道出现设备故障或电波衰落过大时，就立即切换到备用波道工作，达到不中断通信的目的。这种对信道的切换就由良好的监控系统完成。微波中继通信系统是由许多微波站组成的，而不少微波站地处高山或偏远地区，这就提出了对这些站实行无人值守的问题。而且现代通信系统正在向集中管理方面发展，由设在网络中心的中心站对所管辖的中继通信站进行集中监视或控制，能大大提高管理水平和通信质量，维护人员和测试仪表也可相应集中，节省维护费用。可见，微波站的无人值守和集中监控势在必行。

常把具有集中监控功能的有人站称为主控站或中心站，无人值守站称为被控站或远方站。主控站可借助监控系统的遥测、遥信和遥控功能对无人值守的微波站进行集中监控。遥测是指主控站向被控站发出询问指令的过程，遥控指被控站执行主控站的控制指令而产生相应的开关(机械或电气)动作。遥信是各无人值守站向主控站发送表示站上设备工作状态“正常”、或“不正常”的二元信息(1、0码)的过程。微波中继通信是利用微波频段的无线电波传递信息的。天馈线系统是必不可少的设备。在发信端，发信设备输出的微波信号，经馈线系统输至发射天线，成为无线电波，沿指定方向发射出去。在收信端，无线电波经接收天线输至馈线系统，成为微波信号，输至收信设备。天线、馈线系统天线、馈线系统包括天线和馈线、阻抗变换器、极化分离器、波道滤波器等。在微波通信系统中，对天线、馈线系统最基本的要求有：足够的天线增益，良好的方向性，低损耗的馈线系统，极小的电压驻波比，较高的极化去耦度，足够的机械强度等。数字微波或模拟微波的天馈线系统型式及对它们的技术要求基本相同。（一）微波天线天线的作用是有效地发射和接收指定方向的无线电波。按信号工作频段划分，有长、中波天线，短波天线和微波天线等等。一般说来，短波频段以下的天线常用线式结构，短波频段以上的天线常用阵式或面式结构。某天线用作发射天线时所具有的特性和参量，与该天线被用作接收天线时所具有的特性和参量相同(也称为天线互易定理)。常用微波天线的基本形式有：喇叭天线、抛物面天线、喇叭抛物面天线、潜望镜天线等。1.微波天线的技术要求对微波天线总的要求是：天线增益高，与馈线匹配良好、波道间寄生耦合小，由于微波天线都采用面式天线，所以还应使天线具有一定的抗风强度和防冰雪的措施。微波天线的主要电气指标有如下几个方面。

馈线系统的作用是有效地馈送微波信号能量；当多波道共用天线时，还具有发端汇合、收端分离各波道微波信号的功能。馈线系统由馈线、阻抗变换器、极化分离器和波道滤波器等组成，要求其传输衰减小、阻抗匹配好、收发信隔离度高，以及经济耐用、便于运输和安装调整。微波通信系统中的馈线有同轴电缆型和波导型两种型式，如图5-10所示。一般在分米波波段(2GHz)，采用同轴电缆馈线，在厘米波波段(4GHz以上频段)因同轴电缆损耗较大，故采用波导馈线，波导馈线