微波通信技术练习题及参考答案

微波通信技术练习题及参考答案考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题1.微波通信主要利用的频段是？A.低频段（VLF,LF,MF）B.中频段（HF,VHF）C.高频段（UHF,SHF,EHF）D.光频段2.下列哪种现象是微波直线传播的主要限制因素？A.电磁波衍射B.电磁波反射C.地球曲率导致的目标隐藏D.电磁波干涉3.在自由空间传播的微波信号，其路径损耗主要与以下哪个因素成正比？A.发射天线增益B.接收天线极化C.信号频率D.馈线损耗4.用于微波通信馈电系统的同轴电缆，其主要优点是？A.传输损耗低，方向性好B.结构简单，成本低，适合大功率传输C.极化稳定，耐潮湿D.波导尺寸小，隐蔽性好5.抛物面天线的主要作用是？A.产生电磁波B.聚焦和导向电磁波C.改变电磁波频率D.储存电磁能量6.微波通信链路预算计算中，接收机最小输入功率应考虑？A.发射功率B.馈线损耗C.天线增益D.以上所有因素7.大气对微波信号的衰减，哪种情况通常最为严重？A.干燥晴朗天气B.晴朗有雾天气C.阴天有毛毛雨D.大雪天气8.微波接力通信系统采用中继站的主要目的是？A.增大传输距离B.提高传输带宽C.改变信号频率D.以上所有目的9.对于模拟微波通信系统，通常采用哪种调制方式以获得较好的抗干扰性能？A.AM（调幅）B.FM（调频）C.PSK（相移键控）D.QAM（正交幅度调制）10.数字微波通信系统中，为了提高频谱利用率和抗干扰能力，常采用？A.AM调制B.FM调制C.相干解调D.非相干解调11.微波天线极化匹配不良会导致？A.信号衰减增加B.接收信号相位失真C.互调干扰D.以上都有可能12.影响微波信道传输容量的主要因素有？A.信道带宽B.信噪比C.传输距离D.以上所有因素13.微波通信系统中，极化分离衰落的产生主要与什么有关？A.天线高度B.信号频率C.传输路径上的物体（如电线、建筑物）D.大气条件14.微波中继站在接力通信中实现信号转发的核心设备是？A.天馈线系统B.频率变换器C.放大器D.交换机15.与光纤通信相比，微波通信的主要优势在于？A.带宽高B.传输距离远C.铺设维护成本相对较低（尤其跨越复杂地形时）D.抗电磁干扰能力强二、填空题1.微波是指频率在______MHz到______GHz之间的电磁波。2.微波信号的传播方式主要是______传播。3.微波传输链路预算中，发射机输出功率与接收机最小输入功率之差，通常称为______。4.抛物面天线的基本工作原理是利用抛物面的______特性。5.影响微波信号大气衰减的主要气体成分是______和______。6.微波接力通信系统中，相邻两站天线主瓣之间的夹角通常称为______。7.数字微波通信系统中，常用的正交相移键控有______和______。8.馈线系统中，同轴电缆的______常数比波导的小。9.天线方向性的量度通常用______来表示。10.微波通信中，为了克服地球曲率的限制，通常要求中继站的设置满足______条件。11.信号频率越高，其在自由空间中的传播路径损耗______。12.为了减少大气衰减对信号的影响，微波通信线路宜选择在______时段运行。13.微波馈线系统的______损耗随频率升高而增加。14.接收天线接收到的信号强度，与其方向图在接收点处的______有关。15.微波通信系统常用的极化形式有______极化和______极化。三、判断题1.微波可以像光一样发生直线传播，不受障碍物阻挡。（）2.微波通信的传输容量主要受限于可用频谱带宽。（）3.频率越高，波导尺寸越小，传输损耗也越小。（）4.抛物面天线的焦点就是电磁波能量的集中点。（）5.链路预算计算时，需要考虑所有路径上的增益和损耗。（）6.雨衰是影响微波通信可靠性的主要因素之一，通常呈指数规律随雨强增加。（）7.中继站只能进行信号放大，不能改变信号频率。（）8.微波通信系统只能传输模拟信号。（）9.当发射天线和接收天线的极化方向完全一致时，可以获得最佳的接收效果。（）10.微波信号的传播速度等于光速。（）四、简答题1.简述影响微波信号大气衰减的主要因素。2.什么是微波接力通信？简述其工作原理。3.简述抛物面天线的主要组成部分及其作用。4.在进行微波链路预算时，通常需要考虑哪些主要增益和损耗项？五、计算题已知一个微波通信链路，发射机输出功率为40dBm，发射和接收天线增益分别为30dB和40dB，自由空间路径长度为80公里，信号频率为6GHz。假设大气衰减（包括雨衰等）为0.5dB/km。请计算：1.自由空间路径损耗（dB）。2.链路总损耗（dB）。3.接收机输入功率（dBm）。试卷答案一、选择题1.C解析：微波通信主要利用的频段是高频段（UHF,SHF,EHF），大致范围在300MHz到300GHz之间。2.C解析：地球曲率会导致地面上的两点超出视线距离，使得微波信号无法直接到达，这是直线传播的主要限制因素。3.C解析：自由空间路径损耗与信号频率的平方成正比，与距离的平方成正比，与天线增益有关。在比较基本因素时，频率是核心变量之一。4.B解析：同轴电缆具有较好的屏蔽性，传输损耗相对较低（尤其在高频时），结构简单，适合中等功率传输，但其方向性不如波导。5.B解析：抛物面天线能够将点源发出的电磁波聚焦成平行波束，或使平行波束汇聚到焦点，实现能量的定向传输。6.D解析：接收机最小输入功率需要考虑发射功率、传输路径损耗（包括自由空间损耗、大气损耗、馈线损耗）、天线增益以及接收机本身的噪声系数等所有因素。7.D解析：大气中的水蒸气和氧气对微波信号有吸收作用，其中频率在60GHz附近的水蒸气吸收峰最为显著，大雪天气含水量大，衰减严重。8.A解析：中继站通过接收、放大（有时还包括变频）和再发射信号，克服了地球曲率和大气衰减造成的信号衰落，从而大大增加了微波通信系统的传输距离。9.B解析：调频（FM）抗干扰能力较强，因为其输出信号幅度不受寄生调幅的影响，只与调制信号相关。10.C解析：相干解调能够利用载波的相位信息，可以有效提高频谱利用率和抗干扰能力，是现代数字微波通信系统的常用解调方式。11.A解析：当收发天线极化不一致时，接收天线会接收到一部分垂直于其主瓣方向极化的信号，导致信号强度衰减。12.D解析：传输容量与信道带宽、信噪比、调制方式、编码方式等密切相关，是这些因素的综合体现。13.C解析：传输路径上的物体（如电线、建筑物、山丘等）会改变不同极化方向信号的传播路径和衰减，导致接收信号中不同极化分量的相对强度发生变化。14.B解析：频率变换器（通常包含混频器、本地振荡器等）是中继站实现信号频率转换的关键设备，以避免上下行信号频率干扰并适应不同信道条件。15.C解析：微波通信不需要铺设物理线缆，特别适合跨越高山、河流、海洋等复杂地形，长期来看，铺设维护成本可能低于光纤。带宽和传输距离方面，光纤通常具有优势。二、填空题1.300；300解析：国际电信联盟（ITU）通常将300MHz到300GHz定义为微波频段。2.直线解析：微波波长较短，受地球曲率和障碍物影响大，主要沿直线传播。3.链路预算余量解析：指发射机输出功率减去接收机最小输入功率后，再减去所有已知损耗和增益（主要是天线增益）得到的剩余裕量。4.反射解析：抛物面天线利用抛物面的几何特性，使入射到其表面的电磁波（无论来自哪个方向）经反射后都聚焦于其焦点。5.水蒸气；氧气解析：水蒸气和氧气是大气中主要的微波吸收介质。6.主瓣指向角解析：通常指两相邻接收天线主瓣顶点之间的夹角，决定了中继站之间的距离限制。7.BPSK；QPSK解析：BinaryPhaseShiftKeying（二进制相移键控）和QuadraturePhaseShiftKeying（四进制相移键控）是两种最基本的数字相移键控调制方式。8.相位解析：同轴电缆的物理尺寸决定了其传输信号的相位常数，通常比波导的小，导致其截止频率更高。9.方向性图解析：方向性图描述了天线在不同方向上辐射或接收能量的分布情况，其形状决定了天线的方向性。10.视距（或“线-of-sight”）解析：为了实现直线传播，微波中继站需要满足地球表面曲率和两点间距离的限制，即满足视距条件。11.越大解析：根据自由空间路径损耗公式L=32.4+20log(f)+20log(d)，频率f越高，损耗越大。12.干旱、晴朗解析：水蒸气是导致雨衰的主要因素，湿度越低，雨衰越小。13.介质解析：馈线系统中，介质损耗（由传输线介质材料的电导率和损耗角正切引起）随频率升高而增加，尤其是在高频段。14.最大值（或“峰值”）解析：接收天线接收到的信号强度最强，出现在其方向性图在该方向上的最大值处。15.水平；垂直解析：水平极化和垂直极化是微波通信中最常用且易于实现的两种极化方式。三、判断题1.√解析：微波波长较短，衍射能力弱，传播特性接近于光波，主要沿直线传播。2.√解析：香农公式表明信道容量与带宽和信噪比正相关，带宽是决定传输速率的关键因素之一。3.×解析：频率越高，波导尺寸越小，但传播损耗通常越大，且需要更复杂的设计。4.√解析：抛物面天线的焦点是能量的汇聚点，对于主瓣方向。5.√解析：链路预算需要精确计算或估算发射功率、馈线损耗、自由空间损耗、大气损耗、天线增益、接收机噪声系数等所有影响接收信号强度的因素。6.√解析：雨衰与降雨强度近似成正比关系，是高频微波通信系统可靠性的重要考虑因素。7.×解析：中继站不仅放大信号，通常还进行频率变换（上下变频），以避免干扰并适应不同信道。8.×解析：微波通信系统既可以传输模拟信号（如模拟电视信号），也可以传输数字信号（如数字电话、数据信号）。9.√解析：当收发天线极化完全匹配时（例如，都是水平极化或都是垂直极化），信号耦合最好，接收效果最佳。10.√解析：在自由空间中，电磁波的传播速度等于光速c（约3×10^8m/s）。四、简答题1.答：影响微波信号大气衰减的主要因素包括：*信号频率：频率越高，衰减越大。*大气湿度：湿度越高，水蒸气引起的衰减越大。*大气温度：温度影响空气密度，从而影响折射率和衰减。*大气压力：压力影响空气密度，与温度共同作用影响衰减。*降雨：雨滴对信号产生散射和吸收，形成雨衰，雨强越大，衰减越严重。*雾、雪：雾滴和雪花也会对信号产生散射和吸收，造成衰减。*云：云层中的水滴也会引起一定衰减。*气溶胶：空气中的尘埃、污染物等也会造成少量衰减。2.答：微波接力通信是指利用一系列中继站（或称转发站）依次接收和转发微波信号，以实现远距离通信的方式。工作原理：发射端将信号以微波形式发射出去，信号被第一接收天线接收，经中继站内的设备（主要是低噪声放大器、变频器、高功率放大器、发射天线）处理后，再转换到另一载波频率（通常为了避免干扰）发射到下一中继站或最终用户。如此重复，直到信号到达接收端。每个中继站的作用类似于一个“放大站”和“转发站”，克服了视距限制和长距离传输中的信号衰减。3.答：抛物面天线主要由以下部分组成及其作用：*抛物面反射器：通常是金属制成的抛物面形状的曲面，作用是将来自焦点馈源（或反之）的电磁波反射成平行于主轴的定向波束，或将平行波束汇聚到焦点。*馈源（或称发射/接收单元）：置于抛物面焦点处，可以是喇叭天线、振子等，作用是产生（发射）或汇聚（接收）电磁波，并馈送到传输线或与传输线连接。*筒状支撑结构（桁架）：用于支撑抛物面反射器，保持其形状和位置，通常位于反射器后面。*雷达罩（或保护网）：覆盖在抛物面外部，用于保护反射器免受恶劣天气、环境影响，并可能起到散热作用。*底座和基座：用于安装整个天线系统，提供稳定支撑。4.答：进行微波链路预算时，通常需要考虑以下主要增益和损耗项：*发射机输出功率（G_T）：发射机产生的初始信号功率。*发射天线增益（G_T）：发射天线的方向性增益。*发射馈线损耗（L_Fe）：信号在发射端馈线系统中的损耗。*自由空间路径损耗（L_sp）：信号在自由空间传播时因扩散引起的功率减小，与距离和频率有关。*大气损耗（L_atm）：信号通过大气层时因吸收和散射引起的功率减小，与频率、天气条件、距离有关。*接收馈线损耗（L_Rf）：信号在接收端馈线系统中的损耗。*接收天线增益（G_R）：接收天线的方向性增益。*接收机噪声系数（F_N）：接收机内部噪声引入的功率，影响接收灵敏度。*附加损耗：可能存在的其他损耗，如极化分离损耗、多径衰落等。五、计算题1.L_sp=32.4+20*log(f)+20*log(d)L_sp=32.4+20*log(6*10^9)+20*log(80*10^3)L_sp=32.4+20*log(6)+20*log(6)+20*log(10)+20*log(10^2)L_sp=32.4+40*log(6)+40L_sp=72.4+40*log(6)log(6)≈0.7781L_sp≈72.4+40*0.7781L_sp≈