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微波通信原理浅析

微波常指频率在1000兆赫(MHz)以上(波长在30厘米以下)的电磁波,利用微波传播进行的通信称为微波通信。由于微波的频率极高,波长又很短,共在空中的传播特性与光波相近,也就是直线前进,遇到阻挡就被反射或被阻断,因此微波通信的主要方式是视距通信,超过视距以后需要中继转发。
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  微波通信的原理是:

  一般说来,由于地球曲面的影响以及空间传输的损耗,每隔50公里左右,就需要设置中继站,将电波放大转发而延伸。这种通信方式,也称为微波中继通信或称微波接力通信长距离微波通信干线可以经过几十次中继而传至数千公里仍可保持很高的通信质量。

微波通信 原理图

  微波站的设备包括天线、收发信机、调制器、多路复用设备以及电源设备、自动控制设备等。为了把电波聚集起来成为波束,送至远方,一般都采用抛物面天线,其聚焦作用可大大增加传送距离。多个收发信机可以共同使用一个天线而互不干扰,我国现用微波系统在同一频段同一方向可以有六收六发同时工作,也可有八收八发同时工作以增加微波电路的总体容量。多路复用设备有模拟和数字之分。模拟微波系统每个收发信机可以工作于60路、960路、1800路或2700路通信,可用于不同容量等级的微波电路。数字微波系统应用数字复用设备以30路电话按时分复用原理组成一次群,进而可组成二次群120路、三次群480路、四次群1920路,并经过数字调制器调制于发射机上,在接收端经数字解调器还原成多路电话。最新的微波通信设备,其数字系列标准与光纤通信的同步数字系列(SDH)完全一致,称为SDH微波。这种新的微波设备在一条电路上八个束波可以同时传送三万多路数字电话电路(2.4Gbit/s)。 

  微波的传播特性类似于光的传播,一般沿直线传播,绕射能力很弱,一般进行视距内的通信,对于长距离通信可采用接力的方式,为微波接力通信,或称微波中继通信也可利用对流层传播进行通信,称为对流层散射通信;或利用人造卫星进行转发,即卫星通信。

  微波通信的特点是:

  1、通信频段的频带宽,传输信息容量大

  微波频段占用的频带约 300GHz,而全部长波、中波和短波频段占有的频带总和不足 30MHz。一套微波中继通信设备可以容纳几千甚至上万条话路同时工作,或传输电视图像信号等宽频带信号。

  2、通信稳定、可靠

  当通信频率高于100MHz 时,工业干扰、天电干扰及太阳黑子的活动对其影响小。由于微波频段频率高,这些干扰对微波通信的影响极小。数字微波通信中继站能对数字信号进行再生,使数字微波通信线路噪声不逐站积累,增加了抗于扰性。因此,微波通信较稳定和可靠。

  3、接力

  在进行地面上的远跟离通信时,针对微波视距传播特性和传输损耗随题离增加的特性,必须采用接力的方式,发端信号经若干中间站多次转发,才能到达收端。

  4、通信灵活性较大

  微波中继通信采用中继方式,可以实现地面上的远距离通信,并且可以跨越沼泽、江河、高山等特殊地理环境。在遭遇地震、洪水、战争等灾祸时,通信的建立及转移都较容易,这些方面比有线通信具有更大的灵活性。

  5、天线增益高、方向性强

  当天线面积给定时,天线增益与工作波长的平方成反比。由于微波通信的卜作波长短,天线尺寸可做得很小,通常做成增益高,方向性强的面式天线。这样可以降低微波发信机的输出功率,利用微波天线强的方向性使微波电磁波传播特方向对准下一接收站,减少通信中的相互于扰。

  6、投资少、建设快

  与其他有线通信相比,在通信容量和质量基本相同的条件下,按话路公里计算,微波中继通信线路的建设费用低,建设周期短。

  7、数字化

  对于数字微波通信系统来说,是利用微波信道传输数字信号,因为基带信号为数字信号,所以称为数字微波通信系统。

       微波通信的应用是:

       微波通信由于其频带宽、容量大、可以用于各种电信业务传送,如电话、电报、数据、传真以及采色电视等均可通过微波电路传输。微波通信具有良好的抗灾性能,对水灾、风灾以及地震等自然灾害,微波通信一般都不受影响。但微波经空中传送,易受干扰,在同一微波电路上不能使用相同频率于同一方向,因此微波电路必须在无线电管理部门的严格管理之下进行建设。此外由于微波直线传播的特性,在电波波束方向上,不能有高楼阻挡,因此城市规划部门要考虑城市空间微波通道的规划,使之不受高楼的阻隔而影响通信。

        近年来我国开发成功点对多点微波通信系统,其中心站采用全向天线向四周发射,在周围50公里以内,可以有多个点放置用户站,从用户站再分出多路电话分别接至各用户使用。其总体容量有100线、500线和1000线等不同的容量的设备,每个用户站可以分配十几或数十个电话用户,在必要时还可通过中继站延伸至数百公里外的用户使用。这种点对多点微波通信系统对于城市郊区、县城至农村村镇或沿海岛屿的用户、对分散的居民点也十分合用,较为经济。
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