微波传输1.ppt

1、第第1章章 微波与卫星通信概述微波与卫星通信概述 微波与卫星通信的工作频率都属微波与卫星通信的工作频率都属于微波频率，所以它们既有共同的特于微波频率，所以它们既有共同的特点，又各自具有本身的特点，且组成点，又各自具有本身的特点，且组成单独的通信系统。单独的通信系统。1.1 微波与卫星通信的基本概念与特点微波与卫星通信的基本概念与特点1.2 微波通信系统的组成微波通信系统的组成1.3 卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成1.4 微波与卫星通信的天线馈线系统微波与卫星通信的天线馈线系统1.1 微波与卫星通信的基本微波与卫星通信的基本概念与特点概念与特点1.微波与卫星通信微波与卫星通信 微波是指频率

2、为微波是指频率为300300MHzMHz至至300300GHzGHz的电磁波。的电磁波。微波通信是指用微波频率作载波携带信息，微波通信是指用微波频率作载波携带信息，通过无线电波空间进行中继（接力）通信的方式。通过无线电波空间进行中继（接力）通信的方式。卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站，卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站，转发或反射无线电波，在两个或多个地球站之间转发或反射无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。进行的通信。卫星通信又是宇宙无线电通信形式之卫星通信又是宇宙无线电通信形式之一，而宇宙通信是指以宇宙飞行体为对象一，而宇宙通信是指以宇宙飞行体为对象的无线电通信，它有三种形

3、式：的无线电通信，它有三种形式：（1 1）宇宙站与地球站之间的通信；）宇宙站与地球站之间的通信；（2 2）宇宙站之间的通信；）宇宙站之间的通信；（3 3）通过宇宙站转发或反射而进行）通过宇宙站转发或反射而进行的地球站间的通信。的地球站间的通信。2.微波通信的特点微波通信的特点 用于传输频分多路用于传输频分多路-调频制（调频制（FDM-FM）基带信号的系统叫作模拟制微波通信基带信号的系统叫作模拟制微波通信系统；用于传输数字基带信号的系统叫作系统；用于传输数字基带信号的系统叫作数字微波通信系统。数字微波通信系统。“微波、多路、接力微波、多路、接力”。“微波微波”是指微波工作频段宽，它包是指微波工作

4、频段宽，它包括了分米波、厘米波和毫米波三个频段。括了分米波、厘米波和毫米波三个频段。“多路多路”是指微波通信的通信容量大，是指微波通信的通信容量大，即微波通信设备的通频带可以做得很宽。即微波通信设备的通频带可以做得很宽。“接力接力”是目前广泛使用于视距微波是目前广泛使用于视距微波的通信方式。的通信方式。数数字字微微波波除除了了具具有有上上面面所所说说的的微微波波通通信信的的普普遍特点外，还具有数字通信的特点：遍特点外，还具有数字通信的特点：（1 1）抗干扰性强、整个线路噪声不累积；）抗干扰性强、整个线路噪声不累积；（2 2）保密性强，便于加密；）保密性强，便于加密；（3 3）器器件件便便于于固

5、固态态化化和和集集成成化化，设设备备体体积积小、耗电少；小、耗电少；（4 4）便便于于组组成成综综合合业业务务数数字字网网（ISDNISDN）。3.3.卫星通信的特点卫星通信的特点（1 1）静止卫星通信的优点）静止卫星通信的优点 通信距离远，且费用与通信距离无关通信距离远，且费用与通信距离无关通信距离远，且费用与通信距离无关通信距离远，且费用与通信距离无关 覆盖面积大，可进行多址通信覆盖面积大，可进行多址通信覆盖面积大，可进行多址通信覆盖面积大，可进行多址通信 通信频带宽，传输容量大通信频带宽，传输容量大通信频带宽，传输容量大通信频带宽，传输容量大 信号传输质量高，通信线路稳定可靠信号传输质量

6、高，通信线路稳定可靠信号传输质量高，通信线路稳定可靠信号传输质量高，通信线路稳定可靠 建立通信电路灵活、机动性好建立通信电路灵活、机动性好建立通信电路灵活、机动性好建立通信电路灵活、机动性好（2 2）静止卫星通信的缺点）静止卫星通信的缺点静止卫星的发射与控制技术比较复杂。静止卫星的发射与控制技术比较复杂。静止卫星的发射与控制技术比较复杂。静止卫星的发射与控制技术比较复杂。地地地地球球球球的的的的两两两两极极极极地地地地区区区区为为为为通通通通信信信信盲盲盲盲区区区区，而而而而且且且且地地地地球的高纬度地区通信效果不好。球的高纬度地区通信效果不好。球的高纬度地区通信效果不好。球的高纬度地区通信效

7、果不好。存在星蚀和日凌中断现象。存在星蚀和日凌中断现象。存在星蚀和日凌中断现象。存在星蚀和日凌中断现象。有有有有较较较较大大大大的的的的信信信信号号号号传传传传输输输输时时时时延延延延和和和和回回回回波波波波干干干干扰扰扰扰。1.2 微波通信系统的组成微波通信系统的组成1.2.1系统组成系统组成一一条条微微波波中中继继信信道道是是由由终终端端站站、中中间间站站和和再再生生中中继继站站、终终点点站站及及电电波波空空间间组组成成，如如图图1-1（a）所示。所示。终端站的任务是将复用设备送来的基带信号终端站的任务是将复用设备送来的基带信号或由电视台送来的视频及伴音信号，调制到微波或由电视台送来的视频

8、及伴音信号，调制到微波频率上并发射出去；或者反之，将收到的微波信频率上并发射出去；或者反之，将收到的微波信号解调出基带信号送往复用设备，或将解调出的号解调出基带信号送往复用设备，或将解调出的视频信号及伴音信号送往电视台。线路中间的中视频信号及伴音信号送往电视台。线路中间的中继站的任务是完成微波信号的转发和分路，所以继站的任务是完成微波信号的转发和分路，所以中继站又分为中间站（不能上、下话路）、分路中继站又分为中间站（不能上、下话路）、分路站和枢纽站（能上、下话路），如图站和枢纽站（能上、下话路），如图1-1（b）所所示。示。图1-1 微波通信的信道构成1.2.2微波收发信设备的组成微波收发信设

9、备的组成1.发信设备的组成发信设备的组成 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（发信机。中小容量的数字微波（480路以下）设路以下）设备可用前一种方案。备可用前一种方案。下面以一种典型的变频式发信机为例加以说下面以一种典型的变频式发信机为例加以说明，如图明，如图1-2所示。所示。图1-2 变频式发信机方框图2.发信设备的主要性能指标发信设备的主要性能指标（1）工作频段）工作频段 从无线电频谱的划分来看，我们把频率为从无线电频谱的划分来看，我们把频

10、率为0.3300GHz的射频称为微波频率。的射频称为微波频率。（2）输出功率）输出功率 输出功率是指发信机输出端口处功率的大小。输出功率是指发信机输出端口处功率的大小。（3）频率稳定度）频率稳定度 发信机的每个工作波道都有一个标称的射频发信机的每个工作波道都有一个标称的射频中心工作频率，用中心工作频率，用f0表示。表示。3.收信设备的组成收信设备的组成 数字微波的收信设备和解调设备组成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。射频和中频两个部分。图图1-3所示的是一个有空间分集接收的所示的是一个有空间分集接收的收

11、信设备组成方框图。收信设备组成方框图。图1-3 外差式收信机方框图4.收信设备的主要性能指标收信设备的主要性能指标（1）工作频段）工作频段 收信机是与发信机配合工作的。收信机是与发信机配合工作的。（2）收信本振的频率稳定度）收信本振的频率稳定度 接收的微波射频的频率稳定度是由发信机决接收的微波射频的频率稳定度是由发信机决定的。定的。（3）噪声系数）噪声系数 数字微波收信机的噪声系数一般为数字微波收信机的噪声系数一般为2.57dB，比模拟微波收信机的噪声系数小比模拟微波收信机的噪声系数小5dB左右。左右。（4）通频带）通频带 收信机接收的已调波是一个频带信号，即已收信机接收的已调波是一个频带信号

12、，即已调波频谱（的主要成分）要占有一定的带宽。调波频谱（的主要成分）要占有一定的带宽。（5）选择性）选择性 对某个波道的收信机而言，要求它只接收本对某个波道的收信机而言，要求它只接收本波道的信号，对邻近波道干扰、镜像频率干扰及波道的信号，对邻近波道干扰、镜像频率干扰及本波道的收、发干扰等要有足够的抑制能力，这本波道的收、发干扰等要有足够的抑制能力，这就是收信机的选择性。就是收信机的选择性。（6）收信机的最大增益）收信机的最大增益 天线收到的微波信号经馈线和分路系统到达天线收到的微波信号经馈线和分路系统到达收信机。由于受衰落的影响，收信机的输入电平收信机。由于受衰落的影响，收信机的输入电平在随时

13、变动。在随时变动。（7）自动增益控制范围）自动增益控制范围 以自由空间传播条件下的收信电平为基准，以自由空间传播条件下的收信电平为基准，当收信电平高于基准电平时，称为上衰落；低于当收信电平高于基准电平时，称为上衰落；低于基准电平时，称为下衰落。基准电平时，称为下衰落。1.3 卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成1.3.1 系统组成系统组成1.静止卫星通信系统静止卫星通信系统 卫星通信的工作频段与微波通信相同。卫星通信的工作频段与微波通信相同。图图1-4所示的是卫星通信的示意图。所示的是卫星通信的示意图。图1-4 卫星通信示意图 静止卫星是指卫星的运行轨道在赤道静止卫星是指卫星的运行轨道在赤道平

14、面内。轨道离地面高度约为平面内。轨道离地面高度约为35800km（为简单起见，经常称为简单起见，经常称36000km）。）。图图1-5所示为静止卫星配置的几何关系所示为静止卫星配置的几何关系示意图示意图。图1-5 静止卫星的配置目前国际卫星通信组织负责建立的国目前国际卫星通信组织负责建立的国际卫星通信系统（际卫星通信系统（INTELSAT），），简称简称IS，就是利用静止卫星来实现全球通信的。就是利用静止卫星来实现全球通信的。三颗同步卫星分别位于太平洋、印度洋和三颗同步卫星分别位于太平洋、印度洋和大西洋上空，它们构成的全球通信网承担大西洋上空，它们构成的全球通信网承担着大约着大约80%的国际通

15、信业务和全部国际电的国际通信业务和全部国际电视转播业务，如图视转播业务，如图1-6所示所示。图1-6 卫星通信示意图2.卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成（1）卫星通信系统的组成）卫星通信系统的组成 通常卫星通信系统是由地球站、通信通常卫星通信系统是由地球站、通信卫星、跟踪遥测及指令系统和监控管理系卫星、跟踪遥测及指令系统和监控管理系统统4大部分组成的，如图大部分组成的，如图1-7所示。所示。图1-7 卫星通信系统的组成（2）卫星通信线路的组成）卫星通信线路的组成 两个地球站通过通信卫星进行通信的两个地球站通过通信卫星进行通信的卫星通信线路的组成如图卫星通信线路的组成如图1-8所示，是由发所

16、示，是由发端地球站，上、下行无线传输路径和收端端地球站，上、下行无线传输路径和收端地球站组成的。地球站组成的。图1-8 卫星通信线路的组成1.3.2 地球站的组成及其工作原理地球站的组成及其工作原理1.对地球站的技术要求对地球站的技术要求 一般来说，对地球站应有以下几方面的要求。一般来说，对地球站应有以下几方面的要求。发送的信号应是宽频带、稳定、大功率发送的信号应是宽频带、稳定、大功率的信号，能接收由卫星转发器转发来的微弱信号。的信号，能接收由卫星转发器转发来的微弱信号。可以传输多路电话、电报、传真，以及可以传输多路电话、电报、传真，以及高速数据、电视等多种业务的信号。高速数据、电视等多种业务的信号。性能稳定、可靠，维护、使用方便。性能稳定、可靠，维护、使用方便。建设成本和维护费用不应太高。建设成本和维护费用不应太高。（1）地球站的性能指标）地球站的性能指标品质因品质因数（数（G/T）G/T是地球站接收天线的增益是地球站接收天线的增益G与地球站接与地球站接收系统的等效噪声温度收系统的等效噪声温度T的比值，它表征了地球的比值，它表征了地球站对微弱信号的接收能力，称为地球站的品质因站对微弱