微波信号的频率范围
LF MF HF VHF UHF SHF EHF 红外 可见 线光
Microwave
10Km 1Km 100m 10m 1m 10cm 1cm 1mm f 30KHz 300KHz 3MHz 30MHz 300MHz 3GHz 30GHz 300GHz
工业和天电干扰，太阳黑子对微波通信影响较小
微波通信原理
第一章 微波通信的基本介绍 第二章 微波通信的基本原理 第三章 微波调制方式 第四章 微波频率规划 第五章 微波中继站
微波通信的基本原理
• 几个基本概念 • 自由空间的电波传播 • 各种衰落及抗衰落技术 • 微波通信对设计的要求 • 干扰信号
几个基本概念
• 电波的干涉及极化 • 矩形波导的场结构 • 惠更斯—费涅耳原理 • 费涅耳椭球面 • 费涅耳区定义 • 费涅耳半径
D 或 f 增加一倍，损耗将增加6 dB
自由空间的电波传播
自由空间传输损耗(Free Space Basic Transmission Loss )
GTX
Power Level
PTX P
G
A0
接收门限(Receiver Threshold)
GRX
P = 发射功率(TX Power)
G = 天线增益(Antenna Gain)
Line of sight
1st zone
+
2nd -zone
The signal power is distributed in the space surrounding the direct line of sight
几个基本概念
费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition)
自由空间的电波传播
自由空间传输损耗(Free Space Basic Transmission Loss )
d
f
Free Space Loss A = 92.4 + 20 log d + 20 log f
0
Where d = distance in km f = frequency in GHz
(refer to isotropic antennas)
几个基本概念
费涅耳椭球面
➢ 假定有一个微波中继段发信点为T，收信点为R，站间距为d， 平面上一个动点P到两个定点（T、R）的距离若为一个常数， 则此点的轨迹为一个椭圆。在空间此动点的轨迹是一个旋转 椭球面。
➢ 对于电波传播，这个常数当为d+λ/2时，得到的椭球面称为 第一费涅耳椭球面；常数为d+2λ/2时，得到的椭球面称为 第二费涅耳椭球面...... 常数为d+Nλ/2时，得到的椭球面 称为第N费涅耳椭球面.
A0 = 自由空间损耗(Free Space Loss) M = 衰落储备(Fading Margin)
PRX G
M
Distance
微波通信的基本原理
• 几个基本概念 • 自由空间的电波传播 • 各种衰落及抗衰落技术 • 微波通信对设计的要求 • 干扰信号
各种衰落及抗衰落技术
• 衰落 • 大气吸收衰减 • 雨雾衰减 • 对流层对微波传播的影响 • 地面反射对微波传播的影响 • 数字微波的抗衰落技术
自由空间的电波传播
自由空间损耗的定义
自由空间损耗 Free space loss:
➢在自由空间传播的电磁波不产生反射、折射、吸收和散射等现象， 即总能量未被损耗。 ➢但电波在自由空间传播时，会因能量向空间扩散而衰耗，这如空中 一只孤独的灯泡所发出的光，均匀地向四周扩散。 ➢显然距离光源越远的地方，单位面积上的能量就越少。这种电波的 扩散衰耗就称为自由空间损耗。
微波通信原理
工程规划设计部
微波通信原理
第一章 微波通信的基本介绍 第二章 微波通信的基本原理 第三章 微波调制方式 第四章 微波频率规划 第五章 微波中继站
微波通信的基本介绍 现代通信的主要手段
Coaxial cable Radio link
MUX
MUX
Satellite
Fibre-optics cable
几个基本概念
惠更斯—费涅耳原理
互易定理的概念:
指出，在线性和各向同性的媒质中，任何无线电路上，当发射天 线互换时，不会影响电路的传输特性，或者发射机移到接收点， 而接收机同时移到发射点时，则接收性能，不变。 根据这个原理，对流层是电波的主要传输媒质空间，它就是具有 线性和各向同性的媒质，因此在其中就可以减化工程计算。
几个基本概念 费涅耳半径(The Fresnel Radius)
T
F1
R
d1
P
d
图1
d2 第一费涅耳区半径
F1=（λd1d2/d）1/2 F2=（2λd1d2/d）1/2
= (2)1/2 F1 ...... Fn=（nλd1d2/d）1/2
= (n)1/2 F1
几个基本概念
费涅耳半径(The Fresnel Radius)
微波Microwave:
微波是一种电磁波，微波射频为300MHz～300GHz，是全部电磁波频谱的一个 有限频段。 微波一般称为厘米波。 根据微波传播的特点，可视其为平面波。 平面波沿传播方向是没有电场和磁场纵向分量的，所以称为横电磁波，记为 TEM波。有时我们把这种电磁波简称为电波。
微波通信的基本介绍
The Second Fresnel Zone
2nd zone 1st zone
Direct signal
Reflected signal
180
Total received signal
180
几个基本概念
费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition)
The Third Fresnel Zone
Line of sight
1st zone +
2nd -zone 3rd zone
+
The signal power is distributed in the space surrounding the direct line of sight
几个基本概念
费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition) 非涅耳区的能量分布:
各种衰落及抗衰落技术
衰落
衰落的定义:
➢ 微波传播必须采用直射波，接收点的场强是直射空间波与地面反射波 的迭加。
➢ 传播介质是地面上的低空大气层和路由上的地面、地物。 ➢ 当时间（季节、昼夜等）和气象（雨、雾、雪待）条件发生变化时，
大气的温度、温率、压力和地面反射点的位置、反射系数等也将发生 变化。 ➢ 这必然引起接收点场强的高低起伏变化。 ➢ 这种现象，叫做电波传播的衰落现象。 ➢ 显然，衰落现象具有很大的随机性。 ➢ 衰落的大小仍由衰落因子VdB来表征，衰落的原因主要归结为大气和 地面效应。
自由空间的电波传播
• 自由空间的定义 • 自由空间损耗的定义 • 自由空间损耗的计算
自由空间的电波传播
自由空间的定义
自由空间 Free Space:
又称为理想介质空间，它相当于真空状态的理想空间。 在这个空间中充满均匀的、理想的介质，它的导电率σ=0，介电常数 ε=ε0=10-9/36π F/m(法拉/米)，导磁系数μ=μ0=4π×10-7 H/m （亨/米）。
➢ 这些圆和环我们可以把它们近似地看成，都为在垂直于地面且垂直与T与R间射线的 平面区域图形。
Line of sight
1st zone
The signal power is distributed in the space surrounding the direct line of sight
The First Fresnel Zone
的场强增强,偶数区产生的场强是使接收点的场强减弱。
几个基本概念
费涅耳半径
费涅耳半径 The Fresnel Radius:
我们把费涅区上的任意一点到R-T连线的距离称为费涅耳区半径， 用F 表示。 当这一点为第一费涅耳区上的点时，此半径称为第一费涅耳区半 径。 第二...第N 个费涅耳区半径表达式：Fn= (n)1/2 x F1 上式中：F1为第一费涅耳半径。
Radio beam One multiplex per radio channel Applications: Civiliars and military telecommunication networks
微波通信的基本介绍
微波通信
✓通常把频率300MHz－300GHz的射频无线信号称为微波信号 ✓利用微波作为载体的通信称为微波通信 ✓基带传输信号为数字信号的微波通信是数字微波通信 ✓一般基带信号处理在中频完成，再通过频率变换到微波频段 ✓也可以在微波频段直接调制，但调制限于PSK ✓微波通信的理论基础是电磁场理论
费涅耳区定义(The Fresnel Zone Definition)
费涅耳区 The Fresnel Zone:
➢ 如果前述定义的一系列费涅耳椭球面，与我们从T或R点出发认定的某一波前面相交 割，在交割的界面上我们就可以得到一系列的圆和环，中心是一个圆，称为第一费 涅耳区。
➢ 其外的圆环（外圆减内圆得到的圆环）称为第二个费涅耳区，再往外的圆环称为第 三费涅耳区、第四费涅耳区...... 第N费涅耳区。
经有关研究知道：在电波的传播空间中，在接收点的合成 场强，当费涅耳区号趋近于无限多时，就接近于自由空间 场强；
由第一非涅耳区在接收点的场强,接近于全部有贡献的非涅 区在接收点的自由空间场强的2倍;
相邻费涅耳区在收信点处产生的场强的相位相反； 若以第一费涅耳区为参考,则奇数区产生的场强是使接收点
几个基本概念 费涅耳椭球面