一级建造师《通信与广电》课程辅导-精讲讲义(十)

IL411032微波信号的衰落及克服方法

一、电磁波衰落的分类

大气中的气流、雨雾等现象及地面对反射波传播的影响,使收信电 平起伏变化,叫做电波的衰落现象。视距传播衰落原因主要由大气与地 面效应引起的,衰落的物理原因有以下类别:

(一) 大气吸收衰落

一般情况下,水蒸汽最大吸收峰值在波长13mm处,氧分子的最大吸收峰值在波长5mm处。对于频率较低的电磁波微波站距离在50km以上, 大气衰落可以忽略不计。

(二) 雨雾引起的散射衰落

空中的小雨滴会使电磁波产生散射,从而造成电磁波能量的损失, 产生散射衰落。衰落与频率和雨量有关。频率越高、降雨量越大,衰落就越大。lOGHz以上频段,影响较大。

(三) 闪烁衰落

在温带地区,把K=4/3时的折射效应称为标准折射。一个实际地闪烁衰落产生原因是由于大气中局部的不均匀体存在,对电磁波的照射产生散射作用,在接收端因相位干涉而形成块衰落。

特点是持续时间短,电平变化小,一般不足以造成通信中断。

(四)K型衰落(也称多途经衰落)(地面效应)

这是由于直射波与地面反射波的相位干涉绪果所产生衰落,这种相位干涉与行程有关。而在大气层中,行程差又随大气折射率的K因子而 变化,因此称之为K型衰落,这种衰落当微波线路经过水面或平滑地面时显得特别严重,甚至会造成通信中断。

为了使接收电平稳定,反射点应尽量避开光滑地面和水面,两站之间的地形最好选择在森林、山区或起伏不平的丘陵地段。

在这里我们引入“K”的概念,K为等效地球半径系数。

式中:Rt为地球等效半径,R为地球半径(6370km)。

表示折射随高度变化的折射率,受大气温度、湿度、气压等条件所决定。

K为等效地球半径系数,是反映气象条件对电波传播影响的重要参数段的K值可以在较大范围内变动,因而,影响了视距传播特性。当K<1 时(如K=2/3时)使电波传播的轨迹和地面之间的间隙減小,电波射线就可能被中途的障阻物阻挡而造成短期严重衰落。造成通信中断。

K型衰落产生的原因由直射波与地面反射波的相位干涉結果产生。此相位干涉与行程差有关,在大气层中,行程差随大气折射率的K因子而变化。

其特点是当微波线路经过水面或平滑地面时显得特别严重,甚至造成通信中断。

(五)波导型衰落(大气效应)

由于气象条件的影响,大气中的水蒸汽,气温的变化,气压的变化,空气湿度的影响,使得大气折射率不同,这样,使实际的电波传播不是直线进行,而是按曲线进行。这种现象称之为大气波导。如果微波射 线通过大气波导,而收发信息在波导层外,则接收点的场强除了直射波 和地面反射波外,还有波导层边界的反射波,形成严重的干涉型衰落。 这种衰落发生时,通信会造成中断。

二、 电磁波衰落对微波传输的影响

1、平衰落:各频率衰落深度相同。发生平衰落时,若收信信号低于 门限值时,会造成信号恶化或中断。

2、频率选择性衰落:各频率衰落深度不相同。产生这种衰落时,接 收信号不一定低,但其中一些频率分量幅度过小,使信号波形失真。反 射波效应会引起频率选择性衰落,对于小容量的数字微波系统,因带宽 很窄,频率选择性衰落在带内引起的失真可以忽略。对于大容量的数字 微波对这种衰落反映敏感,由于波形失真形成码间串扰,使误码率增加 ,严重时导致电路中断。

三、 克服衰落的一般方法

1、利用地形地物削弱反射波的影响。可以选择适当的地形或其他附 加物来阻挡反射波进入接收端,从而减小反射波的影响。

2、将反射点设在反射系数较小的地面。适当选取天线的高度,常常可以将反射点移动到反射系数较小的区域。例如将反射点从水面移到丘陵地带,以减少反射系数,从而减少进入接收端的反射波。

3、利用天线的方向性。调整其天线角度,减少反射波进入接收端, 用损失部分接收电平的代价来减少衰落及反射的影响。

4、应用无源反射板克服绕射衰落。当路由中存在较高障碍物时,为了克服在大气折射时产生绕射衰落,可以改变天线方向,应用无源反射板或背对背天线使电波线绕过障碍物。

5、分集接收。分集技术是抗多经衰落的有效措施之一。就是采用不 同的接收方法接收同一信号。以便在接收端使衰落影响减小。分集接收有二种方向,即频率分集和空间分集。空间分集接收是利用在不同高度 处的两副或多副天线,接收同一频率的信号以达到克服多组衰落的目的 。由于天线高度不同,接收反射波行程差不同,当一副天线发生衰落时 ,另一副天线不一定同时发生衰落。

频率分集是把同一数字信息送至两部发信机,这两部发信机的射频 频率不同,具有较大的间隔,在接收端同时接收这两个频率信号,然后合成输出信号,由于工作频率不同,使各无线电波之间的相关性很小,其衰落的概率也不同,因而能获得较好的系统性能。这种系统的发信和 收信都用一副天馈线系统。但需要两套发、收信机。增加了一倍设备, 多占用一倍频带。

分集接收不能解决所有的衰落,如对雨雾吸收性衰落等只能增加 发射功率,缩短站距,适当改变天线设计才能克服。


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