[科普中國]-微波接力通信

微波接力通信是指利用300MHz以上頻段的電磁波，在對流層的視距范圍內(nèi)的傳播，進(jìn)行無線電通信的一種方式。

定義通常使用分米波段和厘米波段。這種通信方式受地形和天線高度的限制，兩站之間的通信距離僅為50公里左右。因此利用這種通信方式進(jìn)行長距離通信，必須建立一系列將接收到的信號加以變頻和放大的中繼站，接力式地傳輸?shù)浇K端站。

發(fā)展簡況20世紀(jì)50年代出現(xiàn)使用1GHz以下頻段的小容量微波接力通信系統(tǒng)。稍后，發(fā)展了2GHz和4GHz頻段，每波道可傳輸300～960個話路或一路電視(加伴音)的通信系統(tǒng)。60～70年代，采用長壽命行波管和微波集成電路等新器件，發(fā)展了4～6GHz波段,每波道可以傳輸2700個話路或一路彩色電視加四路伴音的大容量微波通信系統(tǒng)。70年代以來，隨著通信網(wǎng)的逐步數(shù)字化，數(shù)字微波接力通信系統(tǒng)也開始迅速發(fā)展，并獲得日益廣泛的應(yīng)用。

中國自1958年開始研制2GHz頻段，每波道60話路的微波接力通信設(shè)備。其后，又研制4GHz頻段,每波道600話路和960話路的微波接力通信設(shè)備。70年代初,建成以北京為中心，連接27個省會城市的微波干線。目前，大容量模擬微波接力通信已成為中國長途電信網(wǎng)的重要組成部分，中小容量的數(shù)字微波系統(tǒng)也在油田、礦山、電力干線上廣泛應(yīng)用。

構(gòu)成一條微波通信干線包括終端站和若干個中繼站。終端站的設(shè)備有天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和載波終端設(shè)備，中繼站一般只有天線、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。

天線都采用定向天線，增益約為40分貝。目前用得最多的有喇叭拋物面天線和卡塞格林雙反射面天線，用高頻同軸電纜或波導(dǎo)管與發(fā)射機(jī)或接收機(jī)相連。在一個微波站內(nèi)，同一傳輸方向的收發(fā)，可以單獨(dú)裝設(shè)發(fā)射天線和接收天線，也可以共用一副天線。微波傳輸一般采用線極化（水平極化、垂直極化）波，因而相鄰波道或收發(fā)之間可采用不同的極化波。收發(fā)頻率和極化的合理配置，良好的天饋線系統(tǒng)極化去耦防衛(wèi)度，應(yīng)保證波道間和收發(fā)信系統(tǒng)間不因干擾而影響通信質(zhì)量。

發(fā)射機(jī)由調(diào)制器、發(fā)信本地振蕩源、發(fā)信混頻器和微波功率放大器等主要部件組成。調(diào)制器在模擬微波通信系統(tǒng)中多為調(diào)頻制，即用載波電話機(jī)輸出的模擬群頻信號控制器中副載頻的頻率，以形成調(diào)頻信號；在數(shù)字微波通信系統(tǒng)中則用調(diào)相制或正交調(diào)幅制，即用脈碼調(diào)制設(shè)備輸出的，由數(shù)字化話音信號組成的高次群數(shù)字信號控制調(diào)制器中副載頻的相位，以形成調(diào)相或正交調(diào)幅信號。發(fā)信本地振蕩源，一般采用晶振倍頻方式或直接微波空腔振蕩方式產(chǎn)生的高穩(wěn)定度單一微波。發(fā)信混頻器則將調(diào)制器輸出的調(diào)制信號與發(fā)信本振頻率進(jìn)行混頻，使調(diào)制信號由中頻搬移到所需的微波頻段，再經(jīng)功率放大器放大到發(fā)射機(jī)額定的輸出功率。

接收機(jī)由本地振蕩源、收信混頻器、中頻放大器和解調(diào)器組成。收信本地振蕩源的工作原理和采用的技術(shù)同發(fā)信本地振蕩源類似。收信混頻器將接收到的微波信號和收信本地振蕩信號差相轉(zhuǎn)為中頻，再經(jīng)中頻放大器放大，然后送至解調(diào)器。解調(diào)器的功能和發(fā)射機(jī)的調(diào)制器相反，即把調(diào)制信號還原為原來的模擬群頻信號或數(shù)字脈碼調(diào)制高次群信號，然后再經(jīng)這些基帶信號的相應(yīng)復(fù)用設(shè)備還原為話音信號。

電視節(jié)目的傳送，在模擬微波通信系統(tǒng)中直接將視頻信號送入調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制;在數(shù)字微波通信系統(tǒng)中,則首先要經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，將視頻信號碼化，然后再送入調(diào)制器。其他非電話業(yè)務(wù)（如傳真、電報、數(shù)據(jù)等）都在話路中傳輸，分別經(jīng)相應(yīng)的調(diào)制解調(diào)器或復(fù)用設(shè)備并入話器。

微波接力通信系統(tǒng)的中繼方式有兩類。第一類，是將中繼站收到的前一站信號，經(jīng)解調(diào)后,再進(jìn)行調(diào)制,然后放大，轉(zhuǎn)發(fā)至下一站。第二類是將中繼站收到的前一站信號，不經(jīng)解調(diào)、調(diào)制，直接進(jìn)行變頻，變換為另一微波頻段，再經(jīng)放大發(fā)射至下一站。

特點(diǎn)微波接力通信的通信容量大,建設(shè)費(fèi)用低,不受地形限制，抗災(zāi)害性強(qiáng)，能滿足各種電信業(yè)務(wù)（電話、廣播、傳真、電視、電報、數(shù)據(jù)）的傳輸質(zhì)量要求。是通信網(wǎng)的重要組成部分。

設(shè)備天饋線系統(tǒng)主要是指天線和饋線系統(tǒng)，屬于微波接力通信設(shè)備基本組成部分，因此，加強(qiáng)天饋線系統(tǒng)日常維護(hù)顯得至關(guān)重要。本文首先對天饋線系統(tǒng)的基本原理進(jìn)行分析，其次闡述其維護(hù)措施，意在促進(jìn)天饋線系統(tǒng)正常運(yùn)行。

原理中波傳播

廣播主要是以三種形勢存在，即短波、長波和中波，其中的中波傳輸作為核心部分，不僅可以根據(jù)地球表面實現(xiàn)繞射傳播，而且還能利用電離層實現(xiàn)反射傳播，是目前廣播重要形勢之一。通常情況下，中波廣播的實際波長為 569.8 ～ 186.7 m，而工作頻則為 536.5 ～ 1606.5 kHz，此頻段無線電波的跳動，主要依據(jù)地波得以完成傳播，根據(jù)中波廣播運(yùn)行原理發(fā)現(xiàn)，其具有信號穩(wěn)定和抗干擾等特點(diǎn)，具有較為廣泛的區(qū)域面。

天饋線系統(tǒng)

中波天饋線系統(tǒng)具有獨(dú)特的工作基本原理，其中波臺利用天調(diào)網(wǎng)絡(luò)和經(jīng)饋線等組合而成，使其形成完整的工作系統(tǒng)，基本組成主要包括四部分。第一，饋線，多數(shù)用于天線、發(fā)射機(jī)的連接工作，屬于重要設(shè)施之一，其作用為對高頻能量進(jìn)行有效傳輸，其中元件運(yùn)行頻率、特性阻抗為重要參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。換而言之，在標(biāo)準(zhǔn)頻率內(nèi)，饋線的電壓、電流比值均為常數(shù)，即特性抗阻，若是根據(jù)該特征進(jìn)行劃分，可以將其分為 50 Ω 與 75 Ω，150 Ω 及 250 Ω，最為常見的饋線為 75 Ω。第二，天線，以調(diào)波能力的形式實現(xiàn)發(fā)射高頻向電磁波的轉(zhuǎn)換，以電波高效低頻的方式對其進(jìn)行空中傳播，即天線。第三，匹配網(wǎng)絡(luò)，旨在確保饋線系統(tǒng)、天線阻抗間構(gòu)成匹配效應(yīng)，從而達(dá)到良好輸出的目的。

系統(tǒng)維護(hù)防雷措施

由于中波發(fā)射天線相對較高，并明顯超出周邊建筑物，若是缺少有效的維護(hù)措施，則發(fā)射天線極易遭受雷擊。通常情況，在鐵塔下方區(qū)域的絕緣子屬于雷擊首要目標(biāo)，使其發(fā)生過壓拉弧等一系列問題，最終導(dǎo)致絕緣子破損。由此得出，雷電在饋線、匹配網(wǎng)絡(luò)中造成的不利影響較大，需要工作人員加強(qiáng)防雷，以保證該系統(tǒng)安全運(yùn)行。

地網(wǎng)維護(hù)

因為地網(wǎng)直接關(guān)系到廣播的播出質(zhì)量和安全性，為了認(rèn)真做好相關(guān)維護(hù)工作，則應(yīng)對安裝工程進(jìn)行全面記錄，并及時掌握地網(wǎng)的實際鋪設(shè)深度、方向，利用記錄對其進(jìn)行精準(zhǔn)查詢，從而為維護(hù)、保養(yǎng)工作的開展奠定基礎(chǔ)。所以，可以將地網(wǎng)延長線作為標(biāo)志，即在其 5 m處，同時在每 10 m 左右添加相應(yīng)警示標(biāo)記，保證標(biāo)志的清晰，并加大管護(hù)工作力度，防止地網(wǎng)鋪設(shè)范圍內(nèi)發(fā)生取土情況，避免地網(wǎng)的自然破壞、人為破壞等。

饋線與調(diào)配網(wǎng)路

安排專門人員對饋線情況進(jìn)行定期檢查，同時對架設(shè)電桿的下垂度進(jìn)行了解，認(rèn)真做好相關(guān)校正處理工作；針對饋線下方區(qū)域，0.8 m 以上的農(nóng)作物、雜草等及時清理，可有效預(yù)防出現(xiàn)影響?zhàn)伨€運(yùn)行的因素；對調(diào)配室進(jìn)行全面清理，保證室內(nèi)無灰塵，能避免設(shè)備損壞，并認(rèn)真做好防鼠或防蟲等一系列措施，若是缺少有效處理，則會造成調(diào)配網(wǎng)路發(fā)生短路。

天線鐵塔與拉線

天線作為播放重要介質(zhì)，其直接關(guān)系到播放質(zhì)量，只有認(rèn)真做好相關(guān)保護(hù)工作，才能達(dá)到最佳播放效果。在日常維護(hù)工作中，應(yīng)該對天線鐵塔、拉線進(jìn)行定期清潔等，通常是在下雨或刮風(fēng)等較為惡劣的天氣過后進(jìn)行清理，確保播放、傳輸順利進(jìn)行。根據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對鐵塔的彎曲度、垂直度進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，使其達(dá)到最佳校正標(biāo)準(zhǔn)，從而符合播放需求1。

發(fā)展趨向主要是：

①高頻段的開發(fā)和數(shù)字化。10～20GHz 頻段的數(shù)字微波系統(tǒng)已投入使用。 40GHz頻段也已用于城市內(nèi)電視中繼傳輸系統(tǒng)。調(diào)制方式有脈碼調(diào)制-調(diào)頻(PCM－FM)或脈碼調(diào)制-移相鍵控(PCM-PSK)以及脈碼調(diào)制－正交調(diào)幅(PCM-QAM)等。在大容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)中,由多經(jīng)傳輸引起的衰落，不但使信噪比變壞，而且產(chǎn)生幅度失真和相位失真，導(dǎo)致誤碼率惡化。因此，除采用空間分集、頻率分集等抗衰落措施外,還發(fā)展了自適應(yīng)均衡技術(shù),用以減小失真的影響。

②數(shù)－模兼容技術(shù)的應(yīng)用。在原模擬微波系統(tǒng)上利用話路基帶上下頻段，開拓話上數(shù)據(jù)和話下數(shù)據(jù)，或把模擬波道直接改造為數(shù)字波道。

③設(shè)備固態(tài)化和低功耗。大功率砷化鎵場效應(yīng)管的出現(xiàn),微波集成電路和微帶技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了接收-發(fā)射機(jī)的全固態(tài)化和集成化，使微波接力通信系統(tǒng)的可靠性更高，適應(yīng)性更強(qiáng)，而且它的總功耗僅為幾十瓦，有利于使用新能源(太陽能電池、風(fēng)力發(fā)電、燃料電池等)。

④提高微波頻譜的有效利用率。調(diào)頻制已達(dá)到每個波道傳輸3600話路，而采用單邊帶調(diào)幅，則可使每個波道傳輸6000話路,數(shù)字微波通信也由于采用8PSK和16QAM等調(diào)制方式，使每個波道傳輸碼率達(dá)到2×34Mb/s和140Mb/s。

⑤中繼站的無人值守和系統(tǒng)的自動化管理。器件的長壽命、設(shè)備的高可靠性和微秒級波道轉(zhuǎn)換開關(guān)的出現(xiàn)，為中繼站的無人值守創(chuàng)造了條件。借助于遙信、告警系統(tǒng)和計算機(jī)，不但可以監(jiān)視全系統(tǒng)的運(yùn)行情況，而且可以實現(xiàn)自動化管理。一個終端站（或樞紐站）一般可以管理幾十個以至上百個中繼站,從而提高了工作效率,降低了維護(hù)費(fèi)用。

⑥天線和饋線的發(fā)展。早期采用透鏡天線，20世紀(jì)50年代中期開始采用喇叭拋物面天線，此后陸續(xù)出現(xiàn)雙反射型的卡塞格林天線、多波段天線（4、6、7GHz頻段共用,或4、6、11GHz頻段共用）和安德魯天線系統(tǒng)。安德魯天線系統(tǒng)采用在反射拋物面上加邊，內(nèi)放微波吸收材料的方法，可抑制旁瓣輻射達(dá)20dB左右。近幾年發(fā)展的圓號角型天線，無論在寬頻帶性能上，背向輻射防衛(wèi)度上和天線本身駐波比指標(biāo)上,都優(yōu)于前面幾種天線,是一種很有發(fā)展前途的天線。2GHz以下的頻段，多采用同軸型饋線；2GHz以上的頻段，則多應(yīng)用波導(dǎo)饋線。矩形波導(dǎo)饋線，波型傳輸穩(wěn)定，但衰耗較大，適用于短饋線系統(tǒng)；圓波導(dǎo)饋線，衰耗雖小，但必須直線裝設(shè)；橢圓波導(dǎo)饋線，其衰耗介于上述兩者之間，可以制成整根軟波導(dǎo)管，安裝方便，是一種良好的饋線。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

杜強(qiáng) - 高級工程師 - 中國科學(xué)院工程熱物理研究所