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【问题1】(10分,每空1分,将应填入(n)处的字句写在答题纸的对应栏内)
无线通信适用的电磁波频范围从3kHz至100GHz,在这个范围内按照频率(或者波长)人为地划分成数个频段(或者波段),其中,波长为10cm~100cm的频段称为(1)。

在无线电波的传播中,由于接收天线与发射天线间的距离引起的功率衰减称为(2),而信号的幅度和相位的随机变化称为(3)。

在低频或中频(最大可达3kHz)时,无线电波能够沿着地球弯曲,这种现象叫做(4),而更高频率的电磁波在地球表面之上的两个一定高度的可互相看到的点之间的距离(可视距离)的传播方式称为 (5)。
微波通信是使用波长范围为(6)~(7)之间的电磁波——微波进行的通信。
微波通信常用于进行中继,是因为微波传输具有(8)传播特性。
根据电波绕射理论,当(9)受到障碍物阻挡时,传播损耗显著增大,当障碍物最高点与收发视距连线相切时,阻挡损耗约为6dB。
在微波通信系统中,收发之间的视距TR与障碍物顶点的垂直距离H,被称为(10)。
【问题2】(5分,请将解答写在答题纸的对应位置上)
微波通信系统的分集接收有三种信号合成的方法,请列举并简单描述这三种方法。
【问题3】(3分,请将解答写在答题纸的对应位置上)
在选择微波中间站站址时,最好把天线架得越高越好,可以得到最佳的覆盖,这个观点是否正确?请从电磁波传播的角度分析微波中继站站址和天线架高设计的原则。


参考答案:

【问题1】
(1)特高频
(2)路径损耗或传播损耗
(3)衰落
(4)地波传播
(5)视距传播
(6)1m
(7)1mm
(8)视距
(9)第一菲涅尔区(或传播余隙Hc应当大于或等于最小菲涅尔区半径Fo)
(10)传播余隙
 

【问题2】
优选开关法、线性合成法、非线性合成法。
当两路信号衰落都不太严重时,采用线性合成法;当某路信号发生深衰落时;采用优选开关法。非线性合成法是一种折中的方案。
 

【问题3】
这个观点不正确。
衰减系数 ,在一定的环境中,即ρ值确定的情况下,α随△r周期性变化。而,所以的周期性变化情况决定于天线高度h1、h2,单跳通信距离d这三者的组合,而不只是题中所述的“把天线架得越高越好,可以得到最佳的覆盖”。我们可以根据△r/λ值作指导使天线的高度调整得当,避免收信点接收信号趋近零的现象,并且可以找到接收点场强最大所需要的h1、h2组合。

详细解析:

【问题1】
微波频段的波长范围为1m-1mm,频率范围为300MHz-300GHz,可细分为特高频(UHF)频段/分米波频段、超高频(SHF)频段/厘米波频段和极高频(EHF)频段/毫米波频段。
频率从3kHz到300GHz,按照一个数量级(10倍)为一段的方式划分频段,依次为:
甚低频、低频、中频、高频、甚高频、特高频、超高频、极高频
若按波长划分,对应的波段名称依次为:
超长波、长波、中波、短波、米波、分米波、厘米波、毫米波
 
对于地面上的远距离微波通信,采用中继方式的直接原因有两个:
一是微波传播具有视距传播特性,即电磁波沿直线传播,而地球表面是个曲面,因此若在两地间直接通信,因天线架高有限,当通信距离超过一定数值时,电磁波传播将受到地面的阻挡。为了延长通信距离,需要在通信两地之间设立若干中继站,进行电磁波转接。
二是微波传播有损耗,在远距离通信时有必要采用中继方式对信号逐段接收、放大和发送。
(9)~(10)地表障碍物对微波视距传播的影响
地表障碍物会阻挡电磁波视距传播,引入了阻挡损耗。
收发视距连线与障碍物最高点之间的垂直距离即传播余隙Hc,它直接影响接收点的场强幅值。一般当HC=0,即障碍物最高点与收发视距连线相切时,阻挡损耗为6dB;当HC为负值即障碍物最高点超过收发视距连线时,阻挡损耗增加很快;当HC为正值即障碍物最高点在收发视距连线以下,且HC/F1>0.5时,阻挡损耗在0上下波动,接收点的场强幅值与自由空间传播场强幅值相近。
 

【问题2】
在微波中继通信系统中,由于多径衰落等的存在,使通信可靠性受到严重威胁。采用提高设备性能、增加接收电平余量的方法,即采用保证一定衰落储备的方法在很大程度上是有效的,但对于站距较大且炎热潮湿的平滑地形(如湖面或平原水网地区)的情形,有限的衰落储备量仍然不能满足要求。

采用分集接收技术是抗多径衰落的有效措施之一。所谓分集接收,就是设法取得衰落信道传输中两个或两个以上彼此衰落不同的信号,在接收端以一定方式将其合并。这样,当其中一个信号发生衰落时,另外一个或多个信号不一定也衰落,只要采用适当的信号合成方法,就可保证一定的接收电平,克服或改善衰落的影响。

目前,常用的分集接收技术有频率分集、空间分集和混合分集等3种。这3种技术都假设多个射频信号在传播过程不可能同时发生同样的衰落。
频率分集是在发信端将一个信号利用两个间隔较大的发信频率同时发射,在收信端同时接收这两个射频信号后合成。由于工作频率不同,电磁波之间的相关性很小,各电磁波的衰落概率也不同。频率分集抗频率选择性衰落特别有效,但付出的代价是成倍地增加了收发信机,且需成倍地多占用频带,降低了频谱利用率。
空间分集是在收信端利用空间位置相距足够远的两副天线,同时接收同一个发射天线发出的信号。因为电磁波到达高度不同的两副天线的行程差不同,所以当某一副天线收到的信号发生衰落时,另一副天线收到的信号不一定也衰落,当天线高度差△h足够(△h>6m)时,对几乎所有深衰落都不相关。空间分集需要增加收信机,其频谱利用率比频率分集高。
混合分集是将频率分集与空间分集结合,以保持两种分集的优点。无论采用哪种分集接收技术,都要解决信号合成的问题。
(1)优选开关法
该方法根据信噪比最大或误码率最低的准则,在两路信号中选择其中一路作为输出,并由电子开关切换。开关切换既可在中频进行,也可在解调后的基带上进行。该方法电路简单,并可利用现有备份切换技术。
(2)线性合成法
该方法将两路信号经校相后线性相加,这一过程通常在中频上进行,电路比较复杂。当两路信号衰落都不严重时,该方法对改善信噪比很有利;当某路信号发生深衰落时其合成效果不如优选开关法。
(3)非线性合成法
该方法是前面两种方法的综合,即当两路信号衰落都不太严重时采用线性合成法;当某路信号发生深衰落时采用优选开关法。

【问题3】
微波中继通信的电磁波主要在靠近地表的大气空间传播,因而地形地物对微波会产生反射、折射、散射、绕射和吸收现象。本节主要讨论平坦地表对微波的反射和地表障碍物对微波视距传播的影响。在讨论地形地物的影响时,不考虑大气的影响。
图4-1所示画出了水面或平坦地面等平坦地表对微波电波的反射情况。由图可见,接收点R除了接收到直射波外,还接收到经平坦地表反射形成的反射波,因而接收点R的合成场强是直射波和反射波的矢量和。当收发天线足够高时,可以认为直射波是自由空间波。


图4-1
因此可以说衰减系数α是天线高度(h1,h2)和单跳通信距离d的函数。在确定了系统的工作频率和站间距离的情况下,接收点的场强随天线高度变化。并非天线越高收信效果越好,如果天线的高度调整得当,可以避免收信点接收信号趋近零的现象。
以ρ为地表反射系数,0≤ρ≤1。ρ=0表示无反射,ρ=1表示全反射。△r为反射波与直射波的行程差,(2π/λ)△r为行程差引起的相位差。
与自由空间传播相比,平坦地表反射波的影响表现为引入了一个衰减因子,其大小用衰减系数α表示,即

α与△r的关系如图4-2所示。



图4-2  ρ=0.5和ρ=1时α与△r的关系曲线图


由图4-2可见,接收点的场强幅值随着△r周期变化,而, 因此可以说衰减系数α是天线高度(h1,h2)和单跳通信距离d的函数。在确定了系统的工作频率和站间距离的情况下,接收点的场强随天线高度变化。并非天线越高收信效果越好,如果天线的高度调整得当,可以避免收信点接收信号趋近零的现象。
为了避免接收点的场强明显起伏,尤其要避免因反射波和直射波抵消而导致接收点接收信号趋近零的现象,在进行微波中间站站址选择和微波线路设计时,应充分利用地形地物阻挡反射波。

上一题