卫星通信
一、电磁波振动的电场和磁场在空间的传播叫做电磁波。由收音机收到的无线电广播信号，由电视机收到的高频电视信号，医院里物理治疗用的红外线，消毒和杀菌用的紫外线，透视照相用的X射线，以及各种可见光，都属于电磁波。二、电磁波的频率、波长人们用频率、波长和波速来描述电磁波的性质。频率是指在单位时间内电场强度矢量E（或磁场强度矢量H）进行完全振动的次数，通常用f表示。波长是指在波的传播方向上相邻两个振动完全相同点之间的距离，通常用λ表示。波速是指电磁波在单位时间内传播的距离，通常用v表示。频率f，波长λ，和波速v之间满足如下关系：
vf
如果一电磁波在一秒内振动一次，该电磁波的频率就是1Hz，在国际单位制中，波速的单位是m/s（米/秒），波长的单位是m（米），频率的单位是Hz。对于无线电信号，它属于电磁波，它的传播速度为光速，即每秒约前进30万公里。例如：对于一个频率为98MHz的调频广播节目，其波长为300，000，000米除98，000，000Hz，等于3.06米。不同的频率的（或不同波长）电磁波具有不同的性质用途。人们按照其频率或波长的不同把电磁波分为不同的种类，频率在300GHz（1GHz=109Hz）以下的波称为无线电波，主要用于广播，电视或其他通讯。频率在3×1011Hz-4×1014Hz之间的波称为红外线，它的显著特点是给人以“热”的感觉，常用于医学上的物理治疗或红外线加热，探测等，频率在3.84×1014HZ-7.69×1014Hz之间的波为可见光，它能引起人们的视觉，频率在8×1014Hz-3×1017Hz之间的波称为紫外线，具有较强的杀菌能力，常用于杀菌，消毒，频率在3×1017Hz-5×1019Hz之间的波称为X射线（或伦琴射线）它的穿透能力很强，常用于金属探测，人体透视等，在原子核物理中还有频率为1018Hz-1022Hz以上的射线，其穿透能力就更强了。三、波段与频道由于利用频率可以计算出波长，一个频率范围将对应一个波长范围，所以频段与波段具有同样的意思。两个叫法是对应的，也是通用的，在电视广播领域中，更多使用波段。微波是指波长在微米级的无线电信号。按照波长和用途不同，人们把无线电波又分成许多波段，如表**所示。表**无线电波波段的划分
名称极低频（极长波）超低频（超长波）特低频（特长波）甚低频（甚长波）低频（长波）ULFVLFLF英文波长范围100000Km～10000Km10000Km～1000Km1000Km～100Km100Km～10Km10000m～1000m频率范围3Hz～30Hz30Hz～300Hz300Hz～3000Hz3KHz～30KHz30KHz～300KHz
中频（中波）高频（短波）甚高频（米波）特高频（分米波）微超高频（厘米波）波极高频（毫米波）至高频（亚毫米波）
MFHFVHFUHFSHFEHF
1000m～100m100m～10m10m～1m10dm～1dm10cm～1cm10mm～1mm0.3nm～1um
300KHz～3000KHz3MHz～30MHz30MHz～300MHz300MHz～3000MHz3GHz～30GHz30GHz～300GHz300GHz～1000GHz
频道是指传送一个信号源节目所使用的频率（或波长）范围。通常一个频段（或波段）能够再分成多个频道。
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点，又各自具有本身的特点，且组成单独的通信系统。本童的主要内容有:微波与卫星通信的基本概念与特点；微波通信系统的组成；卫星通信系统的组成微波与卫星通信的天线馈线系统微波与卫星通信的频率配置。一、微波与卫星通信的基本概念与特点1、微波与卫星通信微波是指频率为300MHz至300GHz的电磁波。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。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进行的通信。这里所指的地球站是指设在地球表面，包括地面、海洋和大气中的通信站。实际上，卫星通信可以看作是利用微波频率，把通信卫星作为中继站而进行的一种特殊的微波中继通信，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的无线电通信，它有三种形式：（1）宇宙站与地球站之间的通信；（2）宇宙站之间的通信；（3）通过宇宙站转发或反射而进行的地球站间的通信。上面所指的宇宙站是指设在地球大气层以外的宇宙飞行体（如人造卫星、宇宙飞船等）或其他天体上的通信站。卫星通信属于宇宙无线电通信的第三种形式。2、微波通信的特点根据所传输基带信号的不同，微波通信又分为两种制式。用于传输频分多路-调频制（FDM-FM）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数字微波通信系统。后者又进一步分为PDH微波和SDH微波通信两种体制。不管是模拟制微波通信还是数字微波通信，其微波通信最基本的特点可以概括为6个字：“微波、多路、接力”。“微波”是指微波工作频段宽，它包括了分米波、厘米波和毫米波三个频段。这个频段宽度几乎是长波、中波、短波及特高频各频段总和的1000倍，所以它可容纳较其他频段多得多的话路。由于微波频率高，故其波长短。微波通信一般使用面式天线，当面式天线的
口面积给定时，其增益与波长的平方成反比，故微波通信很容易制成高增益天线。此外，在微波频段，天电干扰和工业干扰及太阳黑子的变化基本上不起作用。所以微波通信的可靠性和稳定性可以做得很高。“多路”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。例如对4GHz的设备而言，其通频带按1%计算，可达40MHz，其所提供的带宽正符合ISDN所要求的宽带传输链路。“接力”是目前广泛使用于视距微波的通信方式。由于地球是圆的，加之地面上的地貌（山川）所限，使得地球上两点（两个微波站）间不被阻挡的距离有限，为了可靠通信，一条长的微波通信线路就要在线路中间没若干个中继站，采用接力的方式传输发端的信息。近些年来，由于通信技术的发展及通信设备的数字化，数字微波设备与模拟制微波设备相比，占了绝对多的比重。而数字微波除了具有上面所说的微波通信的普遍特点外，还具有数字通信的特点:（1）抗干扰性强、整个线路噪声不累积；（2）保密性强，便于加密；（3）器件便于固态化和集成化，设备体积小、耗电少；（4）便于组成综合业务数字网（ISDN）。数字微波的主要缺点是要求传输信道带宽较宽，因而产生了频率选择性衰落，其抗衰落技术比模拟制搬波复杂。3、卫星通信的特点（1）静止卫星通信的优点①通信距离远，且费用与通信距离无关利用静止卫星，地面上两点最大的通信距离可达1800km左右，其建设费用和运行费用不会因通信两点之间的距离和地貌而变化，就这点而论，卫星通信比地面微波通信和电缆、光缆通信有明显的优势。②覆盖面积大，可进行多址通信由于在静止轨道上，三颗卫星即可覆盖全球，因此在一颗卫星大面积覆盖的区域的，任何地方都可设置地球站。这些地球站可共用一颗通信卫星来实现双方或多方通信，即多址通信。与其他只能进行点对点通信的通信手段相比，卫星通信显然具有很大的优越性。③通信频带宽，传输容量大卫星通信使用的也是微波频段，其提供的带宽和传输容量要比其他频段大得多。一个中频转发器带宽一般为36MHz，微波射频转发器带宽一般为500MHz，卫星的总带宽可达3000MHz以上，一颗卫星的通信容量已可达到30000路电话，并可传输高分辨率照片和其他言息。④信号传输质量高，通信线路稳定可靠因为卫星通信的电波主要是在大气层以外的宇宙空间传输，这种宇宙空间可以看作是均匀介质，故电波传播比较稳定。而且电波传播不受地形、地物等自然条件的影响，也不易受自然或人为干扰的影响，所以传输质量高。⑤建立通信电路灵活、机动性好地面微波通信的建站要受到地势条件的严格限制。而卫星通信既能作为大型地球站之间的远距离平线通信，又可以在军载、船载、地面移动地球站间进行通信，甚至还可以为个人移动终端提供个人通信业务。（2）静止卫星通信的缺点①静止卫星的发射与控制技术比较复杂。
②地球的两极地区为通信盲区，而且地球的高纬度地区通信效果不好。③存在星蚀和日凌中断现象。当卫星、地球和太阳处在一条直线上，并且卫星进入地球的阴影区时，会出现星蚀现象。在星蚀期间，卫星只能靠蓄电池供电。而当每年春分和秋分前后数日，当卫星处在太阳和地球之间（仍为一条线上）时，因卫星在对准地球站天线的同时，也对准了太阳，并受到了太阳的辐射干扰，进而造成了每天有几分钟的通信中断，这种现象称为日凌中断。④有较大的信号传输时延和回波干扰。假定地球站与卫星间的通信距离为40000km，发端地球站信号经卫星转发到收端地球站（信号一上、一下）单程传输时间约为0.27s，，当进行双方通信（一问一答）时，就是0.54s，在进行语言通信时，这种信号的传输时延就会给人带来一种不自然的感觉。与此同时，由于收发双方的话音回路都有混合线圈，若因为不平衡等原因，就会产生回波干扰。如果不采取回波抵消器等特殊措施，就会使发话者在0.54s后，又听到了自已讲话反馈回来的回音，造成干扰。二、微波通信系统的组成1、系统组成一条微波中继信道是由终端站、中间站和再生中继站、终点站及电波空间组成，如图**所示。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**所示。
2、微波收发信设备的组成（1）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（480路以下）设备可用前一种方案。而中大容量的数字微波设备大多采用变频式发信机，这是因为这种发信机的数字基带信号调制是在中频上实现的，可得到较好的调制特性和较好的设备兼容性。下面以一种典型的变频式发信机为例如以说明，如图**所示。
由调制机或收信机送来的中频已调信号经发信机的中频放大器股大后，送到发信混频器，经发信混频，将中频已调信号变为微波已调信号。由单向器和滤波器取出混频后的一个边带（上边带或下边带）。由功率放大器把微波已调信号放大到额定电平，从分路滤波器送往天线。微波功放及输出功放多采用场效应晶体管功率放大器。为了保证末级功放的线性工作范围，避免过大的非线性失真，常用自动电平控制电路，传输出维持在一个合适的电平。图**中所示的公务信号是采用复合调制方式传送的，这是小容量数字微波通信常采用的一种传送方式。它是把公务信号通过变容管实现对发信本振浅调频的。可见这种调制方式设备简单，在没有复用设备的中维站也可以上、下公务信号。（2）发信设备的主要性能指标①工作频段从无线电频谱的划分来看，我们把频率为0.3～300GHz的射频称为微波频率。目前常用的范围只有1～40GHz。工作频率越高，越能获得较宽的通频带和较大的通信容量，也可得到更尖锐的天线方向性和天线增益。但是，当频率较高时，雨、雾及水蒸气对电波的散射或吸收衰耗增加，造成电波衰减和收信电平下降。这些影响对12GHz以上的频段尤为明显，甚至随频率的增加而急剧增加。目前使用较多的是2、4、6、7、8和11GHz频段。其中2、4和6GHz频段因电波传播比较稳定，所以用于干线微波通信，而支线或专用网微波通信常用2、7、8和11GHz。当然，对频率的使用，还要经申请，由上级主管部门和国家无线电管理委员会批准才行。②输出功率输出功率是指发信机输出端口处功率的大小。输出功率的确定与设备的用途、站距、衰落影响及抗衰落方式等因素有关。由于数字微波通信与模
拟微波通信相比有较好的抗干扰性能，因此，在要求同样的通信质量时，数字微波的输出功率可以小些，当用场效应晶体管功率放大器作末级输出时，功率一般为几十毫瓦到1瓦左右。③频率稳定度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f0表示。工作频率的稳定度取决于发信本振源的频率稳定度，设实际工作频率与标称工作频率的最大偏差值为?f，则频率稳定度的定义式为
kff0
式中k为频率稳定度。对于采用PSK调制方式的数字微波通信系统而言，若发信机工作频率不稳，即有频率漂移，将使解调的有效信号幅度下降，误码率增加。对于PSK调制方式，46要求频率稳定度为1×10～5×10。发信本振源的频率稳定度与本振源的类型有关，近年来由于微波介质稳频振荡源可以直接产生微波频率，并具有电路简单、杂被干扰及热噪声较小的优点，所以正在被广泛采用，其自身的频率稳定度可达到1×105～2×105左右。当用公务信号对介质稳频振荡源进行浅调频时，如图**所示，其频率稳定度会略有下降。对频率稳定度要求较高或较严格时，例如（1～5）×106，应采用脉冲抽样锁相振荡源等形式的本振源。除上述三项主要指标外，对发信机还有其他一些技术要求，这里不再详述。（3）收信设备的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射频和中频两个部分。解调设备及原理见第2章。目前收信设备部采用外差式收信方案，如图**所示。图**所示的是一个有空间分集接收的收信设备组成方框图。分别来自上天线和下天线的直射波和以各种途径（多径传播）到达接收点的电波，经过两个相同的信道，带通滤波器、低噪声放大器、抑镜滤波器、收信混频器和前置中放，然后进行合成，再经主中频放大器后输出中频已调信号。
本方框图中画出的是最小振幅偏差合成分集接收方式。下天线的本机振荡源是由中频检出电路的控制电压对移相器进行相位控制的，以便抵消上、下天线收到多径传播的干涉波（反射波和折射波），改善带内失真，获得最好的抗多径衰落效果（见第4章）。为了更好地改善因多径衰落造成的带内失真，在性能较好的数字微波收信机中还要加入中频自适应均衡器（见第4章），使它与空间分集技术配合使用，可最大限度地减少通信中断的时间。图中的低噪声放大是砷化镓场效应晶体管（FET）放大器，这种放大器的低噪声性能很好，并能使整机的噪声系数降低。由于FET放大器是宽频带工作的，所以其输出信号的频率范围很宽。因此在FET放大器的前面要加带通滤波器，其输出要加装抑制镜像干扰的抑镜滤被器，要求对镜像频率噪声的抑制为13～20dB以上。4、收信设备的主要性能指标（1）工作频段收信机是与发信机配合工作的。对于一个中继段而言，前一个微波站的发信频率就是本收信机同一波道的收信频率。（2）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定的。但是收信机输出的中频是收信本振与收信微波射频进行温频的结果，所以若收信本振偏离标称值较多，就会使混频输出的中频偏离标称值。这样，就使中频已调信号频谱的一部分不能通过中频放大器，造成频谱能量的损失，导致中频输出信噪比下降，引起信号失真，使误码率增加。对收信本振频率稳定度的要求与发信设备基本一致，通常要求（1～2）×105，要求较高者为（1～5）×106。收信本振相发信本振常采用同一方案，是两个独立的振荡源。收信本振的输出功率往往比发信本振小些。（3）噪声系数
数字微波收信机的噪声系数-般为2.5～7dB比模拟微波收信机的噪声系数小5dB左右。（4）通频带收信机接收的已调波是一个频带信号，即已调波频谱（的主要成分）要占有一定的带宽，收信机要使这个频带信号无失真地通过，就要具有足够的工作频带宽度，这就是通频带，通频带过宽，信号的主要频谱成分当然都会无失真地通过，但也会使收信机收到较多的噪声；反之，通频带过窄，噪声自然会减少下来，但造成了有用信号频谱成分的损失。所以要合理地边择收信机的通频带和通带的幅频衰减特性等。（5）选择性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。收信机的选择性是靠收信提频之前的微波滤波器和混频后中频放大器的集中滤波器来保证的。（6）收信机的最大增益天线收到的做波信号经馈线和分路系统到达收信机。由于受衰落的影响，收借机的输入电平在随时变动。要维持解调机正常工作，收信机的主中放输出应达到所要求的电平，例如要求主中放在75Ω负载上输出250mV。但是收信机的输入端信号是很微弱的，假设其门限电平为-80dBm，则此时收信机输出与输入的电平差就是收信机的最大增益。对于上面给出的数据，其最大增益为79.2dB。这个增益值是由FET低噪声放大器、前置中放和主中放各级放大器的增益之和得到的。（7）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，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。假定数字微波通信的上衰落为+5dB，下衰落为-40dB，其动态范围（即收信机输入电平变化范围）为45dB，当收信电平变化时，若仍要求收信机的额定输出电平不变，就应在收信机的中频放大器内设有自动增益控制（AGC）电路，当收{言电平下降时，中放增益随之增大；收信电平增大时，中放增益随之减小。三、卫星通信系统的组成下面以静止卫星通信系统为例介绍本节内容1、系统组成（1）静止卫星通信系统卫星通信的工作频段与微波通信相同。图**所示的是卫星通信的示意图。若地球表面上的各地球站都在一颗卫星覆盖的通信范围之内，那么这些地球站就可以通过卫星作中继转发信号，实现相互间通信，可以说，卫星通信是地面微波中继通信的发展，是微波中继通信的一种特殊方式。静止卫星是指卫星的运行轨道在赤道平面内。轨道离地面高度约为35800km（为简单起见，经常称36000km）。卫星运行方向与地球自转方向相同，绕地球一用的公转时间为24小时，与地球自转一周的时间相同。地球上的地球站与卫星的相对位置如同静止一样，故称静止卫星通信系统，或称同步卫星通信系统。图**所示为静止卫星配置的几何关系示意图。若以120的等间隔在同步轨道上配置三颗卫星，则在地球表面上除两极地区未被卫星波束覆盖外，其他区域都在覆盖范围之内。由图可见，部分区域为两颗
卫星波束覆盖的重叠地区。因此，可借助于在重叠区内的地球站作为中继站，实现不同卫星覆盖的地球站之间的通信（靠两跳实现）。由上述可见，只要用三颗等间隔配置的同步卫星，就可以实现全球通信，这一特点是任何其他通信方式所不具备的。
目前国际卫星通信组织负责建立的国际卫星通信系统（INTELBAT）简称IS，，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、印度洋和大西洋上空，它们构成的全球通信网承担着大约80%的国际通信业务和全部国际电视转播业务如图**所示。
2卫星通信系统的组成（1）卫星通信系统的组成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统4大部分组成的，如图**所示。
其中的遥测及指令系统的任务是对卫星上的运行数据及指标进行跟踪测量，并对卫星在轨道上的位置及姿态进行监视与控制。监控管理系统的功能并不直接
用户名于通信，而是在通信业务开通前和开通后对卫星通信的性能及参数进行监测和管理。（2）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卫星通信线路的组成如图**所示，是由发端地球站，上、下行无线传输路径和收端地球站组成的。
卫星通信的基本工作原理:由市内通信线路送来的电话信号，在发端地球站的终端设备中进行多路复用，成为多路电话的基带信号，在发信设备的调制器中对中频载波（例如70MHz）进行调制，然后在发信设备的发信机中进行上变频，把70MHz的已调被变换为做被频率的已调波（f1），再经射频功率放大器、双工器和地球站的天线发向卫星。信号经过大气层和宇宙空间，不但受到很大衰减，而且引入了一定的噪声，最终到达了卫星转发器。在卫星转发器的接收机中，首先将微波频率为f1的上行信号进行低噪声放大，并变换成另一个微波频率f2（一般下行微波射频比上行射频低）的已调波，再经卫星的发信机功率放大，并经双工器由天线经宇宙空间和大气层发回到收端地球站。同样，收端地球站将收到的微弱信号用大口径的高增益天线和低噪声接收机进行射频放大后，再将频率为f2的已调波在收端接收设备中变为中频已调波，并在接收设备的解调器中解调，恢复成基带信号。最后利用信道终端设备进行分路，再经市内通信线路，送给收端用户。这就是卫星通信的单向（一跳）通信过程。由图中B端地球站向A端传送信号时，与上述过程相同。不同的是B端的上行做波频率为f2，下行微波频率为f1，其目的是为了避免上、下行信号间的相互干扰。3、地球站的组成及其工作原理（1）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
①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。②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。③性能稳定、可靠，维护、使用方便。④建设成本和维护费用不应太高。（2）地球站的组成对于不同用途的系统，地球站的组成也就不同。如图**所示的为国际卫星通信频分多址方式A型标准地球站的组成方框图，主要由天线分系统、发射机分系统、接收机分系统、通信控制分系统、信道终端设备分系统和电源分系统6个分系统组成。由市内送来的电话信号和电视信号，首先进入信道终端设备分系统，分别通过该分系统的多路电话通道或电视通道送到发射机分系统。电视信号包括图像信号和伴音信号。图像信号经过电视通道的视频处理单元和调制器，成为70MHz的中频调频波，再经过中频放大、上变频以及功率放大，然后送往天线。伴音信号有时要利用多路电话的通道进行传送。由于伴音信号的带宽大于话音信号的带宽很多，即一路电视伴音信号往往要占用多路电话通道中的3个话路。电视伴音信号与多路电话信号、指令信号和勤务信号等一起送入复用设备，组成基带信号。再依次经过调制、中频放大、上变频以及功率放大后送往天线。电视图像信号与电话信号分别在各自的通道内传送直到进入定向藕合器后才合为一路。
接收信号时，过程与上述相反，并且在接收分离装置中把电视图像信号与多路电话信号分开，分别经不同的通道解调后送往终端设备。图**所示的发射机分系统和接收机分系统都具有多条通道，以便在频分多址方式时，一个地球站能以多个载波频率与多个地球站同时进行通信。3、发射机分系统（1）组成和要求由于发射卫星条件的限制，卫星转发器天线的口径和增益不能太大。因此，
要求地球站发射机分系统发射信号的功率大，以保证卫星通信系统的信号质量。发射机分系统的组成如图**所示，由上变频器、自动功率控制电路、发射波合成装置、激励器和大功率放大器等组成。
对地球站发射机分系统的主要要求有以下几点。①发射的功率大。②频带宽，从而保证通信容量以及发射多个载波所需的带宽。③射频的频率稳定度高。传输多路电话时，一般要求射波频率的误差应在规定值的±150KHz以内。④放大器的线性好，为了减小多载被放大时产生的交调分量，必须要求功率放大器的线性度高。一般规定多载波时的交调分量的有效全向辐射功率在任意一个4KHz的频带内应低于26dBW。⑤增益稳定，对发射地球站的有效全向辐射功率要求保持在额定值的±0.5dB以内，以保证接收地球站的性能指标。（2）功率放大器发射机分系统中的功率放大器自行波管功率放大器或速调音功率放大器组成。在频分多址的情况下，功率放大器的输入信号中包含多个载波，以区分不同的地球站址。但这种功率放大器的放大特性和相移特性是非线性的，即输入和输出的信号功率之间为非线性关系。当有多个载被同时输入时，会因幅度的非线性产生调幅/调相变换，进而在输出信号中产生交调分量，在话路中表现为串噪声，使信噪比降低，严重时还会造成通信中断。由于行波音或速调营的输入输出功率的关系在饱和点附近是非线性的，为了减小非线性的影响，必须减小输入功率，以便管子工作在线性区。使饱和点电平减小的数值，叫做功率“退回”或功率“补偿”。当功率放大器放大多个载波若一个功率放大器的功率不够大时，需要采用功率合成的方法。可先把载波单独进行功率放大，然后再进行功率合成。（3）上变频器和本机振荡器发射机分系统中的上变频器一般都采用参量变频器，它的主要特点是噪声小而且有一定的增益。无论是上变频器或接收机分系统中用的下变频器，都要有本机振荡器。本机
振荡器的频率为几吉赫兹，而且要求有很高的频率稳定度，一般需采用晶振倍频锁相的方法来实现。晶振倍频锁相振荡源的组成如图**所示。
4、接收机分系统（1）组成与要求由于卫星转发器的发射功率较小，只有几瓦至几十瓦，而且天线的增益也不高，经200dB左右的下行线路损耗之后，到达地球站的信号极微弱。因此，地球站的接收机分系统必须是低噪声的。低噪声接收机分系统主要由低噪声放大器、下变频器和本机振荡器等组成。对接收机分系统的主要要求：①噪声温度低，接收机分系统的噪声温度很低，一般只手可几十开尔文（K）。②工作频带宽，一般要求具有500MHz的带宽。③增益稳定。（2）低噪声放大器在微波频段使用的低噪声放大器主要是低噪声晶体管放大器、场效应管放大器和参量放大器等。由于地球站要求低噪声放大应有40dB的增益，所以常用2-3级参量放大器组成前级，后面再接几级低噪声晶体管或场效应管放大器。为了降低参量放大器的噪声，除适当选择参量放大器所用的变容管和泵源外，还可以采用致冷参量放大器。（3）下变频器经低噪声放大器放大的微波信号，要送到下变频器变换成中频，再经过中频放大后送到解调器。地球站接收机分系统中的中频，通常都是70MHz，如果采用两次变频方式，第一中频常用IGHz，1.4GHz或1.7GHz，第二 中频则仍70MHz。5、信道终端设备分系统信道终端设备分系统可以分为上行和下行两个部分。（1）上行部分上行部分即发端信道终端设备，包括电话和电视两通道。它的主要作用是分别对多路电话、电视和勤务信号进行基带处理，把组成的基带信号对70MHz载频进行调制，成为调频信号，然后送到发射机分系统进行上变颇。在调频制电话通道里要进行预加重、力口权和能量扩散等处理。（2）下行部分信道终端设备下行部分的任务是把从低噪声接收机送来的70MHz信号，经过中放、解调和基带处理后，输出基带信号，然后再送到终端接口设备，把基带信号进行分解。与上行部分相同，下行部分也分为电话和电视两个通道。另外，下行部分还包括去加重电路和滤除能量扩散信号的高通滤波器等。
6、通信控制分系统地球站相当复杂和庞大，为了保证各部分正常工作，必须在站内集中监视、控制和测试。为此，各地球站都有一个中央控制室，通信控制分系统就配置在中央控制室内。通信控制分系统主要由监视设备、控制设备和测试设备等组成。监视设备安装在中心控制台上，用于监视地球站的总体工作状态、通信业务、各种设备的工作情况以及现用与备用设备的情况等。控制设备用来对地球的通信设备进行遥测、遥控以及主用、备用设备的自动转换等。控制设备白发射控制设备和接收控制设备两部分组成。测试设备用于对各部分电路进行测试。7、电源分系统地球站电源分系统要供应站内全部设备所需用的电能，它关系到通信的质量及设备的可靠性。当利用公用交流市电来对地球站供电时，通过电力传输线路，必然会同时引进许多杂波平扰，而且公用交流市电也会出现波动。所以，必须采取稳压和滤除杂波干扰的措施。市电的定期停电或偶然断电等情况，对地球的影响更为严重。对于大型标准地球站来说，即使市电断电时间只有100ms，也会引起比这长得多的线路中断；如果断电时间大于60s，那么大功率发射机就不能重新自动工作了。所以地球站的大功率发射机所需电源必须是定电压、定频率并且高可靠的不中断电源。为满足地球站的供电要求，通常应设有两种电源设备，即应急电源设备和交流不间断电源。另外，为了确保电源设备的安全以及减少噪声和交流声，所有电源设备都应良好接地。三、静止卫星的运行轨道与观察参数1、静止卫星的发射要使卫星进入运行轨道，必须依靠运载火箭。要想使卫星绕地球运转，还必须使卫星的初始速度大于8km/s。但单级火箭的速度只能达到2.5km/s，因此，发射静止卫星必须采用带有捆绑技术的三级火箭。捆绑技术就是把几支小火箭捆在大火箭的第一级上，用以提高发射的飞行速度，卫星装在第三级火箭的前端，如图**所示。2、发射过程一颗自旋稳定的静止卫星的发射过程，如图**所示，全部过程大体可分为如下几个阶段。（1）进入初始轨道开始发射后，依次点燃三级火箭的一、二级火箭，把卫星送到初始轨道。初始轨道是一个离地球表面高度为100多公里或几百公里的与赤道平面有预定夹角的倾斜圆形轨道。
（2）进入转移轨道卫星在初始轨道上只飞行一小段，当卫星快要到达初始轨道与赤道平面的交点时，要点燃第三级火箭，以使卫星脱离初始轨道而进入转移轨道。转移轨道是一个倾斜的椭圆轨道，椭圆轨道的近地点就是初始轨道与赤道平面的交点，即转移轨道、赤道平面和初始轨道同时都交于这点。转移轨道与赤道平面的另一个交点就是转移轨道的远地点。当卫星进入转移轨道后，第三级火箭已用完并与卫星脱离。同时还要启动卫星两侧的切向喷嘴使卫星开始自旋，卫星在转移轨道上要运行几圈。在运行中，地面还要对卫星进行姿态控制。（3）进入漂移轨道卫星在转移轨道上运行了几圈，完成了上述各项准备工作后，当再次到达远地点时，就要启动远地点发动机，使卫星进入漂移轨道，如图**所示。漂移轨道是位于赤道平面附近的、圆形的、接近静止轨道的一个轨道。卫星在漂移轨道上要运行几天。（4）进入静止轨道
卫星在漂移轨道上运行时，离静止卫星定点位置是很近的。可以利用卫星的小推进喷嘴进行位置误差修正，以便卫星精确地定点于静止轨道上的预定位置。在上述的发射过程中，当各级火箭的燃料燃烧完了以后，就要把该级火箭的壳体扔掉，以减轻下一级火箭的负荷。扔掉壳体的反作用力和减轻负荷都能使卫星得到更大的加速动力。对于三轴稳定的静止卫星，发射过程大体与上述相同。只是在远地点发动机熄火后要使卫星停止自旋，张开太阳能电他帆板，并使帆板对准太阳，调整卫星的姿态，使卫星的天线对准地球上的预定区域。
发射静止卫星的时间可以是全年的任何一天。但每天发射的具体时间，应根据发射场的地理位置，发射日期以及太阳、地球、卫星三者的相对位置才能确定最有利的发射时机，这个发射时机又叫做“发射窗口”。每天一般有两次发射窗口每次约30min至2h，发射窗口期间发射的卫星，能使星上传感器在转移轨道中测量姿态角的误差最小，并能使卫星的温度在允许范围之内。3、通信卫星的姿态控制卫星上装有通信用的定向天线，要求定向天线的被束应指向地球中心或某覆盖区的中心。另外，还要使卫星上的太阳能电池表面总是朝向太阳。这些都要求卫星相对于地球或其他基准物保持一定的“姿态”。卫星在轨道上是立着还是躺着，或者说卫星的哪一部分始终朝向地球，这就是“姿态控制”。姿态控制的方法很多，如角度惯性控制和三轴稳定控制等。5、卫星通信系统的分类（1）按卫星的覆盖范围分，高国际卫星通信系统、国内卫星通信系统和区域卫星通信系统。（2）按用户的性质分，有公用卫星通信系统、专用卫星通信系统和军用卫星通信系统。（3）接卫星的制式分，有静止卫星通信系统和非静止卫星通信系统（卫星绕地球运转一周不等于24小时）。非静止卫星通信系统又进一步分为:①随机卫星通信系统，是指在不同的高度上排列有多颗卫星的通信系统，其
多颗卫星在高度不同的各自轨道上运行。②相位卫星通信系统，是指在同一条卫星运行轨道上运行的、等间隔排列着多颗卫星的通信系统。（4）按卫星离地高度可分为:①低高度卫星，卫星轨道高度hmax〈5000km运行周期约为2-4小时。②中高度卫星，卫星轨道高度5000km〈hmax〈2OOOOkm，运行周期约为4-12小时。③高高度卫星hmax〉20000km，运行周期大于12小时。静止卫星即属于高高度卫星。134通信卫星的组成及其工作原理图1刽示出了通信卫星各系统的组成方框图。由通信分系统、控制分系统、遥测与指令分系统、电源分系统相温控分系统5个部分组成。1通信分系统的转发器通信分系统分为转发器和卫星天线两大部分。卫星天线部分将在14节专门讲述a这里仅介绍卫星转发器部分。每个空间转发器是一套高灵敏度及宽频带的收、发信设备。它的主要作用是对需要转发的输入信号进行接收、放大、变频并再次发射。转发器的上行频率和下行频率应取不同的数值，以使两者互相隔离、减小干扰。转发器可分为单变频转发器、双变频转发器和处理转发器。四、通信卫星的组成及其工作原理图**示出了通信卫星各系统的组成方框图。由通信分系统、控制分系统、遥测与指令分系统、电源分系统相温控分系统5个部分组成。1、通信分系统的转发器通信分系统分为转发器和卫星天线两大部分。每个空间转发器是一套高灵敏度及宽频带的收、发信设备。它的主要作用是对需要转发的输入信号进行接收、放大、变频并再次发射。转发器的上行频率和下行频率应取不同的数值，以使两者互相隔离、减小干扰。转发器可分为单变频转发器、双变频转发器和处理转发器。
2、控制分系统控制分系统由各种可控的调整装置，如各种喷气推进器、各种驱动装置和各种转换开关等组成。在地面遥控指令站的指令控制下，对卫星的姿态、轨道位置、各分系统的工作状态和主、备用设备的切换等进行控制和调整。控制分系统是一个执行机构，即执行遥测指令分系统的指令的机构。3、遥测指令分系统地球上的控制站经常不断地需要了解卫星内部设备的工作情况，有时要通过遥测指令信号控制卫星上设备产生一定的动作。如当某部件发生故障时，能够自动地换接备用部件等。这些功能都是通过卫星上的遥测指令系统来完成的，以保证卫星通信正常进行。4、电源分系统卫星上的电源除要求体积小、重量轻、效率高和可靠性之外，还要求电源能在长时间内保持足够的输出。通信卫星用的电源有太阳能电池、化学电池和原子能电池等。目前，仍以太阳能电源和化学电池（即镍镉电池）为主。5、温控分系统在通信卫星里，会因为行波管功率放大器和电源系统等部分产生热而升温。当卫星受太阳照射时和环绕到地球的背面时，两者的温度差别很大而且变化极为频繁。而卫星上的通信设备，尤其是本振设备要求温度恒定，否则会影响卫星发射的射频频率的稳定性，从而影响通信质量。温控分系统就是为控制卫星里的温度而装置的。控制卫星的温度可以来用涂层、绝热和吸热等消极的温度控制方法。也可以
利用双金属簧片应力的变化来开关隔栅，利用热敏元件来开关加热器或制冷器，即积极的温度控制方法。卫星的温度是通过温度传感器反映给卫星的遥测指令分系统的，由自遥测指令分系统的编码器编成遥测信号，发给地面的卫星控制中心。控制中心根据所得到的卫星温度状态，在必要时发出控制卫星温度的指令信号，去控制卫星的温度，以恢复或保持预定的温度。四、微波通信的天线馈线系统1、天线债线系统的型式微波通信系统中的馈线南同抽电缆型和波导型两种型式。一般在分米波波段（2GHz），采用同轴电缆馈线。在厘米波段(4GHz以上频段),因同轴电缆损耗较大,故采用波导型馈线。波导馈线又分为圆波导馈线和矩形波导馈线两种。由于在一根圆波导馈线系统中可以传输相互正交的两种极化波,因此在与双极化天线连接时,只要一根圆波导馈线系统即可。故室外的馈线系统用圆波导馈线较多。图**所示的是同轴电缆型天、馈线系统。图**所示的是圆波导型天、馈线系统。2、对徽波天线的技术要求常用微波天线的基本形式有:喇叭天线、抛物面天线、喇叭抛物面天线及潜望镜天线等。对微波天线部分的要求:天线增益高、与馈线匹配良好以及波道间寄生耦合小。由于微波天线都采用面式天线,所以还应使天线具有一定的抗风强度和防冰雪的措施。
2、通信卫星的天线系统卫星天线有两种类型。一种是用于遥控、遥测和信标信号的全向天线,接收地面的指令及向地面发送遥测数据。这种天线常用鞭状、螺旋形、绕杆式或套筒
偶极子天线,属于高频或甚高频天线。另一种是用于通信的微波定向天线,根据波束宽度不同,分为三类：(1)全球波束天线波束宽度约为17°-18°。(2)点波束天线:其波束比全球波束窄得多,故增益较高,但其辐射的区域比全球波束小得多。(3)区域波束天线:如果地面要求覆盖的区域形状不规则,就要用区域波束天线,也称赋形波束天线。其覆盖区域可通过修改天线反射器的形状或使用多个馈源从不同方向照射天线反射器,由反射器产生多个波束的组合来实现。
3、地球站的天线馈线系统1、概述地球站的天线是卫星通信中最具特色的设备是一个庞大的系统。当卫星通信
用C频段和Ku频段时,根据地球站天线的口径大小可划分为大、小三种站型。中、天线口径为15-33m的为大型站,口径为7-15m的为中型站，口径为3-7m的为小型站,而VSAT系统的天线口径更小4为0.6-3m。卫星通信的地球站天线采用的是反射型面式天线，例如抛物面天线、卡塞格林天线、改进型或修正型的抛物面天线及环焦天线等。目前大多数地球站均采用修正型卡塞格林天线。地球站天线的基本特点：收发共用一副天线,所以要求天线具有宽频带工作特性；高增益、低旁瓣和低的天线接收噪声温度,其半功率点宽度在0.2以下，通过对天线抛物面几何形状的修正及采用高效率馈源,可使天线总效率达到0.75-0.8；此外,为了使地球站天线始终对准卫星，要求天线应具有机械驱动和自动跟踪控制系统。2、地球站天线馈线系统的组成图**所示的为地球站的天线馈线系统方框图。它与视距微波通信天馈线系统相比,显然多了一套天线跟踪卫星的系统,即地球站天线的轴要始终对准卫星方向。跟踪的方法有三种：手动跟踪、程序跟踪和自动跟踪。因为自动跟踪能使天线连续地跟踪卫星,而且精度较高,故在大型标准地球站中通常都采用自动跟踪方式。五、微波与卫星通信的频率配置1、微波通信的射频频率配置一条微波通信线路有许多微波站,每个站上又有多波道的做波收发信设备。为了减小波道间或其他路由间的干扰,提高微波射频频带的利用率,对射频频率的选择和分配就显得十分重要了。频率配置的基本原则为以下几点：不论是模拟微波还是数字微波,其频率配置都应符合下面的基本原则。(1)在一个中间站,一个单向波道的收信和发信必须使用不同频率,而且有足够大的间隔，以避免发送信号被本站的收信机收到，使正常的接收信号受到干扰。(2)多波道同时工作时,相邻波道频率之间必须离足够的间隔,以免互相发生干扰。(3)整个频谱安排必须紧凑，使给定的频段能得到经济的利用。(4)因微波天线和天线塔建设费用很高，多波道系统要设法其用天线。所以选用的频率配置方案应有利于天线共用，达到天线建设费用低，又能满足技术指标的目的。(5)对于外差式收信机，不应产生镜像干扰，即不允许某一波道的发信频率等于其他波道收信机的镜像频率。根据上述的频率配置原则,当一个站上有多个波道工作时,为了提高频带利用率,对一个波道而言,宜采用二频制。即两个方向的发信使用一个射频频率,两个方向的收信使用另外一个射频频率。2、卫星通信频段的选取1、考虑的主要因素卫星通信使用的工作频段虽然也属于微波频段(300MHz-300GHz),但由于卫星通信电波传播的中继距离远,从地球站到卫星的长距离传输中,既要受到对流层大气噪声的影响,又要受到宇宙噪声的影响。因此,卫星通信工作频段的选取将影响到系统的传输容量、地球站发信机及卫星转发器的发射功率、天线口经尺寸
及设备的复杂程度等。选取工作频段时，考虑的主要因素有：(1)天线系统接收的外界干扰噪声要小；(2)电波传播损耗要小；(3)适用于该频段的设备重量要轻，且体积小；(4)可用频带宽,以便满足传输信息的要求;(5)与其他地面无线系统(雷达系统、地面做波中继通信系统等)之间的相互干扰要尽量小；(6)尽可能地利用现有的通信技术和设备。2、卫星通信的无线电窗口由于大气层中的对流层中的氧和水蒸气会对电波有吸收作用,雨、雾以及雪也会对电波产生吸收和散射衰耗，资料显示，在0.3-10GHz频段,大气吸收衰耗最小,称为无线电窗口。此外，在30GHz附近也有一个衰减的低谷,称为半透明无线电窗口。因此,选择工作频段时，应选在这些窗口附近。目前大多数卫星通信系统选择了如下频段:(1)UHF(超高频)频段——400/2OOMHz;(2)微波L频段——1.6/1.5GHz；(3)微波C频段——6.O/4.0GHz;(4)微波X频段——8.O/7.0GHz.(5)微波Ku频段——14.0/12.0GHz和14.0/11.0GHz;(6)微波Ka频段一-30/20GHz。随着通信业务的迅速增长,人们正在探索应用更高频段的可能性。1971年的世界无线电行政会议已确定将宇宙通信的频段扩展到275GHz。在实际应用中，国际卫星通信的商业卫星和国内区域卫星通信中大多数都使用6/4GHz频段。其上行频率为5.925—6.425GHz，下行频率为3.7—4.2GHz,卫星转发器的带宽可达500MHz。为了不与上述的民用卫星通信系统干扰,许多国家的军用和政府用的卫星通信系统使用8/7GHz频段。其上行频率为7.9—8.4GHz，下行频率为7.25—7.75GHz。由于卫星通信业务量的急剧增加,1—10GHz的无线电窗口日益拥挤,14/11GHz频段已得到开发和使用,其上行频率为14—14.8GHz,下行频率为10.95—11.2GHz和11.45—11.7GHz等。第二章数字信号的调制与解调第四章微波传播众所周知,在微波通信和卫星通信系统中,其射频均为微波频率,实现不同站址间的信息传输是靠空间的无线信道完成的，所以无线信道，即电波空间所产生的自然现象,例如雨、雾、雪及大气湍流等现象都会对电波的传输质量带来影响，并产生衰落。第一节自由空间的电波传播1、电波与自由空间的概念微波是一种电磁波,微波射频为300MHz-300GHz，是全部电磁波频谱的一个有限频段。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,故称为横电磁波,记作TEM波。有时我们把这种电磁波简称为电波。
自由空间又称为理想介质空间,即相当于真空状态的理想空间。这个空间充1满着均匀、理想的介质,它的导电率σ=0，介电系数?010?9F/m(法/36?米)，导磁系数?0?4107H//m(亨/米)。2、自由空间传播损耗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,也就是说,总能量并没有被损耗掉。但是,电波在自由空间传播时,其能量会因向空间扩散而衰耗。因为电波由天线辐射后,便向周围空间传播，到达接收地点的能量仅是一小部分。距离越远,这一部分能量越小。如同一只灯泡所发出的光一样,均匀地向四面八方扩散出去。显而易见,距离光源越远的地方,单位面积上接收到的能量也越少。第二节地面反射对电波传播的影响不同路由的中继段,当地面的地形不同时,对电波传播的影响也不同。主要影响有反射、绕射和地面散射。地面散射往往表现为乱反射,对主被射束的影响较小,本章不予讨论。绕射将在下节讨论。反射影响的主要表现:地面可以把天线发出的一部分信号能量反射到接收天线(光滑地面或水面反射的能量更大些),与主波信号产生干涉,并与主波信号(直射波)在收信点进行矢量相加，其结果是收信电平与自由空间传播条件下的收信电平相比，也许增加，也许减小。1、平坦地形对电波的反射这里所述的平坦地形是指不考虑地球曲率的影响。下面所研究的环境已不再是自由空间,而是在真实大气中地面对电波的反射。在实际的微波通信线路中,总是把收、发天线对准,以使收端收到较强的直射波。但根据惠更斯原理(或因天线方向性所限),总会有一部分电波投射到地面。所以在收信点除收到直射波外，还要收到经地面反射并满足反射条件(入射角等于反射角)的反射波，如图**所示。
三、对流层对电波传播的影响从地面算起,垂直向上,可把大气分为6层,依次称作对流层、同温层、中间层、电离层、超离导以及逸散层。对流层是指自地面向上大约10km范围的低空大气层。由于天线架设的高度远不会超出这个高度,而且微波通信采用空间传播方式，因此研究微波在大气中的传播只要研究电波在对流层中的传播就可以了，其他各层对微波传播的影响不大，对流层集中了整个大气质量的四分之三。当地面受太阳照射时,地表温度上升，地面放出的热量使低温大气受热膨胀，进而造成了大气密度的不均匀，于是产生了大气的对流运动,故命名为对流层。对流层对微波传播的影响，主要表现在以下几点。(1)由于气体分子谐振引起对电磁波能量的吸收。这种吸收对波长2cm以下的微波才比较显著,对较长的波长可不予考虑.(2)由雨、雾、雪引起对电磁波能量的吸收，这种吸收对波长为5cm以下的做波才比较显著,对较长的波长可不予考虑。(3)由于气象因素等影响，使对流层也会形成云、雾之类的“水气囊”,形成了大气中的不均匀结构。这些不均匀结构将使对流层中的电波产生折射、吸收、反射和散射等现象,最主要的现象是大气折射。四、几种大气和地面效应造成的衰落1、概述大气中有对流、平流、端流以及雨雾等现象,它们都是由对流层中一些特殊的大气环境造成的,并且是随机产生的。加上前面讲过的地面反射对电波传播的影响,就使发端到收端之间的电波被散射、折射、吸收,或被地面反射。在同一瞬间,可能只有一种现象发生(影响较明显),也可能几种现象同时发生,其发生的频
次及影响程度都带有随机性。这些影响就使收信电平随时间而变化并产生了随机衰落现象。有时衰落的持续时间很短,例如几秒钟或几分钟,叫做快衰落，有时衰落的时间持续几十分钟到几小时,叫做慢衰落。收信电平低于自由空间电平几十分贝的衰落叫做下衰落;收信电平高于自由空间电平几个分贝乃至十几个分贝的衰落，称为上衰落。2、衰落的种类（1）大气吸收衰耗众所周知任何物质的分子都是由带电的粒子组成的，这些粒子都有其固有的电磁谐振频率。当通过这些物质的微波频率接近它们的谐振频率时这些物质对微波就产生共振吸收。大气中的氧分子（O2）具有磁偶极子，水蒸气分子（H2O）具有电偶板子，它们都能从电磁波中吸收能量，产生吸收衰耗，如图**所示。
水蒸气的最大吸收峰在λ=1.3cm(f=23GHz)处；氧的最大吸收峰在λ=0.5cm(f=60GHz)处.从总吸收曲线(c)可以查出,当微波频率为12GHz时(波长2.5cm),水蒸气和氧分子总的吸收衰耗约为0.015dB/km。若站距为50km，则一个中继段的衰耗约为0.75B。因此,微波工作频率小于12GHz时,和自由空间传播损耗相比，可以忽略不计。（2）雨雾引起的散射衰耗雨雾中的小水滴能散射电磁波能量而造成散射衰耗，如图**所示。从图中曲线(e)可见，在浓雾情况下,波长大于4cm(7500MHz)、站距为50km的散射衰耗约为3.3dB。一般来说,10GHz以下频段,雨雾的散射衰耗还不太严重，通常两站之间的衰耗也只有几分贝。但是10GHz以上频段，中继站之间距离将主要受降雨衰耗所限制，在20GHz(波长为1.5cm)以上时，中继站站距只好缩减到
几公里。
（3）K型衰落这是一种多径传输引起的平涉型衰落,它是由于直射波与地面反射波(或在某种情况下的绕射波)到达接收端因相位不同互相平涉造成的电波衰落。其相位平涉的程度与行程差有关,而在对流层中,行程差?r是随K值(大气折射的重要参数)变化的,故称K型衰落。这种衰落尤其在线路经过水面、湖泊或平滑地面时特别严重,因气象条件的突然变化，甚至会造成通信中断。前面讲过的因地面影响产生的反射衰落及因大气折射产生的绕射衰落,当其衰落深度随时间变化时引起的衰落均属K型衰落。K型衰落除地面效应外，大气中有时出现的突变层也能使电波反射或散射,并同直射被和地面反射构成了电被的多径传播,在接收点产生干涉，这也是一种K型衰落。K型衰落又叫多径衰落。（4）波导型衰落由于各种气象条件的影响,如地面被太阳晒热,夜间地面的冷却,以及海面和高气压地区,都会形成大气层中的不均匀结构。当电磁波通过对流层中这些不均匀层时,将产生超折射现象,形成大气波导。只要微波射线通过大气波导,而收、发两点在被导层下面(如图**所示),则收信点的场强除了直射波和地面反射波外,还可能收到“被导层”的反射波,形成严重的干涉型衰落,往往造成通信中断。（5）闪烁衰落对流层中的大气常常发生体积大小不等现象。无规则的撞在涡运动,称为大气精流。大气精流形成的一些不均匀小块或层状物使介电系数ε与周围不，并能使电波向周围辐射这就是对流层散射,如图**所示。
在收信点,天线可收到多径传来的这种散射波，它们之间具有任意振幅和随机相位，可使收信点场强的振幅发生变化,并形成快衰落。在视距微波通信中,由对流层散射到收信点的多径场强叠加在一起,使收信场强降低,形成了闪烁衰落。由于这种衰落持续时间短,电平变化小,一般不至于边成通信中断。第五节频率选择性衰落一、电波的多径传播现象1、基本概念由本章前几节讨论的内容知道,对一个中继段而言,收信点除可以收到直射波外,还会收到来自路径某点的反射波。第四节所阐述的大气效应又使大气层中产生一些随机的、不依赖于任何固定反射面的反射和散射电波即收信点可以收到多个途径传来的电波这就是多径传播现象。多个途径的电波在收信点有着随机变化的振幅和相位,收信点电平是它们相互干涉结果的矢量和,所以收信电平也将随这种多径传播现象产生多径的平涉性衰落。这种现象较多地发生在炎热、潮湿的夏季,例如我国黄河流域发生在七、八、九月份较多,平原和水网地区比丘陵山区容易发生这种现象。2、对多径传播的进一步分析可把多径传播归纳为两种类型:一种是直射波与反射波形成的多径;另一种是低空大气层大气效应造成的几种途径并存的多径。一般地说,第一种是主要的,是必然发生的。第二种则居于次要地位，也不一定是经常发生的。但是,当地面反射波强度很弱，甚至很微弱时，第二种多径影响就将成为主要因素。因为上述的多径平涉性衰落是由几条不同路径的电波相干涉而产生的，所以从道理上讲,对其衰落模型的研究本应该由几条被束进行合成。但是,三条以上被束相平涉所造成的衰落使微波电路质量变坏的概率较小因此一般都是对两条被束模型产生的平涉性衰藩机理进行研究。二、频率选择性衰落对微波通信系统传输质量的影响频率选择性衰落将使微(已调波)信号产生带内失真.如果系统的频率配置采用同频双极化工作,还会使交叉极化鉴别度下降;另外,系统具有的抗深衰落能力(衰落储备)也要受到影响。第六节抗衰落技术
微波传播中的衰落现象给中地传输带来了不利的影响,所以,人们在研究电波传播统计规律的基础上,提出了各种对付电波衰落的技术措施,即抗衰落技术。一、概述对抗衰落的技术措施可以从两个方面去考虑:一个方面是对正在准备建设的微波电路的考虑,另一个方面是对已建成微波电路的衰落严重接力段的考虑。对付平坦衰落,往往靠收信机中频放大器的AGC电路和采用备用波道倒换的办法。而对付频率选择性衰落,就要用分集技术和自适应均衡技术了。1、准备建设的微波电路首先要按设计程序选好路由,为了防止地面反射造成的干涉型K型衰落,应避免使线路穿越水网、湖面或海面等强反射区域。这是对付K型衰落的上策。若出于某个方面的特殊需要,线路不得不通过上述区域时,可根据当地的地理条件,尽可能利用某些地形、地物阻挡反射波,以减少地面反射波到达收信点的强度。当然要保证在等效地球半径系数K值变化范围内,有足够的天线余隙。若反射不能被地形地物所阻挡,就应设法增大收发天线的高度差,以使反射点落在低天线的一端，这就是高低型天线法。当等效地球半径系数K值在较大的范围变化,迫使反射点落在偶数费涅耳区时,那就只好采用分集技术或抗衰落天线了。2、已建成的做波电路(1)分集技术与种类目前在微波通信和卫星通信系统中,抗衰落的主要手段是采用分集技术。分集就是指通过两条或两条以上途径(例如空间途径)传输同一信息,以减轻衰落影响的一种技术措施。分集技术包括分集发送技术和分集接收技术。从分集的类型看,使用较多的是空间分集和频率分集,除此之外,还有以下几种。把空间分集和频率分集组合起来，即发站用两个频率发送同一信息，收站用垂直分隔的两副天线各自接收不同频率的信号，再进行合成或选择,就称为混合分类。此外还有时间分集(不同的时间传输同一的信息)、站址分集(例如卫星通信为了克服降雨衰耗的影响，采用相隔几公里的两个地球站接收同一信息，然后进行择优)和角度分集(对流层散射通信中,在不同角度上接收同一信息的方式)等。无论何种分集方式,都是利用在不同的传播条件下,几个微波信号同时发生深衰落的概率小于单一微波信号(同一衰落深度)的概率来取得分集改善效果的。(2)分集改善效果分集改善效果指采用分集技术与不采用分集技术两者相比,对减轻深衰落影响所得到的效果(好处)。为了定量地衡量分集的改善程度,常用分集增益和分集改善度这两个指标来描述。3、微波通信常用的空间分集接收方式