微波通信在广播电视中的应用

张体辉

【摘 要】随着科学技术的快速发展，数字微波通信技术在当前的电视直播中的作用愈加明显。微波中继系统是微波通信中最常用到的方式，本文对微波中继系统的工作原理和系统组成做了详细的介绍，同时对于微波器件进行了详细的描述。

【关键词】微波通信；微波中继；微波器件

Abstract：As the rapid development of science and technology， the digital microwave communication technology is more important in the TV live broadcast. The microwave relay system is commonly used in the digital microwave communication. In this paper， the working principle and composition of microwave relay system are introduced in detail， and describes the microwave devices at the same time.

Key words： microwave communication； microwave relay system； microwave devices

前 言

微波是指波长为1米至1毫米或频率为300MHz至300GHz范围内的电磁波。微波通信是指用微波波段的电磁波进行的通信，与短波通信相比，它具有通信容量大，传输质量高，抗干扰性强，成本低，建设速度快等优点，因此广泛用于广播电视的通信中。

微波在空气环境中的传播性与光波在空气环境中的传播今本上表现为同等的状态，都在空气环境中呈现出直线的前进并且延伸到空间当中，如果出现阻挡，则将会导致微波发生一定程度的反射，影响其传输性能的实现。从这一方面来说，按照当前的技术条件，建立在适当范围内的通信是数字微波通信技术的关键。而由于受到客观因素的影响，信号质量就会变得很差。如受地球表面传输和空间传输较大的衰落问题影响，信号质量就会变得很弱，甚至中断。如果想在不影响信号质量的前提下进行远距离的通信与传输，那么就必须要通过对传输信号进行反复的中继转发，才能达到接力传输的重要目的。换言之，就是在应用数字微波通信技术进行视频和音频信号的传输过程中，设置相应的终端站点，使数字微波传输线路的两端位置传输顺畅。

一、微波中继系统

微波的波长很短，可以使用尺寸较小的天线，把电磁波聚积成一个很尖锐的波束，按指定的方向发射，使得传播能量高度集中，远距离传输时，必须采取中继的传输方式。由于工作频率高，受外界干扰小，通讯较稳定，定向传播保密性好。

微波站按工作性质不同， 可分成数字微波终端站、数字微波中继站和数字微波分路站。终端站指在基带进行连接或转接的微波站。微波中继站主要完成信号的双向接收和转发。有调制、解调设备的中继站， 称再生中继站。再生中继站具有全线公务联络能力，并向网管系统汇报站信息。需要上、下话路的中继站称微波分路站，当进行电视信号转接时，基带信号不需要经过调制解调，而是用分路机直接分出。

微波中继系统采用的中继方式具有基带中继、外差中继和直接中继三种方式。基带中继是指在每个中继站都对微波信号进行解调、调制再发射出去的办法。外差中继是指将接受到的微波信号，经变频为中频后，在中频信号上进行放大，再将中频信号变频为微波信号发射出去的一种方法。直接中继则是把接收到的微波信号经直接变频为微波信号发射出去。

微波信号在进行变频时要遵循以下频率分配原则：同站的收发采用不同频率；多波道同时工作时，相邻波导的频率必须有足够的间隔，以免互相干扰；在给定的频段内频谱安排必须紧凑；对于外差收信机，除收信频率外，还有多个灵敏干扰区，其他信号对这些灵敏区的干扰应为最小。

微波通信中应用了以下关键技术：

（一）频分多路复用原理

即利用载波的办法在发射端把多个信息信号搬到各个不同的载频上形成载波来传输，到了收信端再将各信息信号从载波上卸下来，达到在一条通信线路上实现多路通讯的目的。

（二）交叉极化干扰抵消技术

为了进一步增加数字微波系统的容量， 提高频谱利用率， 在数字微波系统中除了采用多状态调制技术外， 还采用双极化频率复用技术， 使单波道数据传输速率成倍增长。但在出现多径衰落时， 交叉极化鉴别率会降低， 从而产生交叉极化干扰。为此， 需要一个交叉极化抵消器， 用以减小来自正交极化信号的干扰。

（三）自适应频域和时域均衡技术

当系统采用多状态QAM 调制方式时， 要达到规定的性能指标， 对多径衰落必须采取相应的对抗措施。因此， 必须采取强有力的抗衰落措施。在各种抗衰落技术中， 除了分集接收技术外， 最常用的技术是自适应均衡技术， 包括自适应频域均衡技术和自适应时域均衡技术。

二、微波设备

微波设备主要包括：微波收发信机、电视调制解调机、天馈线系统、分路系统、电源系统和其他附属设备。

（一）电视调制解调机

1. 电视调制解调机的功能

微波中继通信系统的终端设备，安装在微波通信电路的终端站、中继站或者安装在再生分路站内，用来完成广播、电视信号的中频调制和解调。在发送端，将广播及电视信号伴音信号送入调制系统经调频后变为70MHz中频信号，送入微波发信机的发信系统发送出去。在接收端，微波信号由微波收信系统变为70MHz的中频信号，然后送入电视解调机进行解调，还原为广播信号、电视信号和伴音信号。

2.电视信号的加重技术

在多路载波电话的调频传输中，为了使输出信号的高频端和低频端的信噪比均衡，需要采用加重技术，包括予加重和去加重。予加重是在调制器输入端接入一个予加重网络，这个网络具有随频率升高而使信号幅度提高的特性。由于调频热杂波是由调制器以后的线路决定的，不会因为调制信号被予以加重而改变其频谱分布，使输出信号的信噪比在高频段得到了改善。经过予加重后的调制信号，在高频端要比低频端高的多，为使高、底频端的调制信号电平恢复到原来电平，在解调器的输出端，还要接入一个去加重网络。这个网络的特性是，在高频端将信号降低，在低频端将信号电平提高。由于调频传输热杂波产生于解调器以前的线路中，而去加重网络安置在解调器以后，故去加重网络将对信号和热杂波同时其作用。这样，调制信号经过予加重和去加重之后，频谱分布仍保持不变，而调频传输热杂波在高端被降低了，高频端的信噪比得到了显著改善。

采用加重技术的优势：

（1）可以减少微分增益、微分相位失真。

（2）可以减少视频信号中，同步信号对伴音信号的干扰。

（3）可以使解调后的信号中高频端和低频段的信噪比均衡。

（4）减小了调频频偏，使调制器、解调器的技术指标容易实现。

（二）微波天馈线系统

1.微波天线

微波天线将沿馈线传播的电磁波变为自由空间传播的电磁波，将自由空间的电磁波变为沿馈线传播的电磁波，完成收发功能。

在微波通信中通常使用卡塞格论天线，这是一种具有双反射器的天线系统，由喇叭辐射射器、抛物面反射器、双曲面反射器组成，具有机械结构简单、维护方便、使用灵活等特点。

微波天线性能上要达到以下要求：良好的方向性；高增益；较高的交叉极化去耦度；较低的系统驻波比；具备必要的工作频带；具有足够的机械强度和使用可靠性。

2.馈线系统

馈线系统是连接天线与收发分路系统，起传输信号及将收发信号进行分离和合成的作用的系统。馈线系统组成如图1所示。

3.微波器件

在微波系统中，除了用波导管传输微波信号外，还需要实现对微波信号进行定向传输、衰减、分配、存储、隔离、滤波、相位控制、波型转换、阻抗变换、阻抗调配及其它特殊作用的原件，统称为微波元件。

微波波段不能使用普通的集中参数元件，即普通的电阻器、电容器、电感器。因为电路元件中的金属导体的趋肤效应十分严重，导体上传导电流带来的热损耗很大。由于工作波长短，集中参数元件的尺寸已经和工作波长相比拟，辐射损耗很大。同时，在频率很高时，电容器的导体电感和引线电感作用加大，有可能使电容器变为电感器，而电感器的线圈中的分布电容作用显著，有可能使电感器变为电容器，可能变为更复杂的网络，因而失去元件本身原来的作用。

通常使用的波导元件及作用如下：

波导电阻元件：波导吸收式衰减器、全匹配负载。

波导电抗元件：电容膜片、电感膜片、谐振窗、电感销钉、电容螺钉。

同轴波导转换：使波导与同轴线间有良好的匹配连接，使信号有效地进行传输。

弯波导：在微波电路中常常需要波导管转弯，以改变电磁波传播方向，这就要使用弯波导。

定向耦合器：为了实现电磁波单方向的定向耦合。

微波铁氧体元件：单向器（电磁波单方向传输，几乎无衰减，反向传输几乎不能通过）、环行器（对电磁波具有定向环流作用，常用于分路系统）。

目前微波技术在通信领域得到了广泛的应用，已经成为了必不可少的通讯手段。了解微波系统所用的技术与器件，是我们在日常工作中所必备的知识。

【参考文献】

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