劉文龍

【摘要】隨著科技進(jìn)步以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用，通信領(lǐng)域中的微波傳輸技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用并取得了令人矚目的輝煌業(yè)績(jī)。人們借助其強(qiáng)大的傳輸功能和特點(diǎn)，使通信變得極為便捷、可靠。在微波通信傳輸系統(tǒng)中，看似簡(jiǎn)單的微波天線是不可或缺的組成部分。本文僅就微波天線的工作特性及其優(yōu)化方式兩個(gè)方面做出闡述，使人們對(duì)微波天線的應(yīng)用有所了解，從而對(duì)微波維護(hù)工作有所啟發(fā)。

【關(guān)鍵詞】微波傳輸;天線;優(yōu)化;維護(hù)

一、前言

在無(wú)線通信領(lǐng)域中，微波傳輸技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。微波天線是微波通信系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)。微波天線是微波通信系統(tǒng)設(shè)備的“出口”和“入口”，其質(zhì)量和性能，安裝及調(diào)試是否精準(zhǔn)，維護(hù)的到不到位，都直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行因此，微波天線的安裝調(diào)試及其維護(hù)工作至關(guān)重要，在微波設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)管理工作中，必須克服重主設(shè)備輕外圍設(shè)備的傳統(tǒng)理念。

微波天線并非是一個(gè)非常完美的設(shè)備，它需要技術(shù)人員經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)、修改，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài)，以使微波天線運(yùn)行更加穩(wěn)定，傳輸?shù)男首畲笙薅鹊奶岣摺．?dāng)前對(duì)于微波天線的優(yōu)化，有很多的研究成果，但大多是從單一要素進(jìn)行酌量，因?yàn)槿狈?duì)綜合各種因素影響的考慮，優(yōu)化的結(jié)果并不是特別理想。所以目前微波天線仍處于發(fā)展和完善階段。這篇文章就是想集合多種因素的影響，綜合分析，優(yōu)化選擇微波天線的方法。

二、微波天線選擇時(shí)應(yīng)著重考慮的三個(gè)因素

在傳輸過(guò)程中微波信號(hào)會(huì)受到多重因素的干擾，如地面的反射;大氣中水分子的散射、海面的折射;巨型建筑物、高山的折射和繞射等等。從而導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度衰減和失真，甚至可能中斷。如何選擇微波天線，并用什么方法對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，是要考量以上三個(gè)因素，結(jié)合微波通信的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行優(yōu)化的。本文從以下三點(diǎn)因素的影響，探討有效解決辦法。

（一）地面地形因素

在微波通訊體系中，微波信息的傳導(dǎo)主要是使用微波的視距傳播。其使用的頻率基本在2GHZ以上至20GHz以下。微波的波長(zhǎng)是很短的，在不同的地理?xiàng)l件下，它的反射系數(shù)還有電平損耗都會(huì)不一樣。它在空中傳導(dǎo)時(shí)，會(huì)有擴(kuò)散傳播的現(xiàn)象，其單位面積內(nèi)的能量也會(huì)隨著傳播距離的加大而變小，這種能量減少的現(xiàn)象稱之為自由空間傳輸損耗。各種高大的實(shí)體障礙物，也會(huì)攔截一部分的電磁波，增加了微波信號(hào)的損耗。而平整的地面或湖面也可以把少量的信號(hào)反射到接收天線上面，反射信號(hào)和直射信號(hào)重疊相加就會(huì)互相抵消出現(xiàn)更多的能量損耗。這種反射對(duì)微波傳輸?shù)挠绊懞艽螅娖剿ヂ涞暮艽笠蛩鼐褪撬斐傻?。?dāng)微波傳輸路徑上有刀刃形狀障礙物，或山峰的阻擋時(shí)，就會(huì)是另一種情況。如收發(fā)信天線之間有類似刀刃狀的障礙物阻隔，微波傳輸就會(huì)增加6dB電平衰耗;當(dāng)這個(gè)障礙物的頂端高于天線之間的連線時(shí)，電平就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的衰減，在施工中應(yīng)提前測(cè)量好兩點(diǎn)的間隔是否有障礙物以避免此類事件發(fā)生，如果遇到，可以嘗試提高天線的安裝高度，或換個(gè)接收點(diǎn)改變線路。? ? ?微波傳輸還有一個(gè)特點(diǎn)，頻率越低，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，它的繞射能力就越強(qiáng)，所以可以利用它這個(gè)特點(diǎn)在一定情況下加以利用。

（二）地面反射因素

微波接收天線在收到發(fā)射天線直接傳過(guò)來(lái)的信號(hào)時(shí)，還會(huì)收到經(jīng)地面反射過(guò)來(lái)的信號(hào)，這兩股信號(hào)綜合可能出現(xiàn)兩種情況，一是信號(hào)電平的增大，二是信號(hào)電平的減小，這種情況不能忽略。

（三）大氣影響

氣中的成分會(huì)吸收一定量微波信號(hào)，使信號(hào)產(chǎn)生少量的衰減。同時(shí)隨著氣候的變化使微波的傳輸方向產(chǎn)生一定的偏移。這也會(huì)導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量的下降。但它們相對(duì)于自由空間產(chǎn)生的衰減比重是很小的。不可忽視的是，大氣中的小水滴會(huì)使電磁波產(chǎn)生散射衰落。頻率越高，散射衰落就會(huì)越嚴(yán)重。如果頻率超過(guò)9GHz以上，遇到雨霧天氣時(shí)，散射衰落將會(huì)非常嚴(yán)重。如饋管密封出現(xiàn)問(wèn)題，滲入融水，雨水的話，也同樣會(huì)造成波導(dǎo)異常甚至停傳的情況。例如，2012年3月，國(guó)干大青山微波站對(duì)人頭山微波站方向，每日中午12點(diǎn)以后接收電平開(kāi)始衰落直至停傳，到下午三至四時(shí)又自動(dòng)恢復(fù)的奇怪現(xiàn)象。探究其規(guī)律性和饋管氣泵的啟動(dòng)頻率比以前高出很多的因素，認(rèn)真分析后，認(rèn)為可能是饋管內(nèi)部進(jìn)水結(jié)冰造成的。由于饋管法蘭頭密封不好引起雪水滲入，而且饋管外皮的顏色是黑色的，吸熱能力較強(qiáng)，當(dāng)中午時(shí)分，氣溫升高，結(jié)冰融化，逐漸形成水汽，造成信號(hào)逐漸衰落導(dǎo)致阻斷;而下午氣溫逐漸下降，波導(dǎo)內(nèi)水汽結(jié)冰形成光滑的平面，這時(shí)微波信號(hào)又可以自由通過(guò)了。后來(lái)打開(kāi)天線與饋管接頭發(fā)現(xiàn)內(nèi)部果真進(jìn)水了，經(jīng)過(guò)采取更換饋管的搶修措施，成功的排除了這一故障。

三、微波天線的優(yōu)化措施

怎樣才能使微波天線的收發(fā)端有效的發(fā)送和接收到優(yōu)質(zhì)的信號(hào)，就要充分的考慮到地形、地面、大氣、這三大因素。針對(duì)性的采取一些方法，來(lái)進(jìn)行優(yōu)化。

（一）分集技術(shù)的優(yōu)化

分集技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法，分集技術(shù)，就是在微波接收端把多路相關(guān)性不大的接收信號(hào)進(jìn)行選擇或加以合成，從而減輕多徑衰落造成的影響。在采集多條相對(duì)獨(dú)立信號(hào)路徑的同時(shí)選取兩條或兩條以上信號(hào)較強(qiáng)的信號(hào)進(jìn)行合并，以達(dá)到提高接收端瞬時(shí)信噪比和平均信噪比的目的，一般可提高20dB左右。具體實(shí)施方法如下：

1.空間分集

空間分集還有一個(gè)稱呼叫天線分集。采用最多的分集方法就是使用微波天線把信號(hào)打出去，使用多面接收天線把信號(hào)收回來(lái)，繼而把多路信號(hào)進(jìn)行合并。一定要保證信號(hào)相對(duì)獨(dú)立，采取的措施就是要使天線間的間距盡量的大一些，最好能讓接收天線之間的間距大于半個(gè)波長(zhǎng)。在實(shí)際應(yīng)用中分集的重?cái)?shù)大至掌握在2-3。

2.極化分集

顧名思義就是通過(guò)水平和垂直兩種極化的方法使兩種極化衰落的特點(diǎn)不盡相同。我們可以選擇用一個(gè)高信號(hào)強(qiáng)度。該技術(shù)在傳輸效率和提高鏈路容量有明顯效果。

3.角度分集

就是利用接收端的信號(hào)非同向的特點(diǎn)，在接收端使用多面非同向的接收天線，然后將其合并，以此來(lái)提高信號(hào)強(qiáng)度。當(dāng)然，這將會(huì)使設(shè)備的復(fù)雜程度大為提高。

（二）分集技術(shù)的改善效果

評(píng)估采用分集技術(shù)和非分集技術(shù)對(duì)降低衰落產(chǎn)生的影響。經(jīng)常使用標(biāo)稱改進(jìn)結(jié)果來(lái)定量評(píng)估分集改善是否有效。

由于發(fā)射端的信號(hào)會(huì)由多路徑傳輸?shù)浇邮斩?，造成接收端的多路信?hào)不能同步，導(dǎo)致誤碼。自適應(yīng)均衡技術(shù)就是通過(guò)接收端所使用的一個(gè)均衡器，通過(guò)發(fā)射一條與信道特性相反的信號(hào)用以抵消發(fā)射端由多徑傳輸所產(chǎn)生的干擾，從而減小誤碼的技術(shù)。均衡分為頻域均衡和時(shí)域均衡。一般情況下都會(huì)同時(shí)使用這兩種自適應(yīng)均衡器，目的就是為了最大程度的使電路抗衰落能力得到提高。

（三）阻抗匹配技術(shù)

微波天線的輸入阻抗是天線饋電端輸入電壓與輸入電流的比值。天線與饋線的連接，最佳情形是天線輸入阻抗是純電阻且等于饋線的特性阻抗，這時(shí)饋線終端無(wú)功率反射，饋線上沒(méi)有駐波，天線的輸入阻抗隨頻率的變化呈線性。天線的阻抗匹配就是消除天線輸入阻抗中的電抗分量，使電阻分量盡可能地接近饋線的特性阻抗。這就要求我們?cè)诎惭b或日常維護(hù)工作中，除了嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程和維護(hù)規(guī)程保證設(shè)備自身的阻抗匹配外，必須認(rèn)真細(xì)致地檢查各連接件之間的良好接觸，避免人為引起阻抗不匹配因素。

四、結(jié)束語(yǔ)

微波數(shù)字化改造即將開(kāi)始，微波天線在微波通信系統(tǒng)的傳輸中，至關(guān)重要。作為微波工作者，要充分考慮到地面地形、地面反射、大氣影響這三個(gè)因素，優(yōu)化分集技術(shù)，嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，避免人為因素引起阻抗不匹配等問(wèn)題，提高工作效率。