2022年7月3日 星期日

2.9潛望鏡式天線系統

2.9潛望鏡式天線系統

在微波傳輸系統中為避免過長的導波管而引起的過大損失會使用潛望鏡式天線系統,通常在機房的屋頂安裝拋物線天線而在鐵塔上架設平面反射板


潛望鏡天線:一種天線配置,其中發射天線被定向以產生垂直輻

射方向圖,安裝在發射天線上方的平面或離軸拋物面反射器用於將波束在水平路徑中指向接收天線.

電信中,潛望式天線是一種天線配置,其中發射天線被定向以產生垂直輻射方向圖,安裝在發射天線上方的平面或離軸拋物面反射器用於將波束引導到水平路徑中。朝向接收天線。

潛望鏡天線有助於在沒有長傳輸線的情況下增加地形淨空,同時允許有源設備位於或接近地面以便於維護

在微波中繼通信中,天線往往安置在很高的支架上,因此,給天線饋電就得用很長的饋線。饋線過長會產生許多困難,如結構複雜,能量損耗大,由於在饋線接頭處的能量反射而引起失真等。為了克服這些困難,可採用一種潛望鏡天線,潛望鏡天線由安置在地面上的下鏡輻射器和安裝在支架上的上鏡反射器組成。下鏡輻射器一般是拋物面天線,上鏡反射器為金屬平板。下鏡輻射器向上發射電磁波,經過金屬平板反射出去。
潛望鏡天線的優點是能量損耗小、失真小、效率高。主要用於容量不大的微波中繼通信中。



天線周圍的場分為 3 個主要區域:

  • 反應近場

  • 輻射近場或菲涅耳區

  • 遠場或弗勞恩霍夫地區

    遠場區域是最重要的,因為它決定了天線的輻射方向圖。由於天線用於遠距離無線通信,因此這是大多數天線的工作區域。我們將從遠場開始。

    遠場(弗勞恩霍夫)地區

    正如您可能懷疑的那樣,遠場是遠離天線的區域。在該區域中,輻射方向圖不隨距離 (R) 改變形狀。儘管 E 場和 H 場仍以 1/R 衰減,但功率密度以 1/R^2 衰減。遠場以輻射場為主,電場和磁場相互正交,傳播方向與平面波一樣。

    如果天線的最大線性尺寸為D且波長為,則在遠場區域必須滿足以下 3 個條件:

    天線的遠場距離
    [公式 1]
    天線的遠場距離
    [公式 2]
    天線的遠場距離
    [公式 3]

    上面的第一個和第二個等式確保從天線的不同部分在給定方向上輻射的功率大致平行(參見圖 1)。這有助於確保遠場區域中的場表現得像平面波。請注意,>> 表示“遠大於”,如果左側比右側大 10 倍,則通常假定滿足。

    來自任意天線的平行射線

    圖 1. 來自天線上任意點的光線在遠場中大致平行。

    最後,第三個遠場方程從何而來?在輻射天線附近,存在反應場(參見下面的反應近場區域),通常 E 場 和 H 場隨著距離為和 而消失上面的第三個等式確保這些近場消失了,剩下的輻射場隨著距離的下降而下降

    遠場區域有時被稱為弗勞恩霍夫區域,這是光學中的一個遺留術語。

  • 反應性近場區域

  • 在天線附近,我們有反應近場。在該區域,場主要是反應場,這意味著 E 場和 H 場彼此相差 90 度(回想一下,對於傳播或輻射場,場是正交(垂直)但同相)。

    該區域的邊界通常為:

    天線近場

    輻射近場(菲涅耳)區域

    輻射近場或菲涅耳區域是近場和遠場之間的區域。在該區域中,反應場不占主導地位;輻射場開始出現。然而,與遠場區域不同,這裡的輻射方向圖的形狀可能會隨著距離而明顯變化。

    該區域通常由下式給出:

    天線的菲涅耳區

    請注意,根據D的值和波長,該場區域可能存在也可能不存在。

    最後,可以通過下圖總結以上內容:

    天線的場區域,遠場或近場

    圖 2. 最大線性尺寸D天線的場區示意圖。



  • 假設微波天線直徑D=10英尺(304.8cm)工作頻率f=4㎓ (波長λ=7.5cm)計算得

    大型天線的反應近區方程為𝝅D 2 /8λ

    r<=(𝝅D^2)/(8λ)= 3.14x(304.8)^2/(8x7.5) = 4862cm=48.62公尺
    所以從天線到48.62公尺稱為近電場

    天線近場 
    R< 0.62√ ((304.8)^3/7.5) =1204.7cm =
     12.04公尺 
    大型天線的反應近區方程為πD 2 /8λ

    遠場從 2D 2 /λ 開始

    r>= 2 (D^2)/λ = 2 (304.8)^2/7.5 = 2477414cm=24774.14公尺=24.8公里

    當天線的源點到24.8公以上被稱為遠電場

     從49公尺到24.8公里被稱為過渡區電場


    看天線近場和遠場以及它們的區別時,首先要了解不同的場是如何產生的,它們是什麼。

    當射頻信號應用於任何形式的天線時,都會產生電場和磁場。

    施加到天線的信號的電壓元素會產生電場(通常稱為 E 場)。但是電流也會在天線導體中流動,並且該電流會產生磁場(通常稱為 H 場)。這就像人們從對電線上的電勢和電流流動的影響的基本理解所期望的那樣。

    然而,電場和磁場相互作用,形成與天線相關的電磁場。

    更詳細地觀察這些場,我們發現局部 E 和 H 場隨著天線中電壓和電流的頻率上升和流動。

    實際上發現,緊鄰天線的近場彼此相差 90 度,因此這些場導致的淨能量轉移為零。

    這些場也隨著與天線的距離而相對迅速地衰減。

    然而,隨著距離遠離天線,這些局部 E 和 H 場變得更加重要。這些領域產生了另一種形式的領域。它們產生新的同相 E 和 H 場,它們是電磁場,或者在這種情況下是從天線向外傳播的無線電波。

    顯示電和磁組件的電磁波 - 電磁波用於從無線電通信到 wi-fi 無線 LAN、雷達、廣播、雷達等的所有應用
    電磁波

    由於電磁波形的電子 (E) 場和磁場 (H) 是同相的,因此該波形攜帶電力。此外,由於 E 場和 H 場同相並承載功率,電磁波從天線傳播出去,並且比靠近天線的原始 E 場和 H 場衰減得慢得多。

    • 近場:   正如預期的那樣,天線近場區域是靠近天線的區域。它也可以稱為反應性近場區域。

      在這個區域,由電勢和電流產生的電場和磁場占主導地位。如前所述,這些場彼此相差 90°。

    • 過渡區域:   這是近場和遠場區域之間的區域,其中兩種場都不占主導地位,並且存在從一種場到另一種場的過渡。它也可以稱為輻射近場區域。

    • 遠場:   顧名思義,遠場區域是過渡區域以外的區域,在該區域中,局部電場和磁場已經衰減到可以忽略不計的程度,並且電磁波占主導地位,是唯一可檢測的形式的領域。




    2.8 CCIR/CCITT 2500公里假設傳輸設路徑

     2.8 CCIR/CCITT 2500公里假設(模擬)傳輸設路徑

    電話(電視)傳輸路徑通常有三種標準

    1) Bell System Stardard 4000KM
    2) CCIR/CCITT 2500KM
    3) DCS (美軍基準) 6000 Mile
    上述長程微波傳輸系統可以用cable 傳輸或microwave 傳輸但是一般均採用 CCIR/CCITT 2500KM為基準


    微波接力通信鏈路設計(link design for mi-crowave relay systems),是為建設微波接力通信系統所進行的鏈路設計。

    微波接力通信鏈路設計是為建設微波接力通信系統所進行的鏈路設計。目的在於以最小的費用保證必要的傳輸質量,是微波接力系統工程中的重要一環。費用通常用每話路(或相當話路)每公里的造價衡量。
    微波接力系統的設計包括:①根據端站和業務電路分支站間的地理環境選擇站址(包括天線塔的定址),相鄰站天線應選在視距範圍內;②根據電磁環境選用工作頻段;③由路徑剖面情況確定天線高度;④計算路徑損失,在選定以時間百分比表示的傳播可靠度後,接收信號應在一定的門限電平以上,並有一定的餘量,以適應在各種預期的氣象條件下的信號衰落情況;⑤進行路徑調查以確保上述結果的正確性;⑥制定頻率配置方案和必要的工作參數;⑦進行設備與設施的配置,用最經濟的辦法保證必需的衰落餘量;⑧繪製施工圖紙,編制設計檔案。
    微波接力通信鏈路按其信息傳輸方式不同可分為時分多路(多為數字鏈路)和頻分多路(多為模擬鏈路)兩種。在某些特殊情況下,也有上述兩種混合使用的方式。國家標準對這兩種鏈路有不同的規定。

    數位鏈路設計

    我國國家標準與國際電聯的相關建議基本上一致。對各級參考鏈路的長度和通信質量要求如圖1所示。圖中一級鏈路可分成10段(每段2500km),並在參考鏈路的基礎上對圖中的各項指標進行分配(2500km的參考鏈路見微波接力通信系統假設參考電路)。這些指標均在64kbit/s數據流上規定,而參考鏈路也指容量在8Mbit/s以上的系統。
    圖1  27500km數字微波參考鏈路質量指標圖1 27500km數字微波參考鏈路質量指標
    鏈路指標分為傳輸質量和可用度兩大類。兩者的分配可參閱表1和圖2,圖2中, Su/ST≤0.3%;ES/SA≤0.32%;SES/SA≤0.05%;MA=(Sa-SES)/60,DM/MA≤0.4%,設備的可用度可用設備平均故障間隔時間(MTBF)(包括設備內部冗餘量)和平均修復時間(MTTR)表述:
    可用度=1-MTTR/MTBF+MTTR
    圖2 數字鏈路指標圖2 數字鏈路指標
    圖3 指標定義圖解圖3 指標定義圖解
    在大多數情況下,把圖2中的不可用度(0.3%)分給主通信系統,電源系統和人為因素(包括災害,如暴雨或維護人員事故等)三個方面,例如各0.1%。設計時一般根據國標規定選擇設備的可靠度和冗餘配置,用以保證可用度。
    質量指標是指鏈路在可用期間的質量和保證質量的時間機率。鏈路設計時劣於質量規定的時間機率很小。且在時間上,劣化多發生在一年中的最壞月份,空間上劣化多發生在某中繼段,而很少多段同時發生。因此質量指標分配指最壞月份,且將指標按鏈路實際長度L分配。在2500km參考鏈路上,如劣於質量要求的時間機率為P,則在L距離上的時間機率PL應為
    PL=P×L/2500
    式中P代表圖3中各項質量指標劣於規定值的時間機率。

    模擬鏈路設計

    2500km模擬微波參考鏈路見微波接接力通訊系統假設參考電路,其可用度和質量指標的定義類似於數字鏈路。對瞬斷率的分配仍如上述。模擬電話鏈路指標分配如圖4所示。對模擬電視鏈路,當用有效功率表示噪聲(時間常數為ls),用峰-峰值表示信號時,其加權信噪比在任何月份20%以上時間不低於57dB;在任何月份的0.1%以上時間不低於45dB.
    圖4 模擬電話鏈路指標分配圖4 模擬電話鏈路指標分配
    註:①當平均嗓聲功率與參考電路相差很大時,包括括弧內的數。
    ②當L<280km時,按280km分配指標。
    設計中的路由及站址選擇,除應符合通信需要外,還應根據指標按經濟原則選定。

    2022年7月1日 星期五

    2.7轉播系統內載波頻率的排列與頻率岔移

    長程微波轉播系統為避免超越傳播(Over Shoot or Over Reach)而產生干擾或同一極化 而引起的相互干擾轉播系統中的發射與接收頻率或電波極化(垂直或水平)均依照CCIR 382-2 規定排列

    https://search.itu.int/history/HistoryDigitalCollectionDocLibrary/4.280.43.en.1013.pdf

    Frequency frogging頻率蛙跳(頻率岔移)

    From Wikipedia, the free encyclopedia
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    In telecommunication, the term frequency frogging has the following meanings:

    1. The interchanging of the frequencies of carrier channels to accomplish specific purposes, such as to prevent feedback and oscillation, to reduce crosstalk, and to correct for a high frequency response slope in the transmission line.
    2. In microwave radio relay systems, the alternate use of two frequencies at repeater sites to prevent feedback and oscillation.
    3. 交換載波信道的頻率以實現特定目的,例如防止反饋和振盪、減少串擾以及校正傳輸線中的高頻響應斜率
    4. 微波無線電中繼系統中,在中繼站交替使用兩個頻率來防止反饋和振盪。

    Note: Frequency frogging is accomplished by having modulators, which are integrated into specially designed repeaters, translate a low-frequency group to a high-frequency group, and vice versa. A frequency channel will appear in the low group for one repeater section and will then be translated to the high group for the next section because of frequency frogging. This results in nearly constant attenuation with frequency over two successive repeater sections, and eliminates the need for large slope equalization and adjustments. Singing and crosstalk are minimized because the high-level output of a repeater is at a different frequency than the low-level input to other repeaters. It also diminishes group delay distortion. A repeater that receives on the high band from both direction and sends on the low band is called Hi-Lo; the other kind Lo-Hi.

    在電信中,頻率蛙泳一詞具有以下含義: 1. * 交換載波信道的頻率以實現特定目的,例如防止反饋和振盪,減少串擾,以及校正高頻響應斜率。傳輸線。2. * 在微波無線電中繼系統中,在中繼站交替使用兩個頻率以防止反饋和振盪。

    CH2.6 有效等向輻射功率

     CH2.6 有效等向輻射功率 EIRP

    (Effective Isotropic Radiated Power EIRP)  

    EIRP:有效等向射頻功率(Effective Isotropic Radiated Power) , 為無線射頻裝置如無線基地台本身送出的功率(P)和天線增益(G)的乘積值。
    EIRP定義為:EIRP=Pt*Gt,它表示同全向天線相比,可由射頻裝置獲得的在最大天線增益的發射功率。Pt表示射頻裝置的發射功率,Gt表示發射天線的天線增益。在無線網路中,通常用來衡量干擾的強度,以及無線射頻發射信號的能力.

    dBi 和dBd : dBi和dBd是功率增益的值,兩者都是一個相對值, 但參考點不同。dBi的參考基準為全方向性天線,dBd的參考基準為偶極子,所以兩者是不相同的。


    EIRP定義為:EIRP=Pt*Gt,它表示同全向天線相比,可由發射機獲得的在最大天線增益方向上的 發射功率。Pt表示發射機的發射功率,Gt表示發射天線的天線增益。

    如果用對數(dB)計算,則為:EIRP = P – Loss +G

    式中的P為發射機的輸出功率(單位為dBm)Loss為發射機輸出端與天線饋源之間的饋線損耗(單位為dB)G為天線的發送增益(單位為dBi)


    例 : 設一越地平微波傳播系統發射機輸出功率為2KW,導波管損耗2dB 天線增益為43dBi  試求EIRP ?


    EIRP:  10log(2000)-2 +43 =3+30-2+43=74 dBW

    74dBW是天線Main Lobe方向的輻射功率

    74=10log(X) , X=25118.8KW 若是Main Lobe 與第一副瓣差40dB 

    74-40=34dBW ,  34=10log(x)  ,  x= 2.51KW

    所以 第一副瓣的功率還是不能忽略不計

     




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