2022年6月18日 星期六

微波通信概論ch1-6 微波天線 導波管及相關設施

 常用天線

1.拋物狀天線(Parabolic Antenna)







反射板的直徑4,6,8,10,12,30,60,100英呎

天線直徑愈大天線增益越大


The standard formula for the parabolic reflector antenna gain is:

G=10log10k(πDλ)2

Where:
    G is the gain over an isotropic source in dB
    k is the efficiency factor which is generally around 50% to 60%, i.e. 0.5 to 0.6
    D is the diameter of the parabolic reflector in metres
    λ is the wavelength of the signal in metres


拋物面反射器天線增益可以高達 30 到 40 dB。

影響拋物面天線增益的因素有很多。這些因素包括:

  • 反射面   直徑 天線反射面的直徑越大,拋物面反射器的增益就越高。
  • 工作波長:   拋物面反射器天線增益取決於反射器的波長尺寸。因此,如果在兩個不同的頻率上使用相同的反射器,則增益將不同。它與所使用的波長成反比。
  • 天線效率:天線   的效率對拋物面反射器的整體增益有顯著影響。典型數字在 50% 到 70% 之間。

2.號角天線(Horn Antenna)


優點

  • 形成小的小葉
  • 阻抗匹配好
  • 更大的方向性
  • 更窄的光束寬度
  • 避免駐波

缺點

  • 擴角設計,決定方向性
  • 喇叭口角和喇叭口長度不宜過小
3.凱式天線 (Cassergain Antenna)


凱式天線一般稱為二次反射天線,其外表最大特徵為天線聚焦點有塊錐形圓盤,此圓盤的作用在接收時是用來把主天線的信號反射到盤面中央的LNA.在作為發射的狀態時此反射面接收行波管發射的訊號作為主天線的反射器.


凱式天線通常使用在衛星上鏈站,本身可針對一顆衛星同時發送與接收,為了不使衛星下鏈與地面上鏈發生干擾,通常地面上鏈不論C或Ku都會比衛星下鏈頻率高出約2GHz.


凱式天線大部分用來作收發天線,為了使信號更精準打上衛星,凱式天線通常配備可自動微調仰角、方位的步進馬達,並無時無刻在微調追蹤衛星,因此使地面上傳的信號更加穩定 .

天線向Free Space自由空間輻射電磁波採用1. 水平極化 (Horizontal Polarized )2. 垂直極化 (Vertical Polarized )3. 圓極化(Circularly Polarized) :  右旋轉(Right Hand) 左旋轉(Left Hand)
圓極化 (CP) 是指隨著信號傳播而旋轉的無線電波。當它向右旋轉時,極化稱為 右旋圓極化 (RHCP);當它向左旋轉時,它被稱為 左手圓極化 (LHCP)。
電場矢量E的方向指定了天線的極化。

在水平極化中,EM(電磁)波的電場矢量與地球平行。這是由與地球水平的天線產生的。在圖中通過顯示傳播方向上的電場來解釋相同的情況。

在垂直極化中,EM(電磁)波的電場矢量垂直於地球。這是由垂直於地球的天線產生的。圖中通過顯示垂直傳播方向上的電場來解釋相同的情況。

為了使通信鏈路有效工作,發射和接收天線應處於同一極化狀態。






導波管(Wave Guide)分成橢圓、矩形和圓形導波管













橢圓、剛性矩形和剛性圓形波導,用於
地面微波和地球站天線系統。
橢圓波導是 3.4 至 26.5
GHz 頻率範圍內大多數微波天線系統的推薦饋線。與剛性波導相比,長、連續、靈活的長度使系統規劃和安裝更容易且成本更低。
矩形波導彎頭、扭曲、壓力窗口和彎曲扭曲等組件用於橢圓和圓形波導系統,用於連接天線和無線電設備。矩形波導也可用於空間有限的短饋線系統。提供 3.4 - 40 GHz 頻率範圍內的全系列組件。

導波管使用日久後再管內會滯留一些水蒸氣,水蒸氣過多時會發生吸收(Absorption)與衰減(Attenuation)現象,所以會裝設乾燥機(Dehydrator)將乾燥空氣強制送入導波管內。




微波通信概論ch1-5 多工制與調變技術

 多工

Multiplexing is a way of transmitting multiple signals through a channel. But the transmission of multiple signals is very challenging. But, the multiplexing technique makes it feasible.


Analog Multiplexing

When multiple analog signals are combined into a single analog signal, the process is called analog multiplexing. The multiplexing is done according to their frequency or wavelength.

Multiplexing needs multiple signals to be kept separately in a way that they are not overlapped. This leads to separation at the endpoint. This goal is reachable by separating the frequencies of the signals.

Analog multiplexing itself is divided into two sub-categories: Frequency Division Multiplexing (FDM), and Wavelength Division Multiplexing (WDM). Among these categories, FDM is more popular.

Digital Multiplexing

Digital multiplexing refers to the operation of combining multiple digital signals into a single signal. The most well-known method of digital multiplexing is Time Division Multiplexing (TDM). Synchronous TDM and Asynchronous TDM are two types of Time Division Multiplexing.

Applications of Multiplexing

Data transmission techniques based on multiplexing are widely used in sending communication signals. Below are some of these applications.

  • Multiplexing in satellites
  • Multiplexing in telemetry
  • Multiplexing in radio broadcasting
  • Multiplexing in telephone networks
  • Multiplexing in computer memories to carry the data from a memory location.
  • Multiplexing in TV broadcastings
  • Multiplexing in telecommunication systems
  • Multiplexing in video processing

Advantages of Multiplexing

The advantages of using multiplexing include the following.

  • The use of multiplexing reduces the complexity of the circuit and its components, decreasing the costs of the communication system.
  • This system makes optimal use of bandwidth.
  • A multiplexing system can pass several signals through one channel at the same time.

Disadvantages of Multiplexing

When transmitting data analog or digitally using a multiplexer, the signals must be synchronized.

The following figure shows the multiplexing process using the FDM method.


Unlike Frequency Division Multiplexing where signals of different frequencies are transmitted together, in Time Division Multiplexing, signals are transmitted at the same frequencies but at different times.


Synchronous TDM

In synchronous Time Division Multiplexing, all transmitters are assigned with fixed time intervals. The device must send data within the allocated time slot. Even if they do not have a signal to transmit, this time is assigned to them and in this case, the time slot of the device without data is empty.



微波通信概論ch1-4 LOS 傳播系統概略

LOS傳播系統的傳播特性與系統的

雜音(Noise)  增益(Gain) 穩定性 (Stability) 頻寬(BandWidth) 放大器的直線性(PA Linearity) 波形失真(Waveform Distortion) 等有關而這些因素與發射機的輸出功率、天線尺寸大小、接收機的雜音指數(Noise Figure)有關。

 


通用的轉發器(Repeater)

1.Base-Band Repeater : 容易產生失真 不適合長距離通信

2. Heterodyne Repeater: 外差式 適合長距離通信 為了升頻與降頻內有 Tx LO 與Rx LO (本地震盪器)

每一個轉播站(Repeater)間的距離約50KM 台灣本島從北部到南部以300KM計算共需6個轉播站

但為避免使用單一頻率產生干擾(Interference)與串話(Cross talk)每一轉播站的頻率應以fc1-->fc2-->fc3-->..........fc1-->fc2-->fc3次序更換頻率


2022年6月17日 星期五

微波通信概論ch1-2 Terrestrial LOS 優點 與 通信頻率

Terrestrial LOS 優點

1. 通信容量: 12 Channel ~ 幾K Channel 。

2. 傳播鏈路受地形與障礙物影響較少,建設時間比cable少。

3.若為移動性的通信系統架設方便、通信效率高。


通信頻率

1959年日內瓦國際會議 點對點微波通信頻率

1 . 335M~420 MHz

2. 1700M~2300MHz

3. 3400M~4200MHz

4. 5928M~8500MHz

5. 10500M~13250MHz

Microwave (MW) is a part of this spectrum, comprising the bands between 1 GHz and 300 GHz



微波頻段

微波頻譜通常定義為從 1 GHz 到超過 100 GHz 的頻率範圍。這個範圍被劃分為多個頻段,每個頻段都用一個字母表示。有許多組織分配這些字母帶。最常見的是 IEEE 雷達波段,其次是 NATO 無線電波段和 ITU 波段。






微波通信概論ch1-1 系統概論

 無線 通信


微波通信分    LOS(Line of Sight System ) 視線通信

                         OH (Over the Horizen System) 越地平面通信

微波通信(Microwave Communication),是使用波長在1毫米至1米之間的電磁波——微波進行的通信。該波長段電磁波所對應的頻率範圍是300 MHz(0.3 GHz)~300 GHz。

一般稱微波其頻率約為1GHz以上


國際電信聯合會之無線電頻率劃分表

頻帶號碼(N)

頻帶命名

頻率範圍

公制之波長劃分

4

特低頻 ( VLF )

3至 30千赫

萬公尺波

5

低頻   ( LF )

 30至 300千赫

千公尺波

6

中頻   ( MF )

300至3000千赫

百公尺波

7

高頻   ( HF )

  3至  30兆赫

十公尺波

8

特高頻 ( VHF )

 30至 300兆赫

公尺波

9

超高頻 ( UHF )

300至3000兆赫

十分之一公尺波

10

極高頻 ( SHF )

  3至  30秭赫

百分之一公尺波

11

至高頻 ( EHF )

 30至 300秭赫

千分之一公尺波

12

―

300至3000秭赫

萬分之一公尺波



地面視線通信(Terrestrial M/W Communication System) :小功率(1W以下)配合 定向高增益微波天線每隔16~80KM設置一個轉播站(Relay Station)。

在微波天線中,套用較廣的有拋物面天線、喇叭拋物面天線、喇叭天線、透鏡天線、開槽天線、介質天線、潛望鏡天線等。

衛星通信(Satellite Station):通信距離3萬6千公里~4萬公里,但是無障礙物存在也屬於視線通信(LOS)。

越地平面通信:不在視線距離內,接收點位於地平線以下。其通信距離約100-700公里,採用高功率發射機(50K~100KW)採用巨型拋物線天線再配合 空間分集(Space Diversity)與頻率分集(Frequency Diversity)。








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