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[摘 要]在微波传输过程中会受到来自大气和地面反射等各种因素的影响，本文首先分析了微波的传播特性，然后提出针对不同情况降低传输衰落的几种措施，以提高微波通信的质量。
[关键词]微波通信；抗衰落；措施
中图分类号：TD356 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）19-0049-01
1 引言
微波是一种频率超过1GHz的电磁波，波长范围在毫米～厘米数量级，其波长比普通无线电波更短。微波传输类似光线直线传输，是一种视距范围内的接力传输。微波通信是无线通信的重要手段之一，由于微波的信息容量大，所以在民用和军用领域有着极其广泛的应用。微波在传输过程中，难免会受到大气、海面、地面、高大建筑物、山峰的折射和绕射等影响，导致信号衰落和失真，甚至中断。研究微波传输的特点，掌握微波传输过程中的所受到的影响进而减少信号衰落和失真，是微波通信工程师所面临的一个重要课题。
2 传播特性
2.1 多径传输
微波与其它无线电波一样可以通过多种传输方式从发射天线到接收天线。其主要方式有自由空间波，对流层反射，电离层波和地波。
当电波以地波形式在地球表面上传播时，地面对表面波有吸收作用，其强弱程序与电波的频率、地面的性质等因素有关。
当电波以天波传播时，电离层对电磁波除了具有反射作用外，不用吸收能量与引起信号畸变等作用，其作用强度与电磁波的频率和电离层的变化有关。
当电波利用大气层对流层和电离层的不均匀性进行散射传播时，可使电波到达视线以处的地方，对流层属于异类介质，在地球上方约十几公里内，反射指数随着高度的增加而减小。
当电波在对流层、电离层以外的外层自由空间传播时，其传播方式沿直线传播。
2.2 传输损耗
（1）大气层对微波传输的影响
微波接力通信是采用空间波传输的，而且是在距地面5km以下的对流层实现传输的，因此，收信电平受到对流层的影响非常大。波长小于2cm的微波波段，气体分子谐振易引起气体对电磁波能量的吸收；波长小于5cm的微波波段，由于雨、雾、雪等恶劣天气的影响，电磁波产生散射易造成能量的损耗。另外，由于大气层中不均匀气体的位置、形状随机变化，造成折射波、散射波与直射波之间在行程差上存在随机变化，进而使接收点上会呈现电磁波振幅和相位的大幅度起伏变化，造成微波传输的多径衰落。
在平原地带，白天时微波的收信电平比较稳定，而早、晚时由于气象条件变化，可能会出现衰落现象，雨过天晴或雪过天晴之时，也容易出现深衰落现象；
在山区，地形情况使微波反射系数很小，因而干涉性衰落也较小，但由于山区气象条件变化很大，雨天过后有时会出现超折射现象（电磁波的射线折射向地表面后，又从地表面产生反射，然后再重新折射），从而形成快衰落；另外，当两个微波站的站距较长时，不均匀大气层的反射也比较容易出现，易形成快速的深衰落。
（2）地面反射的影响
微波在传输过程中，除受大气、气候的影响以外，地面也对其有较大影响。当微波线路中遇到树林、山丘、建筑物等高大物体时，会对电波产生阻碍作用，一部分信号遭到阻挡，从而增加了损耗。当微波线中经过平滑的地面或水面时，电波传播经直射波和反射波到达接收端，两个信号叠加时，可能会发生相互抵消，从而产生损耗。
（3）对流层对电磁的影响
在距地面约10Km以下的被称为对流层的低层大气层，集中了整个大气质量的四分之一，当地面受太阳照射时，地表温度不断上升，地面放出的热量使低温大气受热膨胀，从而造成了大气密度的不均匀，产生大气对流运动，在对流层中，在所的成分、压强、温度、湿度会随着高度的变化而变化，在大气中，折射率受大气压力、温度、湿度的不同而变化，这种变化对微波的传输会产生影响，由于大气的折射作用，实际电波不再沿直线传播，而是按曲线传播。
3 提高微波传输质量的措施
通过上述分析，在微波传输过程不可避免地会受到各方面的影响，出现信号衰落现象，从而影响正常通信，为了克服电波衰落对通信的影响，必须合理选择抗衰落的措施。
3.1 合理选择微波线路路由
在选择微波线路路由时，应尽量避免使线路穿越水网、湖面或海面等强反射区域，以防止地面反射造成的干涉型衰落。当无法避开时，可结合当地的地理条件，尽可能特殊某些地形、地物阻挡反射波， 以降低地面反射波到达接收端的强度。若反射不能被地形、地物阻挡，可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。
3.2 采取分集技术
在微波通信过程中，通信的可靠性和稳定性受多径衰落的影响，通常可以采取分集技术来加以改善。当用两套以上收信设备来接收同一经两条以上路径传输的同一信号时，对接收信号进行合并处理后，当其中一个信号发生衰落时，另外的信号不一定也衰落，采用适当的信号合成方法就可保证一定的接收电平，从而克服或改善衰落的影响。目前使用较多的分集类型有频率分集、空间分集、混合分集，频率分集对频谱的利用率低，一般很少采用。而是使用空间分集或空间加混合的方法，在空间中不同的垂直高度上设置几副天线，同时接收一个发射天线发射的微波信号，然后进行合成或选择其中一个较强信号作为收端的使用信号，用以克服电波衰落。
3.3 选用智能天线
采用自适应天线阵和切换波束的智能天线，可自适应地识别用户信号要到达的方向，通过反馈控制的方式来调整方向图，产生空间定向波束，形成天线主波束，主波束对准用户信号方向，旁瓣或零陷对准其它信号到达方向，在其它信号方向上，形成天线方向图零陷或功率增益较低，从而达到抑制干涉的目的。
3.4 实施自动发信功率控制
将微波发射机的输出功率设置成自动调节的，在工作时输出功率可变，在微波传输线路工作正常时，发射机工作于正常值，当接收端的接收机信号电平低时，通过反向通信业务信道来控制发射机使其输出功率自动增大，从而有效解决因衰落造成的影响。
3.5 使用自适应均衡技术
在模拟微波通信系统中，为了改善电路的群时延和微波增益特性，使用了均衡器，但它仅仅对静态特性进行了补偿。数字微波通信系统占用了更宽的频带，当发生信号衰落时，其通带内的振幅特性是时刻变化着的，为了使其能自动平坦化，就必须使用能自适应时间特性变化的自适应均衡器。对抗衰落的自适应均衡器可分为两类：频域自适应均衡器，它用可变谐振器对幅频特性的一次和二次特性进行补偿；时域自适应均衡器，当引起电路衰落的两个波的时延非常大，以致于在所需频带内产生两个凹点时，只有一个谐振电路的均衡器不能补偿这样的频率特性，可采用时域自适应均衡器来进行补偿。在实际电路中，往往同时采用频域自适应均衡器和时域自适应均衡器，最大限度地提高电路的抗衰落能力。广东省广州～东莞～深圳的数字微波线路就采用了频域自适应均衡器和时域自适应均衡器，在FRX的解调器中采用了时域自适应均衡器（21抽头的横向均衡器及判决反馈器）来克服选择性衰落和平衰落；采用频域自适应均衡器来减少频率选择性衰落的影响，即利用中频通道插入的补偿网络的频率特性去补偿实际信道频率特性的畸变，从而提高电路的抗衰落能力，大大提高了电路运行的稳定性。
4 结语
在实际工作中，如果只使用一种措施，很难彻底解决微波通信中的衰落问题，要注意将各种抗衰落措施结合起来使用，从而降低微波传输中不利影响，提高传输的稳定性和可靠性。
参考文献
[1] 梁爱国，范晓东，数字微波主要发展方向浅析[J]，科技信息，2010.
[2] 孙学康，张政，微波与卫星通信，人民邮电出版社，20-07.
[关键词]微波通信；抗衰落；措施
中图分类号：TD356 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）19-0049-01
1 引言
微波是一种频率超过1GHz的电磁波，波长范围在毫米～厘米数量级，其波长比普通无线电波更短。微波传输类似光线直线传输，是一种视距范围内的接力传输。微波通信是无线通信的重要手段之一，由于微波的信息容量大，所以在民用和军用领域有着极其广泛的应用。微波在传输过程中，难免会受到大气、海面、地面、高大建筑物、山峰的折射和绕射等影响，导致信号衰落和失真，甚至中断。研究微波传输的特点，掌握微波传输过程中的所受到的影响进而减少信号衰落和失真，是微波通信工程师所面临的一个重要课题。
2 传播特性
2.1 多径传输
微波与其它无线电波一样可以通过多种传输方式从发射天线到接收天线。其主要方式有自由空间波，对流层反射，电离层波和地波。
当电波以地波形式在地球表面上传播时，地面对表面波有吸收作用，其强弱程序与电波的频率、地面的性质等因素有关。
当电波以天波传播时，电离层对电磁波除了具有反射作用外，不用吸收能量与引起信号畸变等作用，其作用强度与电磁波的频率和电离层的变化有关。
当电波利用大气层对流层和电离层的不均匀性进行散射传播时，可使电波到达视线以处的地方，对流层属于异类介质，在地球上方约十几公里内，反射指数随着高度的增加而减小。
当电波在对流层、电离层以外的外层自由空间传播时，其传播方式沿直线传播。
2.2 传输损耗
（1）大气层对微波传输的影响
微波接力通信是采用空间波传输的，而且是在距地面5km以下的对流层实现传输的，因此，收信电平受到对流层的影响非常大。波长小于2cm的微波波段，气体分子谐振易引起气体对电磁波能量的吸收；波长小于5cm的微波波段，由于雨、雾、雪等恶劣天气的影响，电磁波产生散射易造成能量的损耗。另外，由于大气层中不均匀气体的位置、形状随机变化，造成折射波、散射波与直射波之间在行程差上存在随机变化，进而使接收点上会呈现电磁波振幅和相位的大幅度起伏变化，造成微波传输的多径衰落。
在平原地带，白天时微波的收信电平比较稳定，而早、晚时由于气象条件变化，可能会出现衰落现象，雨过天晴或雪过天晴之时，也容易出现深衰落现象；
在山区，地形情况使微波反射系数很小，因而干涉性衰落也较小，但由于山区气象条件变化很大，雨天过后有时会出现超折射现象（电磁波的射线折射向地表面后，又从地表面产生反射，然后再重新折射），从而形成快衰落；另外，当两个微波站的站距较长时，不均匀大气层的反射也比较容易出现，易形成快速的深衰落。
（2）地面反射的影响
微波在传输过程中，除受大气、气候的影响以外，地面也对其有较大影响。当微波线路中遇到树林、山丘、建筑物等高大物体时，会对电波产生阻碍作用，一部分信号遭到阻挡，从而增加了损耗。当微波线中经过平滑的地面或水面时，电波传播经直射波和反射波到达接收端，两个信号叠加时，可能会发生相互抵消，从而产生损耗。
（3）对流层对电磁的影响
在距地面约10Km以下的被称为对流层的低层大气层，集中了整个大气质量的四分之一，当地面受太阳照射时，地表温度不断上升，地面放出的热量使低温大气受热膨胀，从而造成了大气密度的不均匀，产生大气对流运动，在对流层中，在所的成分、压强、温度、湿度会随着高度的变化而变化，在大气中，折射率受大气压力、温度、湿度的不同而变化，这种变化对微波的传输会产生影响，由于大气的折射作用，实际电波不再沿直线传播，而是按曲线传播。
3 提高微波传输质量的措施
通过上述分析，在微波传输过程不可避免地会受到各方面的影响，出现信号衰落现象，从而影响正常通信，为了克服电波衰落对通信的影响，必须合理选择抗衰落的措施。
3.1 合理选择微波线路路由
在选择微波线路路由时，应尽量避免使线路穿越水网、湖面或海面等强反射区域，以防止地面反射造成的干涉型衰落。当无法避开时，可结合当地的地理条件，尽可能特殊某些地形、地物阻挡反射波， 以降低地面反射波到达接收端的强度。若反射不能被地形、地物阻挡，可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。
3.2 采取分集技术
在微波通信过程中，通信的可靠性和稳定性受多径衰落的影响，通常可以采取分集技术来加以改善。当用两套以上收信设备来接收同一经两条以上路径传输的同一信号时，对接收信号进行合并处理后，当其中一个信号发生衰落时，另外的信号不一定也衰落，采用适当的信号合成方法就可保证一定的接收电平，从而克服或改善衰落的影响。目前使用较多的分集类型有频率分集、空间分集、混合分集，频率分集对频谱的利用率低，一般很少采用。而是使用空间分集或空间加混合的方法，在空间中不同的垂直高度上设置几副天线，同时接收一个发射天线发射的微波信号，然后进行合成或选择其中一个较强信号作为收端的使用信号，用以克服电波衰落。
3.3 选用智能天线
采用自适应天线阵和切换波束的智能天线，可自适应地识别用户信号要到达的方向，通过反馈控制的方式来调整方向图，产生空间定向波束，形成天线主波束，主波束对准用户信号方向，旁瓣或零陷对准其它信号到达方向，在其它信号方向上，形成天线方向图零陷或功率增益较低，从而达到抑制干涉的目的。
3.4 实施自动发信功率控制
将微波发射机的输出功率设置成自动调节的，在工作时输出功率可变，在微波传输线路工作正常时，发射机工作于正常值，当接收端的接收机信号电平低时，通过反向通信业务信道来控制发射机使其输出功率自动增大，从而有效解决因衰落造成的影响。
3.5 使用自适应均衡技术
在模拟微波通信系统中，为了改善电路的群时延和微波增益特性，使用了均衡器，但它仅仅对静态特性进行了补偿。数字微波通信系统占用了更宽的频带，当发生信号衰落时，其通带内的振幅特性是时刻变化着的，为了使其能自动平坦化，就必须使用能自适应时间特性变化的自适应均衡器。对抗衰落的自适应均衡器可分为两类：频域自适应均衡器，它用可变谐振器对幅频特性的一次和二次特性进行补偿；时域自适应均衡器，当引起电路衰落的两个波的时延非常大，以致于在所需频带内产生两个凹点时，只有一个谐振电路的均衡器不能补偿这样的频率特性，可采用时域自适应均衡器来进行补偿。在实际电路中，往往同时采用频域自适应均衡器和时域自适应均衡器，最大限度地提高电路的抗衰落能力。广东省广州～东莞～深圳的数字微波线路就采用了频域自适应均衡器和时域自适应均衡器，在FRX的解调器中采用了时域自适应均衡器（21抽头的横向均衡器及判决反馈器）来克服选择性衰落和平衰落；采用频域自适应均衡器来减少频率选择性衰落的影响，即利用中频通道插入的补偿网络的频率特性去补偿实际信道频率特性的畸变，从而提高电路的抗衰落能力，大大提高了电路运行的稳定性。
4 结语
在实际工作中，如果只使用一种措施，很难彻底解决微波通信中的衰落问题，要注意将各种抗衰落措施结合起来使用，从而降低微波传输中不利影响，提高传输的稳定性和可靠性。
参考文献
[1] 梁爱国，范晓东，数字微波主要发展方向浅析[J]，科技信息，2010.
[2] 孙学康，张政，微波与卫星通信，人民邮电出版社，20-07.