[科普中国]-微波接力通信

微波接力通信是指利用300MHz以上频段的电磁波，在对流层的视距范围内的传播，进行无线电通信的一种方式。

定义通常使用分米波段和厘米波段。这种通信方式受地形和天线高度的限制，两站之间的通信距离仅为50公里左右。因此利用这种通信方式进行长距离通信，必须建立一系列将接收到的信号加以变频和放大的中继站，接力式地传输到终端站。

发展简况20世纪50年代出现使用1GHz以下频段的小容量微波接力通信系统。稍后，发展了2GHz和4GHz频段，每波道可传输300～960个话路或一路电视(加伴音)的通信系统。60～70年代，采用长寿命行波管和微波集成电路等新器件，发展了4～6GHz波段,每波道可以传输2700个话路或一路彩色电视加四路伴音的大容量微波通信系统。70年代以来，随着通信网的逐步数字化，数字微波接力通信系统也开始迅速发展，并获得日益广泛的应用。

中国自1958年开始研制2GHz频段，每波道60话路的微波接力通信设备。其后，又研制4GHz频段,每波道600话路和960话路的微波接力通信设备。70年代初,建成以北京为中心，连接27个省会城市的微波干线。目前，大容量模拟微波接力通信已成为中国长途电信网的重要组成部分，中小容量的数字微波系统也在油田、矿山、电力干线上广泛应用。

构成一条微波通信干线包括终端站和若干个中继站。终端站的设备有天线、发射机、接收机和载波终端设备，中继站一般只有天线、发射机和接收机。

天线都采用定向天线，增益约为40分贝。目前用得最多的有喇叭抛物面天线和卡塞格林双反射面天线，用高频同轴电缆或波导管与发射机或接收机相连。在一个微波站内，同一传输方向的收发，可以单独装设发射天线和接收天线，也可以共用一副天线。微波传输一般采用线极化（水平极化、垂直极化）波，因而相邻波道或收发之间可采用不同的极化波。收发频率和极化的合理配置，良好的天馈线系统极化去耦防卫度，应保证波道间和收发信系统间不因干扰而影响通信质量。

发射机由调制器、发信本地振荡源、发信混频器和微波功率放大器等主要部件组成。调制器在模拟微波通信系统中多为调频制，即用载波电话机输出的模拟群频信号控制器中副载频的频率，以形成调频信号；在数字微波通信系统中则用调相制或正交调幅制，即用脉码调制设备输出的，由数字化话音信号组成的高次群数字信号控制调制器中副载频的相位，以形成调相或正交调幅信号。发信本地振荡源，一般采用晶振倍频方式或直接微波空腔振荡方式产生的高稳定度单一微波。发信混频器则将调制器输出的调制信号与发信本振频率进行混频，使调制信号由中频搬移到所需的微波频段，再经功率放大器放大到发射机额定的输出功率。

接收机由本地振荡源、收信混频器、中频放大器和解调器组成。收信本地振荡源的工作原理和采用的技术同发信本地振荡源类似。收信混频器将接收到的微波信号和收信本地振荡信号差相转为中频，再经中频放大器放大，然后送至解调器。解调器的功能和发射机的调制器相反，即把调制信号还原为原来的模拟群频信号或数字脉码调制高次群信号，然后再经这些基带信号的相应复用设备还原为话音信号。

电视节目的传送，在模拟微波通信系统中直接将视频信号送入调制器进行调制;在数字微波通信系统中,则首先要经过模数转换，将视频信号码化，然后再送入调制器。其他非电话业务（如传真、电报、数据等）都在话路中传输，分别经相应的调制解调器或复用设备并入话器。

微波接力通信系统的中继方式有两类。第一类，是将中继站收到的前一站信号，经解调后,再进行调制,然后放大，转发至下一站。第二类是将中继站收到的前一站信号，不经解调、调制，直接进行变频，变换为另一微波频段，再经放大发射至下一站。

特点微波接力通信的通信容量大,建设费用低,不受地形限制，抗灾害性强，能满足各种电信业务（电话、广播、传真、电视、电报、数据）的传输质量要求。是通信网的重要组成部分。

设备天馈线系统主要是指天线和馈线系统，属于微波接力通信设备基本组成部分，因此，加强天馈线系统日常维护显得至关重要。本文首先对天馈线系统的基本原理进行分析，其次阐述其维护措施，意在促进天馈线系统正常运行。

原理中波传播

广播主要是以三种形势存在，即短波、长波和中波，其中的中波传输作为核心部分，不仅可以根据地球表面实现绕射传播，而且还能利用电离层实现反射传播，是目前广播重要形势之一。通常情况下，中波广播的实际波长为 569.8 ～ 186.7 m，而工作频则为 536.5 ～ 1606.5 kHz，此频段无线电波的跳动，主要依据地波得以完成传播，根据中波广播运行原理发现，其具有信号稳定和抗干扰等特点，具有较为广泛的区域面。

天馈线系统

中波天馈线系统具有独特的工作基本原理，其中波台利用天调网络和经馈线等组合而成，使其形成完整的工作系统，基本组成主要包括四部分。第一，馈线，多数用于天线、发射机的连接工作，属于重要设施之一，其作用为对高频能量进行有效传输，其中元件运行频率、特性阻抗为重要参数标准。换而言之，在标准频率内，馈线的电压、电流比值均为常数，即特性抗阻，若是根据该特征进行划分，可以将其分为 50 Ω 与 75 Ω，150 Ω 及 250 Ω，最为常见的馈线为 75 Ω。第二，天线，以调波能力的形式实现发射高频向电磁波的转换，以电波高效低频的方式对其进行空中传播，即天线。第三，匹配网络，旨在确保馈线系统、天线阻抗间构成匹配效应，从而达到良好输出的目的。

系统维护防雷措施

由于中波发射天线相对较高，并明显超出周边建筑物，若是缺少有效的维护措施，则发射天线极易遭受雷击。通常情况，在铁塔下方区域的绝缘子属于雷击首要目标，使其发生过压拉弧等一系列问题，最终导致绝缘子破损。由此得出，雷电在馈线、匹配网络中造成的不利影响较大，需要工作人员加强防雷，以保证该系统安全运行。

地网维护

因为地网直接关系到广播的播出质量和安全性，为了认真做好相关维护工作，则应对安装工程进行全面记录，并及时掌握地网的实际铺设深度、方向，利用记录对其进行精准查询，从而为维护、保养工作的开展奠定基础。所以，可以将地网延长线作为标志，即在其 5 m处，同时在每 10 m 左右添加相应警示标记，保证标志的清晰，并加大管护工作力度，防止地网铺设范围内发生取土情况，避免地网的自然破坏、人为破坏等。

馈线与调配网路

安排专门人员对馈线情况进行定期检查，同时对架设电杆的下垂度进行了解，认真做好相关校正处理工作；针对馈线下方区域，0.8 m 以上的农作物、杂草等及时清理，可有效预防出现影响馈线运行的因素；对调配室进行全面清理，保证室内无灰尘，能避免设备损坏，并认真做好防鼠或防虫等一系列措施，若是缺少有效处理，则会造成调配网路发生短路。

天线铁塔与拉线

天线作为播放重要介质，其直接关系到播放质量，只有认真做好相关保护工作，才能达到最佳播放效果。在日常维护工作中，应该对天线铁塔、拉线进行定期清洁等，通常是在下雨或刮风等较为恶劣的天气过后进行清理，确保播放、传输顺利进行。根据相关规范标准，对铁塔的弯曲度、垂直度进行相应调整，使其达到最佳校正标准，从而符合播放需求1。

发展趋向主要是：

①高频段的开发和数字化。10～20GHz 频段的数字微波系统已投入使用。 40GHz频段也已用于城市内电视中继传输系统。调制方式有脉码调制-调频(PCM－FM)或脉码调制-移相键控(PCM-PSK)以及脉码调制－正交调幅(PCM-QAM)等。在大容量数字微波通信系统中,由多经传输引起的衰落，不但使信噪比变坏，而且产生幅度失真和相位失真，导致误码率恶化。因此，除采用空间分集、频率分集等抗衰落措施外,还发展了自适应均衡技术,用以减小失真的影响。

②数－模兼容技术的应用。在原模拟微波系统上利用话路基带上下频段，开拓话上数据和话下数据，或把模拟波道直接改造为数字波道。

③设备固态化和低功耗。大功率砷化镓场效应管的出现,微波集成电路和微带技术的应用，实现了接收-发射机的全固态化和集成化，使微波接力通信系统的可靠性更高，适应性更强，而且它的总功耗仅为几十瓦，有利于使用新能源(太阳能电池、风力发电、燃料电池等)。

④提高微波频谱的有效利用率。调频制已达到每个波道传输3600话路，而采用单边带调幅，则可使每个波道传输6000话路,数字微波通信也由于采用8PSK和16QAM等调制方式，使每个波道传输码率达到2×34Mb/s和140Mb/s。

⑤中继站的无人值守和系统的自动化管理。器件的长寿命、设备的高可靠性和微秒级波道转换开关的出现，为中继站的无人值守创造了条件。借助于遥信、告警系统和计算机，不但可以监视全系统的运行情况，而且可以实现自动化管理。一个终端站（或枢纽站）一般可以管理几十个以至上百个中继站,从而提高了工作效率,降低了维护费用。

⑥天线和馈线的发展。早期采用透镜天线，20世纪50年代中期开始采用喇叭抛物面天线，此后陆续出现双反射型的卡塞格林天线、多波段天线（4、6、7GHz频段共用,或4、6、11GHz频段共用）和安德鲁天线系统。安德鲁天线系统采用在反射抛物面上加边，内放微波吸收材料的方法，可抑制旁瓣辐射达20dB左右。近几年发展的圆号角型天线，无论在宽频带性能上，背向辐射防卫度上和天线本身驻波比指标上,都优于前面几种天线,是一种很有发展前途的天线。2GHz以下的频段，多采用同轴型馈线；2GHz以上的频段，则多应用波导馈线。矩形波导馈线，波型传输稳定，但衰耗较大，适用于短馈线系统；圆波导馈线，衰耗虽小，但必须直线装设；椭圆波导馈线，其衰耗介于上述两者之间，可以制成整根软波导管，安装方便，是一种良好的馈线。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所