微波天線的應用與優(yōu)化

劉文龍

【摘要】隨著科技進步以及計算機技術的飛速發(fā)展和應用，通信領域中的微波傳輸技術也得到了廣泛應用并取得了令人矚目的輝煌業(yè)績。人們借助其強大的傳輸功能和特點，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)化方式兩個方面做出闡述，使人們對微波天線的應用有所了解，從而對微波維護工作有所啟發(fā)。

【關鍵詞】微波傳輸;天線;優(yōu)化;維護

一、前言

在無線通信領域中，微波傳輸技術得到了越來越廣泛的應用。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)設備的“出口”和“入口”，其質(zhì)量和性能，安裝及調(diào)試是否精準，維護的到不到位，都直接影響到整個系統(tǒng)的運行因此，微波天線的安裝調(diào)試及其維護工作至關重要，在微波設備的運行維護管理工作中，必須克服重主設備輕外圍設備的傳統(tǒng)理念。

微波天線并非是一個非常完美的設備，它需要技術人員經(jīng)過多次實驗、修改，對其進行優(yōu)化，以達到最佳的運行狀態(tài)，以使微波天線運行更加穩(wěn)定，傳輸?shù)男首畲笙薅鹊奶岣?。當前對于微波天線的優(yōu)化，有很多的研究成果，但大多是從單一要素進行酌量，因為缺乏對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、微波天線選擇時應著重考慮的三個因素

在傳輸過程中微波信號會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。從而導致信號強度衰減和失真，甚至可能中斷。如何選擇微波天線，并用什么方法對其進行優(yōu)化，是要考量以上三個因素，結(jié)合微波通信的特點來進行優(yōu)化的。本文從以下三點因素的影響，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。微波的波長是很短的，在不同的地理條件下，它的反射系數(shù)還有電平損耗都會不一樣。它在空中傳導時，會有擴散傳播的現(xiàn)象，其單位面積內(nèi)的能量也會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。各種高大的實體障礙物，也會攔截一部分的電磁波，增加了微波信號的損耗。而平整的地面或湖面也可以把少量的信號反射到接收天線上面，反射信號和直射信號重疊相加就會互相抵消出現(xiàn)更多的能量損耗。這種反射對微波傳輸?shù)挠绊懞艽?，電平衰落的很大因素就是它造成的。當微波傳輸路徑上有刀刃形狀障礙物，或山峰的阻擋時，就會是另一種情況。如收發(fā)信天線之間有類似刀刃狀的障礙物阻隔，微波傳輸就會增加6dB電平衰耗;當這個障礙物的頂端高于天線之間的連線時，電平就會出現(xiàn)嚴重的衰減，在施工中應提前測量好兩點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，或換個接收點改變線路。? ? ?微波傳輸還有一個特點，頻率越低，波長越長，它的繞射能力就越強，所以可以利用它這個特點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)射天線直接傳過來的信號時，還會收到經(jīng)地面反射過來的信號，這兩股信號綜合可能出現(xiàn)兩種情況，一是信號電平的增大，二是信號電平的減小，這種情況不能忽略。

（三）大氣影響

氣中的成分會吸收一定量微波信號，使信號產(chǎn)生少量的衰減。同時隨著氣候的變化使微波的傳輸方向產(chǎn)生一定的偏移。這也會導致信號質(zhì)量的下降。但它們相對于自由空間產(chǎn)生的衰減比重是很小的。不可忽視的是，大氣中的小水滴會使電磁波產(chǎn)生散射衰落。頻率越高，散射衰落就會越嚴重。如果頻率超過9GHz以上，遇到雨霧天氣時，散射衰落將會非常嚴重。如饋管密封出現(xiàn)問題，滲入融水，雨水的話，也同樣會造成波導異常甚至停傳的情況。例如，2012年3月，國干大青山微波站對人頭山微波站方向，每日中午12點以后接收電平開始衰落直至停傳，到下午三至四時又自動恢復的奇怪現(xiàn)象。探究其規(guī)律性和饋管氣泵的啟動頻率比以前高出很多的因素，認真分析后，認為可能是饋管內(nèi)部進水結(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，當中午時分，氣溫升高，結(jié)冰融化，逐漸形成水汽，造成信號逐漸衰落導致阻斷;而下午氣溫逐漸下降，波導內(nèi)水汽結(jié)冰形成光滑的平面，這時微波信號又可以自由通過了。后來打開天線與饋管接頭發(fā)現(xiàn)內(nèi)部果真進水了，經(jīng)過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，就要充分的考慮到地形、地面、大氣、這三大因素。針對性的采取一些方法，來進行優(yōu)化。

（一）分集技術的優(yōu)化

分集技術實現(xiàn)方法，分集技術，就是在微波接收端把多路相關性不大的接收信號進行選擇或加以合成，從而減輕多徑衰落造成的影響。在采集多條相對獨立信號路徑的同時選取兩條或兩條以上信號較強的信號進行合并，以達到提高接收端瞬時信噪比和平均信噪比的目的，一般可提高20dB左右。具體實施方法如下：

1.空間分集

空間分集還有一個稱呼叫天線分集。采用最多的分集方法就是使用微波天線把信號打出去，使用多面接收天線把信號收回來，繼而把多路信號進行合并。一定要保證信號相對獨立，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波長。在實際應用中分集的重數(shù)大至掌握在2-3。

2.極化分集

顧名思義就是通過水平和垂直兩種極化的方法使兩種極化衰落的特點不盡相同。我們可以選擇用一個高信號強度。該技術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非同向的特點，在接收端使用多面非同向的接收天線，然后將其合并，以此來提高信號強度。當然，這將會使設備的復雜程度大為提高。

（二）分集技術的改善效果

評估采用分集技術和非分集技術對降低衰落產(chǎn)生的影響。經(jīng)常使用標稱改進結(jié)果來定量評估分集改善是否有效。

由于發(fā)射端的信號會由多路徑傳輸?shù)浇邮斩?，造成接收端的多路信號不能同步，導致誤碼。自適應均衡技術就是通過接收端所使用的一個均衡器，通過發(fā)射一條與信道特性相反的信號用以抵消發(fā)射端由多徑傳輸所產(chǎn)生的干擾，從而減小誤碼的技術。均衡分為頻域均衡和時域均衡。一般情況下都會同時使用這兩種自適應均衡器，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

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，這時饋線終端無功率反射，饋線上沒有駐波，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。這就要求我們在安裝或日常維護工作中，除了嚴格執(zhí)行操作規(guī)程和維護規(guī)程保證設備自身的阻抗匹配外，必須認真細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

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