微波通信在廣播電視中的應(yīng)用

張體輝

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字微波通信技術(shù)在當(dāng)前的電視直播中的作用愈加明顯。微波中繼系統(tǒng)是微波通信中最常用到的方式，本文對微波中繼系統(tǒng)的工作原理和系統(tǒng)組成做了詳細的介紹，同時對于微波器件進行了詳細的描述。

【關(guān)鍵詞】微波通信；微波中繼；微波器件

Abstract：As the rapid development of science and technology， the digital microwave communication technology is more important in the TV live broadcast. The microwave relay system is commonly used in the digital microwave communication. In this paper， the working principle and composition of microwave relay system are introduced in detail， and describes the microwave devices at the same time.

Key words： microwave communication； microwave relay system； microwave devices

前 言

微波是指波長為1米至1毫米或頻率為300MHz至300GHz范圍內(nèi)的電磁波。微波通信是指用微波波段的電磁波進行的通信，與短波通信相比，它具有通信容量大，傳輸質(zhì)量高，抗干擾性強，成本低，建設(shè)速度快等優(yōu)點，因此廣泛用于廣播電視的通信中。

微波在空氣環(huán)境中的傳播性與光波在空氣環(huán)境中的傳播今本上表現(xiàn)為同等的狀態(tài)，都在空氣環(huán)境中呈現(xiàn)出直線的前進并且延伸到空間當(dāng)中，如果出現(xiàn)阻擋，則將會導(dǎo)致微波發(fā)生一定程度的反射，影響其傳輸性能的實現(xiàn)。從這一方面來說，按照當(dāng)前的技術(shù)條件，建立在適當(dāng)范圍內(nèi)的通信是數(shù)字微波通信技術(shù)的關(guān)鍵。而由于受到客觀因素的影響，信號質(zhì)量就會變得很差。如受地球表面?zhèn)鬏敽涂臻g傳輸較大的衰落問題影響，信號質(zhì)量就會變得很弱，甚至中斷。如果想在不影響信號質(zhì)量的前提下進行遠距離的通信與傳輸，那么就必須要通過對傳輸信號進行反復(fù)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)，才能達到接力傳輸?shù)闹匾康摹Q言之，就是在應(yīng)用數(shù)字微波通信技術(shù)進行視頻和音頻信號的傳輸過程中，設(shè)置相應(yīng)的終端站點，使數(shù)字微波傳輸線路的兩端位置傳輸順暢。

一、微波中繼系統(tǒng)

微波的波長很短，可以使用尺寸較小的天線，把電磁波聚積成一個很尖銳的波束，按指定的方向發(fā)射，使得傳播能量高度集中，遠距離傳輸時，必須采取中繼的傳輸方式。由于工作頻率高，受外界干擾小，通訊較穩(wěn)定，定向傳播保密性好。

微波站按工作性質(zhì)不同， 可分成數(shù)字微波終端站、數(shù)字微波中繼站和數(shù)字微波分路站。終端站指在基帶進行連接或轉(zhuǎn)接的微波站。微波中繼站主要完成信號的雙向接收和轉(zhuǎn)發(fā)。有調(diào)制、解調(diào)設(shè)備的中繼站， 稱再生中繼站。再生中繼站具有全線公務(wù)聯(lián)絡(luò)能力，并向網(wǎng)管系統(tǒng)匯報站信息。需要上、下話路的中繼站稱微波分路站，當(dāng)進行電視信號轉(zhuǎn)接時，基帶信號不需要經(jīng)過調(diào)制解調(diào)，而是用分路機直接分出。

微波中繼系統(tǒng)采用的中繼方式具有基帶中繼、外差中繼和直接中繼三種方式。基帶中繼是指在每個中繼站都對微波信號進行解調(diào)、調(diào)制再發(fā)射出去的辦法。外差中繼是指將接受到的微波信號，經(jīng)變頻為中頻后，在中頻信號上進行放大，再將中頻信號變頻為微波信號發(fā)射出去的一種方法。直接中繼則是把接收到的微波信號經(jīng)直接變頻為微波信號發(fā)射出去。

微波信號在進行變頻時要遵循以下頻率分配原則：同站的收發(fā)采用不同頻率；多波道同時工作時，相鄰波導(dǎo)的頻率必須有足夠的間隔，以免互相干擾；在給定的頻段內(nèi)頻譜安排必須緊湊；對于外差收信機，除收信頻率外，還有多個靈敏干擾區(qū)，其他信號對這些靈敏區(qū)的干擾應(yīng)為最小。

微波通信中應(yīng)用了以下關(guān)鍵技術(shù)：

（一）頻分多路復(fù)用原理

即利用載波的辦法在發(fā)射端把多個信息信號搬到各個不同的載頻上形成載波來傳輸，到了收信端再將各信息信號從載波上卸下來，達到在一條通信線路上實現(xiàn)多路通訊的目的。

（二）交叉極化干擾抵消技術(shù)

為了進一步增加數(shù)字微波系統(tǒng)的容量， 提高頻譜利用率， 在數(shù)字微波系統(tǒng)中除了采用多狀態(tài)調(diào)制技術(shù)外， 還采用雙極化頻率復(fù)用技術(shù)， 使單波道數(shù)據(jù)傳輸速率成倍增長。但在出現(xiàn)多徑衰落時， 交叉極化鑒別率會降低， 從而產(chǎn)生交叉極化干擾。為此， 需要一個交叉極化抵消器， 用以減小來自正交極化信號的干擾。

（三）自適應(yīng)頻域和時域均衡技術(shù)

當(dāng)系統(tǒng)采用多狀態(tài)QAM 調(diào)制方式時， 要達到規(guī)定的性能指標(biāo)， 對多徑衰落必須采取相應(yīng)的對抗措施。因此， 必須采取強有力的抗衰落措施。在各種抗衰落技術(shù)中， 除了分集接收技術(shù)外， 最常用的技術(shù)是自適應(yīng)均衡技術(shù)， 包括自適應(yīng)頻域均衡技術(shù)和自適應(yīng)時域均衡技術(shù)。

二、微波設(shè)備

微波設(shè)備主要包括：微波收發(fā)信機、電視調(diào)制解調(diào)機、天饋線系統(tǒng)、分路系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和其他附屬設(shè)備。

（一）電視調(diào)制解調(diào)機

1. 電視調(diào)制解調(diào)機的功能

微波中繼通信系統(tǒng)的終端設(shè)備，安裝在微波通信電路的終端站、中繼站或者安裝在再生分路站內(nèi)，用來完成廣播、電視信號的中頻調(diào)制和解調(diào)。在發(fā)送端，將廣播及電視信號伴音信號送入調(diào)制系統(tǒng)經(jīng)調(diào)頻后變?yōu)?0MHz中頻信號，送入微波發(fā)信機的發(fā)信系統(tǒng)發(fā)送出去。在接收端，微波信號由微波收信系統(tǒng)變?yōu)?0MHz的中頻信號，然后送入電視解調(diào)機進行解調(diào)，還原為廣播信號、電視信號和伴音信號。

2.電視信號的加重技術(shù)

在多路載波電話的調(diào)頻傳輸中，為了使輸出信號的高頻端和低頻端的信噪比均衡，需要采用加重技術(shù)，包括予加重和去加重。予加重是在調(diào)制器輸入端接入一個予加重網(wǎng)絡(luò)，這個網(wǎng)絡(luò)具有隨頻率升高而使信號幅度提高的特性。由于調(diào)頻熱雜波是由調(diào)制器以后的線路決定的，不會因為調(diào)制信號被予以加重而改變其頻譜分布，使輸出信號的信噪比在高頻段得到了改善。經(jīng)過予加重后的調(diào)制信號，在高頻端要比低頻端高的多，為使高、底頻端的調(diào)制信號電平恢復(fù)到原來電平，在解調(diào)器的輸出端，還要接入一個去加重網(wǎng)絡(luò)。這個網(wǎng)絡(luò)的特性是，在高頻端將信號降低，在低頻端將信號電平提高。由于調(diào)頻傳輸熱雜波產(chǎn)生于解調(diào)器以前的線路中，而去加重網(wǎng)絡(luò)安置在解調(diào)器以后，故去加重網(wǎng)絡(luò)將對信號和熱雜波同時其作用。這樣，調(diào)制信號經(jīng)過予加重和去加重之后，頻譜分布仍保持不變，而調(diào)頻傳輸熱雜波在高端被降低了，高頻端的信噪比得到了顯著改善。

采用加重技術(shù)的優(yōu)勢：

（1）可以減少微分增益、微分相位失真。

（2）可以減少視頻信號中，同步信號對伴音信號的干擾。

（3）可以使解調(diào)后的信號中高頻端和低頻段的信噪比均衡。

（4）減小了調(diào)頻頻偏，使調(diào)制器、解調(diào)器的技術(shù)指標(biāo)容易實現(xiàn)。

（二）微波天饋線系統(tǒng)

1.微波天線

微波天線將沿饋線傳播的電磁波變?yōu)樽杂煽臻g傳播的電磁波，將自由空間的電磁波變?yōu)檠仞伨€傳播的電磁波，完成收發(fā)功能。

在微波通信中通常使用卡塞格論天線，這是一種具有雙反射器的天線系統(tǒng)，由喇叭輻射射器、拋物面反射器、雙曲面反射器組成，具有機械結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、使用靈活等特點。

微波天線性能上要達到以下要求：良好的方向性；高增益；較高的交叉極化去耦度；較低的系統(tǒng)駐波比；具備必要的工作頻帶；具有足夠的機械強度和使用可靠性。

2.饋線系統(tǒng)

饋線系統(tǒng)是連接天線與收發(fā)分路系統(tǒng)，起傳輸信號及將收發(fā)信號進行分離和合成的作用的系統(tǒng)。饋線系統(tǒng)組成如圖1所示。

3.微波器件

在微波系統(tǒng)中，除了用波導(dǎo)管傳輸微波信號外，還需要實現(xiàn)對微波信號進行定向傳輸、衰減、分配、存儲、隔離、濾波、相位控制、波型轉(zhuǎn)換、阻抗變換、阻抗調(diào)配及其它特殊作用的原件，統(tǒng)稱為微波元件。

微波波段不能使用普通的集中參數(shù)元件，即普通的電阻器、電容器、電感器。因為電路元件中的金屬導(dǎo)體的趨膚效應(yīng)十分嚴重，導(dǎo)體上傳導(dǎo)電流帶來的熱損耗很大。由于工作波長短，集中參數(shù)元件的尺寸已經(jīng)和工作波長相比擬，輻射損耗很大。同時，在頻率很高時，電容器的導(dǎo)體電感和引線電感作用加大，有可能使電容器變?yōu)殡姼衅鳎姼衅鞯木€圈中的分布電容作用顯著，有可能使電感器變?yōu)殡娙萜鳎赡茏優(yōu)楦鼜?fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，因而失去元件本身原來的作用。

通常使用的波導(dǎo)元件及作用如下：

波導(dǎo)電阻元件：波導(dǎo)吸收式衰減器、全匹配負載。

波導(dǎo)電抗元件：電容膜片、電感膜片、諧振窗、電感銷釘、電容螺釘。

同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換：使波導(dǎo)與同軸線間有良好的匹配連接，使信號有效地進行傳輸。

彎波導(dǎo)：在微波電路中常常需要波導(dǎo)管轉(zhuǎn)彎，以改變電磁波傳播方向，這就要使用彎波導(dǎo)。

定向耦合器：為了實現(xiàn)電磁波單方向的定向耦合。

微波鐵氧體元件：單向器（電磁波單方向傳輸，幾乎無衰減，反向傳輸幾乎不能通過）、環(huán)行器（對電磁波具有定向環(huán)流作用，常用于分路系統(tǒng)）。

目前微波技術(shù)在通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為了必不可少的通訊手段。了解微波系統(tǒng)所用的技術(shù)與器件，是我們在日常工作中所必備的知識。

【參考文獻】

[1]車晴 .數(shù)字衛(wèi)星廣播與微波技術(shù)[M].中國廣播電視出版社，2004（8）.

[2]李兵. 微波通信技術(shù)的發(fā)展與展望[J].電力系統(tǒng)通信， 2011（12）.

[3]寶玉英.芻議數(shù)字微波通信技術(shù)在電視直播中的運用[J].電子技術(shù)與軟件工程， 2013（13）.

[4]邱海生.微波通信技術(shù)的發(fā)展及其在電視直播中的應(yīng)用[J].廣播電視信息， 2007（5）.