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摘要:在如今的社会无线通信领域当中,微波传输技术的应用越来越广泛、越来越普遍,这对现代无线通信起到了很大的推动与促进作用,微波天线作为微波通信的核心组成部分,其直接决定着微波通信的质量与性能,因此在微波天线的应用当中,我们需要注意避免一些影响微波天线信号发射与接收的影响因素,并对微波天线的应用做出优化,这样才能实现真正高效、稳定的微波通信。基于自身的实际工作经验与学习认识,首先对微波天线在应用中应当注意避免的影响因素进行了分析,然后主要就如何对微波天线进行优化,提出了部分探讨性建议,以期能为相关工作的实践提供参考。
关键词:微波天线;应用;影响因素;优化
引言
在无线通信领域中,微波传输技术得到了越来越广泛的应用。微波天线是微波通信系统的重要子系统。微波天线是微波通信系统设备的“出口”和“入口”,其质量和性能,安装及调试是否精准,维护的到不到位,都直接影响到整个系统的运行因此,微波天线的安装调试及其维护工作至关重要,在微波设备的运行维护管理工作中,必须克服重主设备轻外围设备的传统理念。微波天线并非是一个非常完美的设备,它需要技术人员经过多次实验、修改,对其进行优化,以达到最佳的运行状态,以使微波天线运行更加稳定,传输的效率最大限度的提高。当前对于微波天线的优化,有很多的研究成果,但大多是从单一要素进行酌量,因为缺乏对综合各种因素影响的考虑,优化的结果并不是特别理想。所以目前微波天线仍处于发展和完善阶段。这篇文章就是想集合多种因素的影响,综合分析,优化选择微波天线的方法。
1微波天线选择时应着重考虑的因素
1.1地面地形因素
微波通信系统之所以能够实现无线通信,其依靠的是视距传播,就频率来讲的话,其通常保持在2GHZ到20GHz左右。微波信号的传输,受地理环境条件的影响较大,可能会因为多种原因,而发生程度不同的反射系数、电平损耗。在信号传播的过程当中,微波会发生扩散传播,如果距离越远,其单位面积能量,就会越小,这便是我们平常所称的“自由空间传输损耗”。在微波的传输过程当中,各种体型、结构较为高大的实体障碍物,也会对其造成明显的影响,拦截电磁波,使微波信号出现较大的损耗。如果是平整的湖面、地面,则会将一部分的信号反射到接收天线上面,这个时候直射信号与反射信号重叠相加,相互之间就会产生抵消作用,损耗额外的能量,电平衰落这种现象的出现,在很多时候就是因为这种反射所引起的。如果微波信号的传输,受到了类似刀刃状的实体障碍遮挡,其传输的电平衰耗,会增加6dB。如果发射和接收的微波天线之间的连线,低于了该实体障碍的顶端,电平衰减会相当的严重。因此在微波天线的建设、施工过程当中,需要考虑到地面地形因素所带来的影响,予以尽量的规避。
1.2大气影响
气中的成分会吸收一定量微波信号,使信号产生少量的衰减。同时随着气候的变化使微波的传输方向产生一定的偏移。这也会导致信号质量的下降。但它们相对于自由空间产生的衰减比重是很小的。不可忽视的是,大气中的小水滴会使电磁波产生散射衰落。频率越高,散射衰落就会越严重。如果频率超过9GHz以上,遇到雨雾天气时,散射衰落将会非常严重。如馈管密封出现问题,渗入融水,雨水的话,也同样会造成波导异常甚至停传的情况。例如,2012年3月,国干大青山微波站对人头山微波站方向,每日中午12点以后接收电平开始衰落直至停传,到下午三至四时又自动恢复的奇怪现象。探究其规律性和馈管气泵的启动频率比以前高出很多的因素,认真分析后,认为可能是馈管内部进水结冰造成的。由于馈管法兰头密封不好引起雪水渗入,而且馈管外皮的颜色是黑色的,吸热能力较强,当中午时分,气温升高,结冰融化,逐渐形成水汽,造成信号逐渐衰落导致阻断;而下午气温逐渐下降,波导内水汽结冰形成光滑的平面,这时微波信号又可以自由通过了。后来打开天线与馈管接头发现内部果真进水了,经过采取更换馈管的抢修措施,成功的排除了这一故障。
1.3地面反射因素
微波天线不仅仅会接收到发射天线直接传输的信号,同时还会接收到地面反射信号,这两种信号的综合,会导致两种可能的情况出现———信号电平减小或增大,这也是我们在微波天线的应用中,需要注意考虑到的一大因素,尽量避免其对微波通信带来负面的影响。
2微波天线的优化措施
2.1分集技术
这种技术的主要原理,是在接收端的微波天线,对相关性不大的多路信号,进行筛选,或是对其进行合成,以此来减少多径衰落对信号传输,带来的影响。从实践和研究情况来看,通过对这种技术的应用,能够使信号提高20dB上下。具体来说,该技术分为空间分集、极化分集以及角度分集。其中空间分集也就是天线分集,这种分集技术的应用,是最为广泛的,具体的操作方法是先使用微波天线将信号打出去,然后再使用多面接收天线,从新将信号收集回来,最后再在收回信号的过程当中,筛选、合并信号。关键点是要确保信号相互独立,不能产生相互影响,为此应当将接收天线之间的距离拉大,不能短于了半个波长;极化分集采用的是另外一种分集方式,主要的技术方法是采取垂直与水平两种极化方法,使两种极化衰落的特点不尽相同,然后再从中选择信号最优的信号,从研究和实践情况来看,通过对极化分集,能够显著提高链路容量、传输效率;最后是角度分集,其技术方法是借助接收端信号不同向的特点,采取多面、多角度接收天线,来对信号进行合并。从而达到增强信号强度的目的,当然这会在一定程度上增加微波天线设备本身的复杂度。
2.2阻抗匹配技术
微波天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。天线与馈线的连接,最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗,这时馈线终端无功率反射,馈线上没有驻波,天线的输入阻抗随频率的变化呈线性。天线的阻抗匹配就是消除天线输入阻抗中的电抗分量,使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。这就要求我们在安装或日常维护工作中,除了严格执行操作规程和维护规程保证设备自身的阻抗匹配外,必须认真细致地检查各连接件之间的良好接触,避免人为引起阻抗不匹配因素。
结语
微波数字化改造即将开始,微波天线在微波通信系统的传输中,至关重要。作为微波工作者,要充分考虑到地面地形、地面反射、大气影响这三个因素,优化分集技术,严格执行操作规程,避免人为因素引起阻抗不匹配等问题,提高工作效率。
参考文献
[1]范丽,魏彦辉.微波天线反射面均方根测量系统研究与应用[J].物联网技术,2018,(10):35-36.
[2]郭勇,马欢,王刚.一种微波接力天线自动对准实现方法[J].通讯世界,2018,(06):109-110.