微波天线的应用与优化

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　　【摘要】随着科技进步以及计算机技术的飞速发展和应用，通信领域中的微波传输技术也得到了广泛应用并取得了令人瞩目的辉煌业绩。人们借助其强大的传输功能和特点，使通信变得极为便捷、可靠。在微波通信传输系统中，看似简单的微波天线是不可或缺的组成部分。本文仅就微波天线的工作特性及其优化方式两个方面做出阐述，使人们对微波天线的应用有所了解，从而对微波维护工作有所启发。
　　【关键词】微波传输;天线;优化;维护
　　一、前言
　　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。
　　二、微波天线选择时应着重考虑的三个因素
　　在传输过程中微波信号会受到多重因素的干扰，如地面的反射;大气中水分子的散射、海面的折射;巨型建筑物、高山的折射和绕射等等。从而导致信号强度衰减和失真，甚至可能中断。如何选择微波天线，并用什么方法对其进行优化，是要考量以上三个因素，结合微波通信的特点来进行优化的。本文从以下三点因素的影响，探讨有效解决办法。
　　（一）地面地形因素
　　在微波通讯体系中，微波信息的传导主要是使用微波的视距传播。其使用的频率基本在2GHZ以上至20GHz以下。微波的波长是很短的，在不同的地理条件下，它的反射系數还有电平损耗都会不一样。它在空中传导时，会有扩散传播的现象，其单位面积内的能量也会随着传播距离的加大而变小，这种能量减少的现象称之为自由空间传输损耗。各种高大的实体障碍物，也会拦截一部分的电磁波，增加了微波信号的损耗。而平整的地面或湖面也可以把少量的信号反射到接收天线上面，反射信号和直射信号重叠相加就会互相抵消出现更多的能量损耗。这种反射对微波传输的影响很大，电平衰落的很大因素就是它造成的。当微波传输路径上有刀刃形状障碍物，或山峰的阻挡时，就会是另一种情况。如收发信天线之间有类似刀刃状的障碍物阻隔，微波传输就会增加6dB电平衰耗;当这个障碍物的顶端高于天线之间的连线时，电平就会出现严重的衰减，在施工中应提前测量好两点的间隔是否有障碍物以避免此类事件发生，如果遇到，可以尝试提高天线的安装高度，或换个接收点改变线路。     微波传输还有一个特点，频率越低，波长越长，它的绕射能力就越强，所以可以利用它这个特点在一定情况下加以利用。
　　（二）地面反射因素
　　微波接收天线在收到发射天线直接传过来的信号时，还会收到经地面反射过来的信号，这两股信号综合可能出现两种情况，一是信号电平的增大，二是信号电平的减小，这种情况不能忽略。
　　（三）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。
　　三、微波天线的优化措施
　　怎样才能使微波天线的收发端有效的发送和接收到优质的信号，就要充分的考虑到地形、地面、大气、这三大因素。针对性的采取一些方法，来进行优化。
　　（一）分集技术的优化
　　分集技术实现方法，分集技术，就是在微波接收端把多路相关性不大的接收信号进行选择或加以合成，从而减轻多径衰落造成的影响。在采集多条相对独立信号路径的同时选取两条或两条以上信号较强的信号进行合并，以达到提高接收端瞬时信噪比和平均信噪比的目的，一般可提高20dB左右。具体实施方法如下：
　　1.空间分集
　　空间分集还有一个称呼叫天线分集。采用最多的分集方法就是使用微波天线把信号打出去，使用多面接收天线把信号收回来，继而把多路信号进行合并。一定要保证信号相对独立，采取的措施就是要使天线间的间距尽量的大一些，最好能让接收天线之间的间距大于半个波长。在实际应用中分集的重数大至掌握在2-3。
　　2.极化分集
　　顾名思义就是通过水平和垂直两种极化的方法使两种极化衰落的特点不尽相同。我们可以选择用一个高信号强度。该技术在传输效率和提高链路容量有明显效果。
　　3.角度分集
　　就是利用接收端的信号非同向的特点，在接收端使用多面非同向的接收天线，然后将其合并，以此来提高信号强度。当然，这将会使设备的复杂程度大为提高。
　　（二）分集技术的改善效果
　　评估采用分集技术和非分集技术对降低衰落产生的影响。经常使用标称改进结果来定量评估分集改善是否有效。
　　由于发射端的信号会由多路径传输到接收端，造成接收端的多路信号不能同步，导致误码。自适应均衡技术就是通过接收端所使用的一个均衡器，通过发射一条与信道特性相反的信号用以抵消发射端由多径传输所产生的干扰，从而减小误码的技术。均衡分为频域均衡和时域均衡。一般情况下都会同时使用这两种自适应均衡器，目的就是为了最大程度的使电路抗衰落能力得到提高。
　　（三）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。
　　四、结束语
　　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。
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