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1、传输工程设计基础 微波剖面图绘制 作者：卢火雄 审核：李建中 2004年7月05日,微波通信工程的剖面图绘制,简介 相关的概念及理论 军用地图的使用 做剖面图前的准备工作 如何做剖面图,微波剖面图简介,剖面图，也叫断面图，是微波通信工程设计中常用的一种工具。 通过绘制剖面图，可以很大程度上确定该微波段是否可用。,相关的概念及理论,微波频率一般指300MHz300GHz频段的电磁波。 0.33GHz:Ultra high requency(UHF)，330 GHz: Super high frequency(SHF), 30300 GHz: Extremely high frequency (E
2、HF) 有时亦用字母表示：12 GHz L波段,24 GHz S波段,48 GHz C波段,812 GHz X波段,12-18 GHz Ku波段，1827 GHz K波段，2740 GHz Ka波段。,相关的概念及理论,同中波的地波和短波的天波传播不同，微波频段的传播特性是视距传播（Line of sight(LOS) propagtion）。即信号传播的路径必须是在地平线及障碍物以上的，通信的天线应该能互相“看得见”。 点对点通信方式及视距传播特性决定了微波的天线是强方向性的（工程中常用抛物面天线）及天线之间需视通。,微波传播的特点,微波接力通信是建立在电波视距传播基础上的接力通信。 微波视
3、距传播的特点，有反射、折射、绕射和散射等现象。 工程设计中，应充分考虑传播路径上的气象条件及地形情况对微波传播的影响，通过路径选择和天线高度选择，充分利用微波的直线性，有效控制反射、折射、绕射等现象。,微波传播的特点,实际使用中，电波在低层大气中传播的。低层大气并不是均匀介质，他的温度、气压、湿度是随时间及空间变化的，微波波束通过低层大气时会受到反射、折射、散射、吸收。 地形对传播的影响主要为地面、水面的反射；障碍物对电波阻挡引起的绕射；不规则地形对电波的散射等作用。,第一费涅耳区半径1,从微波传播角度看，费涅耳区是估算传播能量区域的一个重要概念。发信端T和收信端R之间的射束可以看作是由T、R
4、为焦点的一系列不同短轴半径的旋转椭球体的集合，椭球表面上任一点Pn到T、R的距离之和为常数，这就是费涅耳区。点Pn到TR轴线的距离称为费涅耳半径。 当椭球面上的点满足TP1+RP1=d0+/2时，称为第一费涅耳区，其半径为F1。,第一费涅耳区半径2,第一费涅耳区半径3,当椭球面上的点满足TPn+RPn=d0+n*/2 时，称为第n费涅耳区，其半径为Fn。 费涅耳区概念在工程设计中比较重要，我们尤其关心第一费涅耳区，这是微波传播中能量最集中的区域。,第一费涅耳区半径4,由数学分析可知，第一费涅耳区半径F1为： 第n费涅耳半径为：,微波传播路径余隙Hc,路径余隙是衡量微波视通情况的一个重要参数。
5、它是指电波主射束的轴线与障碍物之间的距离。,微波传播路径余隙Hc,Hc为路径余隙，Hs为障碍物高度，Hb为障碍处的地球突起高度。,用此式可计算天线离地高度,天线离地高度的计算,计算天线离地高度：,微波传播路径余隙Hc,刃形段面规范的要求如下式所示： KKmin 时 Hc 0 K=4/3 时 Hc/F1 0.3 K时 Hc/F1不作要求 式中Hc为路径余隙；F1为第一费涅耳区半径。,障碍物类型为光滑球面时要求： KKmin Hc0.3F1 K4/3 Hc0.6F1 K Hc1.38F1 式中Hc为路径余隙；F1为第一费涅耳区半径,等效地球半径系数K,在实际微波接力通信中，电波在对流层中传播，由于
6、折射的作用，使得实际的电波传播是按曲线传播的。为了计算方便，在电波轨迹与地面之间距离Hc(路径余隙)相等的前提下，把地球半径a等效为ae，将ae与a的比值定义为等效地球半径系数K，即 Kae/a,等效地球半径系数K,等效地球半径系数K,K值是地面微波工程设计中的一个重要参数，它对路径余隙HC的确定，天线高度选择等多方面起着重要作用。根据设计规范，标准K取4/3。实际Kz值随微波站距（d0）长短而变化。见右图：,等效地球半径系数K,气象条件变化引起K值变化时，路径余隙也发生变化。当K变小时余隙亦变小，如果设计余隙过小（微波天线挂高过低），有可能出现阻挡现象，引起衰落 如在刃形障碍下，K取最小值时
7、余隙应大于等于0，K=4/3时接收电平值不小于自由空间电平值；反射较强的，余隙应在0.3F1（K=Min）1.38F1(K=Max)之间。,微波波束地面反射点,在微波接力通信中，地面反射的影响表现在，光滑地面或水面会把天线发出的一部分信号能量反射到接收天线，与主波（直射波）信号产生干涉，使电路传输不稳定。,微波波束地面反射点,在设计过程中，通常通过调整h1、h2来选择反射系数相对小的地方作为反射点。,微波波束地面反射点,在计算d1时使用公式 其中：,军用地图的使用,认识军用地图 我们现在使用的军用地图是中国人民解放军总参谋部测绘局绘制的。,军用地图的使用,认识军用地图 军用地图的比例通常是1:
8、5万，也有1:10万的，它是地形及地表物的精确描绘。 军用地图分幅及编号以国际百万分之一地形图分幅为基础，按经纬度划分。,军用地图的使用,认识军用地图 在使用过程中，不得复制、不得丢失、不得随意买卖,认识军用地图-名称,军用地图的名称一般是用该张地图的较大的城市、县城名来命名的，例如：莎车县。,认识军用地图-要素,符号颜色：黑：人工体 绿：植被要素 棕：地貌要素 蓝：水系要素。 定位点（符号中表示地物真实位置的部位）：有点的，在点上；几何图形，在其中心；底部宽大的，在底部中点；底部直角的，在直角中点；两个图形组成的，在下方中心。,认识军用地图-等高线,高程相等并相连的各点形成的曲线称等高线。（
9、边缘轮廓） 设想一座山从低到高按相等高度一层层水平切开，将有许多截面，将截面的轮廓（边缘）垂直投影到一个平面上，就形成一圈圈的等高线图形，地图根据这种原理显示地貌的。,认识军用地图-等高线,同一等高线上各点高度相等，并闭合成环。 同一幅图上等高线愈多，山愈高。 同一幅图上等高线间隔愈密，山愈陡；间隔稀，实地坡度缓。,认识军用地图-等高线,等高线弯曲形状与实际地形相似 例如等高线表示的山谷和山背、山顶和凹地、等高线无法显示的特殊地貌。 为了更形象的体现等高线，军用地图在两条实线等高线之间用虚线表示1/2等高距,认识军用地图-等高线,认识军用地图-等高线,认识军用地图-等高线,认识军用地图-编号,
10、我们先看看这样的一个编号： F-48-118-甲,认识军用地图-编号,加了颜色的就是F-48-118,认识军用地图-编号,F-48-118-甲,编号在地图中的位置,军用地图的编号在的图中有三个位置出现，顶上、左下角、右上角，它和图名一起出现，便于查找。,认识军用地图-编号,军用地图的编号并不全是这种方式，比如说J48 E 018015。,认识军用地图-导航栏,军用地图的左上角有一导航栏，它标出了与该张地图相邻的8张地图的图名，这便于我们“顺藤摸瓜”。,认识军用地图-标高,军用地图标高是通过等高线标注的。等高距一般为10米，也有20米的。,100,认识军用地图-地物标注,军用地图地物标注种类繁多
11、，这里讲一讲树高的标注。,100,认识军用地图经纬度,军用地图经纬度标注在边框上，一格为1，一张地图经度跨度15，纬度跨度10。 如图：韦州镇的开始经纬度为10615与 3710,认识军用地图坐标,军用地图坐标系纬度坐标为X，经度坐标为Y以1公里为一个单位。 微波剖面图绘制中需要的为XY坐标。 如图：韦州镇的开始坐标为4115.7与 18611,认识军用地图-磁偏角,Q1为真北坐标角，Q2为磁偏角。,认识军用地图-磁偏角,地球是圆的，所以Q1可能为正也可能为负。记录时应注意这一点。,认识军用地图-磁偏角,Q1为正,Q1为负,经纬度、坐标转换,军用地图的经纬度与坐标可互相转换。通过经纬度转换为X
12、Y坐标，满足剖面图绘制应用要求。 转换中需注意经纬度与XY坐标的线是不平行的。 1：5万的军用地图上2厘米为一个坐标点，相当与实际长度1公里。,经纬度、坐标转换,转换中需要将经纬度按度、分记录。 如图：红点的经纬度为10616.523 3710.842经过换算其坐标为：4117.4 18613.26,做剖面图前的准备工作,军用地图 直尺、铅笔、橡皮 读图记录纸、绘图纸 站点资料(经纬度、站名）,如何做剖面图,手动绘制剖面图 计算机辅助绘制剖面图,如何做剖面图读图,读取数据时应留意电波射束经过的地形的特点： A类：山地、城市、地面粗糙、天线高差大。 B类：丘陵地带 C类：平原 D类：大范围跨水面
13、、海面,手动绘制剖面图,手动绘制剖面图,绘制剖面图用纸,如何做剖面图定点,定点，是做剖面图的第一步工作。 根据GPS测试值将点描在地图上。 根据现场勘查资料，核查准确性（如与路、楼房的相对位置,换算为XY坐标,用GPS定站址：一张1/5万地图X轴方向为10分，Y轴方向为15分，各每格（非坐标格）一分为60秒。再细分X轴方向为约37*秒(GPS读数)/60, Y轴方向为约32*秒(GPS读数)/60，确定站址后，即可读出X,Y数值。,如何做剖面图读图,读图，是做剖面图的重要工作。 用直线连接两点，按一定间隔读出直线经过的高度及地物类型 站距长时，中间部分必须取点。,通信方位,确定站址，读了X,Y
14、数值后，就可以计算站距和通信方位。 站距（d12+d22)1/2 通信方位= tg-1(y2-y1)/(x2-x1),天线高度确定,近场区： 微波天线的安装位置应避开天线四周的建筑物、广告牌、各种高塔， 远处区： 满足余隙要求。避开地形地物对电波反射引起的干扰。 馈线： 应使馈线长度最短、馈线转弯和扭转最少。,手动绘制剖面图,根据所收集数据计算最佳天线高度 调整天线挂高，使余隙满足要求，对于刃形障碍，K=Kmin时，余隙可以为0，但要保证K=4/3时链路无衰减（接收电平不小于自由空间电平值）。 考察反射点位置的地面反射系数、余隙，调整天线高度使电路工作在低次瓣。,手动绘制剖面图,绘制剖面图,计
15、算机辅助绘制剖面图,这是剖面图绘制工具，把相应数据填写完毕后，按“生成剖面图”就可以生成剖面图，可以确定路由的通断及天线挂高等数据,计算机辅助绘制剖面图,微波传输路由表基础数据,计算机辅助绘制剖面图,微波传输路由表路由信息,计算机辅助绘制剖面图,注意： 路由表等不能删减或插入行、列只能修改单元格。 设备应该同设备表中名称对应，且要分清厂家，如果性能指标计算不出，可能所输入的设备或天线在设备工作表中不存在。 10G以下链路主要看瞬断率，10G以上雨衰一列数据应大于-3。同时注意站名工作表中雨强数据应同微波链路所在地区对应。,计算机辅助绘制剖面图,微波传输路由表传输技术,计算机辅助绘制剖面图,微波
16、传输路由表估算结果,计算机辅助绘制剖面图,微波传输路由表误码性能验收指标,剖面图绘制小结,描点：微波剖面图中需要正确使用1：5万军用地图，实际工程中，能根据经纬度熟练、准确地在地图上确定站点。（一小圆点）。如前后山的点可能引起微波路由的通断。 连线：根据两站点情况，用直尺画线连接该两点。需要连线细直。该连线则代表微波路由。,剖面图绘制小结,调整余隙： 根据剖面类型，定出天线挂高 分别需满足K=2/3和K=4/3时对F1的要求。 天线：天线的大小根据微波传输技术一览表数值，满足估算结果要求。天线挂高则根据剖面图绘制表数值，确定塔高，天线挂高不能太高或太低。,微波通信工程中的剖面图绘制,谢谢大家 再见！,