微波工程设计中的剖面图绘制.ppt

传输工程设计基础传输工程设计基础微波剖面图绘制微波剖面图绘制作者：卢火雄作者：卢火雄审核：李建中审核：李建中2004年7月05日微波通信工程的剖面图绘制微波通信工程的剖面图绘制1.简介简介2.相关的概念及理论相关的概念及理论3.军用地图的使用军用地图的使用4.做剖面图前的准备工作做剖面图前的准备工作5.如何做剖面图如何做剖面图微波剖面图简介微波剖面图简介 剖面图，也叫断面剖面图，也叫断面图，是微波通信工程设图，是微波通信工程设计中常用的一种工具。计中常用的一种工具。通过绘制剖面图，可通过绘制剖面图，可以很大程度上确定该微以很大程度上确定该微波段是否可用。波段是否可用。相关的概念及理论相关的概念及理论 微波频率一般指微波频率一般指300MHz300GHz频段的频段的电磁波。电磁波。0.33GHz:Ultra high requency(UHF)，330 GHz:Super high frequency(SHF),30300 GHz:Extremely high frequency(EHF)有时亦用字母表示：有时亦用字母表示：12 GHz L波段波段,24 GHz S波段波段,48 GHz C波段波段,812 GHz X波段波段,12-18 GHz Ku波段，波段，1827 GHz K波段，波段，2740 GHz Ka波段。波段。相关的概念及理论相关的概念及理论 同中波的地波和短波的天波传播不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同，微波频段的传播特性是视距传播（Line of sight(LOS)propagtion）。即信号。即信号传播的路径必须是在地平线及障碍物以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上的，通信的天线应该能互相“看得见看得见”。点对点通信方式及视距传播特性决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。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微波接力通信是建立在电波视距传播基础上的接力通信。传播基础上的接力通信。微波视距传播的特点，有反射、微波视距传播的特点，有反射、折射、绕射和散射等现象。折射、绕射和散射等现象。工程设计中，应充分考虑传播路工程设计中，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，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。有效控制反射、折射、绕射等现象。微波传播的特点微波传播的特点 实际使用中，电波在低层大气中实际使用中，电波在低层大气中传播的。低层大气并不是均匀介质，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。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绕射；不规则地形对电波的散射等作用。用。第一费涅耳区半径第一费涅耳区半径1 从微波传播角度看，费涅耳区是估算从微波传播角度看，费涅耳区是估算传播能量区域的一个重要概念。发信端传播能量区域的一个重要概念。发信端T和收信端和收信端R之间的射束可以看作是由之间的射束可以看作是由T、R为焦点的一系列不同短轴半径的旋转椭为焦点的一系列不同短轴半径的旋转椭球体的集合，椭球表面上任一点球体的集合，椭球表面上任一点Pn到到T、R的距离之和为常数，这就是费涅耳区。的距离之和为常数，这就是费涅耳区。点点Pn到到TR轴线的距离称为费涅耳半径。轴线的距离称为费涅耳半径。当椭球面上的点满足当椭球面上的点满足TP1+RP1=d0+/2时，时，称为第一费涅耳区，其半径为称为第一费涅耳区，其半径为F1。第一费涅耳区半径第一费涅耳区半径2第一费涅耳区半径第一费涅耳区半径3 当椭球面上的点满足当椭球面上的点满足TPn+RPn=d0+n*/2 时，时，称为第称为第n费涅耳区，其半径为费涅耳区，其半径为Fn。费涅耳区概念在工程设计中比较重要，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。中能量最集中的区域。第一费涅耳区半径第一费涅耳区半径4由数学分析可知，第一由数学分析可知，第一费涅耳区半径费涅耳区半径F1F1为：为：第第n n费涅耳半径为费涅耳半径为：微波传播路径余隙微波传播路径余隙Hc 路径余隙是衡量微波路径余隙是衡量微波视通情况的一个重要参数。视通情况的一个重要参数。它是指电波主射束的轴它是指电波主射束的轴线与障碍物之间的距离。线与障碍物之间的距离。HsHbHcH1h1H2h2d2d1d0微波传播路径余隙微波传播路径余隙Hc Hc为路径余隙，为路径余隙，Hs为障碍物高度，为障碍物高度，Hb为障碍处的地球突起高度。为障碍处的地球突起高度。用此式可计算天线离地高度用此式可计算天线离地高度天线离地高度的计算天线离地高度的计算计算天线离地高度计算天线离地高度：微波传播路径余隙微波传播路径余隙Hc刃形段面规范的要求如下式所刃形段面规范的要求如下式所示：示：KKmin 时时 Hc 0K=4/3 时时 Hc/F1 0.3 K时时 Hc/F1不作要求不作要求式中式中Hc为路径余隙；为路径余隙；F1为第一为第一费涅耳区半径。费涅耳区半径。障碍物类型为光滑球面时要障碍物类型为光滑球面时要求：求：KKmin Hc0.3F1K4/3 Hc0.6F1 K Hc1.38F1式中式中Hc为路径余隙；为路径余隙；F1为第为第一费涅耳区半径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，在实际微波接力通信中，电波在对流层中传播，由于折射的作用，使得实际的电波传播是按曲线由于折射的作用，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传播的。为了计算方便，在电波轨迹与地面之间距离距离Hc(路径余隙路径余隙)相等的前提下，把地球半径相等的前提下，把地球半径a等等效为效为ae，将，将ae与与a的比值定义为等效地球半径系数的比值定义为等效地球半径系数K，即，即 Kae/a等效地球半径系数KTRK=2/3K=1K=4/3K=a实际电波射束RTK=2/3K=1K=4/3K=ae用ae代替a后的电波射束等效地球半径系数K K值是地面微波工程设值是地面微波工程设计中的一个重要参数，计中的一个重要参数，它对路径余隙它对路径余隙HC的确定，的确定，天线高度选择等多方面天线高度选择等多方面起着重要作用。根据设起着重要作用。根据设计规范，标准计规范，标准K取取4/3。实际实际Kz值随微波站距值随微波站距（d0）长短而变化。见）长短而变化。见右图：右图：等效地球半径系数K气象条件变化引起气象条件变化引起K值变化时，路径余隙也发值变化时，路径余隙也发生变化。当生变化。当K变小时余隙亦变小，如果设计变小时余隙亦变小，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，引起衰落现阻挡现象，引起衰落 如在刃形障碍下，如在刃形障碍下，K取最小值时余隙应大于等取最小值时余隙应大于等于于0，K=4/3时接收电平值不小于自由空间电时接收电平值不小于自由空间电平值；反射较强的，余隙应在平值；反射较强的，余隙应在0.3F1（K=Min）1.38F1(K=Max)之间。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，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。涉，使电路传输不稳定。微波波束地面反射点在设计过程中，通常在设计过程中，通常通过调整通过调整h1、h2来选来选择反射系数相对小的择反射系数相对小的地方作为反射点。地方作为反射点。反射波直射波RTh1h2C微波波束地面反射点在计算在计算d1时使用公式时使用公式其中：其中：军用地图的使用军用地图的使用1.认识军用地图认识军用地图2.我们现在使用的军用地图是中国人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。民解放军总参谋部测绘局绘制的。军用地图的使用军用地图的使用1.认识军用地图认识军用地图2.军用地图的比例通常是军用地图的比例通常是1:5万，也有万，也有1:10万的，它是地形及地表物的精确描万的，它是地形及地表物的精确描绘。绘。军用地图分幅及编号以国际百万分之一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。地形图分幅为基础，按经纬度划分。军用地图的使用军用地图的使用1.认识军用地图认识军用地图2.在使用过程中，不得复制、不得丢在使用过程中，不得复制、不得丢失、不得随意买卖失、不得随意买卖认识军用地图认识军用地图-名称名称 军用地图的名称一般是用该张地图的较大的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。城市、县城名来命名的，例如：莎车县。认识军用地图认识军用地图-要素要素符号颜色：符号颜色：黑：人工体黑：人工体 绿：植被要素绿：植被要素 棕：地貌要素棕：地貌要素 蓝：水系要素蓝：水系要素。定位点（符号中表示地物真实位置的部位）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：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，角的，在直角中点；两个图形组成的，在下方中心。在下方中心。认识军用地图认识军用地图-等高线等高线高程相等并相连的各点形成的曲线称等高高程相等并相连的各点形成的曲线称等高线。（边缘轮廓）线。（边缘轮廓）设想一座山从低到高按相等高度一层层水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（边缘）垂直投影到一个平面上，就形成一圈圈的等高线图形，地图根据这种成一圈圈的等高线图形，地图根据这种原理显示地貌的。原理显示地貌的。认识军用地图认识军用地图-等高线等高线同一等高线上各点高度相等，并闭合成同一等高线上各点高度相等，并闭合成环。环。同一幅图上等高线愈多，山愈高。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；同一幅图上等高线间隔愈密，山愈陡；间隔稀，实地坡度缓。间隔稀，实地坡度缓。认识军用地图认识军用地图-等高线等高线 等高线弯曲形状与实际地形相似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顶和凹地、等高线无法显示的特殊地貌。貌。为了更形象的体现等高线，军用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地图在两条实线等高线之间用虚线表示示1/21/2等高距等高距认识军用地图认识军用地图-等高线等高线认识军用地图认识军用地图-等高线等高线认识军用地图认识军用地图-等高线等高线认识军用地图认识军用地图-编号编号 我们先看看这样我们先看看这样的一个编号：的一个编号：F-48-118-甲甲EFG504948认识军用地图认识军用地图-编号编号 加了颜色的就加了颜色的就是是F-48-118F48认识军用地图认识军用地图-编号编号F48118甲乙丙丁 F-48-118-甲甲编号在地图中的位置编号在地图中的位置军用地图的编号在军用地图的编号在的图中有三个位置的图中有三个位置出现，顶上、左下出现，顶上、左下角、右上角，它和角、右上角，它和图名一起出现，便图名一起出现，便于查找。于查找。认识军用地图认识军用地图-编号编号军用地图的编号并不全是这种方式，比如说军用地图的编号并不全是这种方式，比如说J48 E 018015。认识军用地图认识军用地图-导航栏导航栏 军用地图的左上角有一导军用地图的左上角有一导航栏，它标出了与该张地图相航栏，它标出了与该张地图相邻的邻的8张地图的图名，这便于张地图的图名，这便于我们我们“顺藤摸瓜顺藤摸瓜”。半个堡兴隆镇什字路古 城瓦 亭隆德县红 庄联 财认识军用地图认识军用地图-标高标高 军用地图标高是通过军用地图标高是通过等高线标注的。等高距等高线标注的。等高距一般为一般为10米，也有米，也有20米米的。的。184100认识军用地图认识军用地图-地物标注地物标注 军用地图地物标注种军用地图地物标注种类繁多，这里讲一讲树类繁多，这里讲一讲树高的标注。高的标注。100184松0.12 8 认识军用地图经纬度认识军用地图经纬度 军用地图经纬度标注在军用地图经纬度标注在边框上，一格为边框上，一格为1，一，一张地图经度跨度张地图经度跨度15，纬度跨度纬度跨度10。如图：韦州镇的开始经如图：韦州镇的开始经纬度为纬度为1061510615与与 3710 3710 认识军用地图坐标认识军用地图坐标 军用地图坐标系纬军用地图坐标系纬度坐标为度坐标为X X，经度坐标，经度坐标为为Y Y以以1 1公里为一个单公里为一个单位。位。微波剖面图绘制微波剖面图绘制中需要的为中需要的为XYXY坐标。坐标。如图：韦州镇的如图：韦州镇的开始坐标为开始坐标为4115.74115.7与与 1861118611 认识军用地图认识军用地图-磁偏角磁偏角Q1为真北坐标为真北坐标角，角，Q2为磁偏为磁偏角。角。*磁子午线坐标线真子午线Q1Q2认识军用地图认识军用地图-磁偏角磁偏角 地球是圆的，所以地球是圆的，所以Q1可能为正也可能为可能为正也可能为负。记录时应注意这一点负。记录时应注意这一点。认识军用地图认识军用地图-磁偏角磁偏角*磁子午线坐标线真子午线Q1Q2*磁子午线坐标线真子午线Q1Q2Q1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。军用地图的经纬度与坐标可互相转换。通过经纬度转换为通过经纬度转换为XY坐标，满足剖面图绘坐标，满足剖面图绘制应用要求。制应用要求。转换中需注意经纬度与转换中需注意经纬度与XY坐标的线是不坐标的线是不平行的。平行的。1 1：5 5万的军用地图上万的军用地图上2 2厘米为一个坐标厘米为一个坐标点，相当与实际长度点，相当与实际长度1 1公里。公里。经纬度、坐标转换 转换中需要将经纬度转换中需要将经纬度按度、分记录。按度、分记录。如图：红点的经纬度为如图：红点的经纬度为10616.52310616.523 3710.842 3710.842经过经过换算其坐标为：换算其坐标为：4117.44117.4 18613.2618613.26做剖面图前的准备工作做剖面图前的准备工作1.军用地图军用地图2.直尺、铅笔、橡皮直尺、铅笔、橡皮3.读图记录纸、绘图纸读图记录纸、绘图纸4.站点资料站点资料(经纬度、站名）经纬度、站名）如何做剖面图如何做剖面图1.手动绘制剖面图手动绘制剖面图2.计算机辅助绘制剖面图计算机辅助绘制剖面图如何做剖面图读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读取数据时应留意电波射束经过的地形的特点：点：A类：山地、城市、地面粗糙、天线高差大。类：山地、城市、地面粗糙、天线高差大。B类：丘陵地带类：丘陵地带C类：平原类：平原D类：大范围跨水面、海面类：大范围跨水面、海面 手动绘制剖面图手动绘制剖面图手动绘制剖面图绘制剖面绘制剖面图用纸图用纸100如何做剖面图定点如何做剖面图定点定点，是做剖面图定点，是做剖面图的第一步工作。的第一步工作。根据根据GPS测试值将测试值将点描在地图上。点描在地图上。根据现场勘查资料，根据现场勘查资料，核查准确性（如与核查准确性（如与路、楼房的相对位路、楼房的相对位置置100换算为换算为XY坐标坐标用用GPSGPS定站址：一定站址：一张张1/51/5万地图万地图X X轴方轴方向为向为1010分，分，Y Y轴方轴方向为向为1515分，各每格分，各每格（非坐标格）一分（非坐标格）一分为为6060秒。再细分秒。再细分X X轴方向为约轴方向为约37*37*秒秒(GPS(GPS读数读数)/60,Y)/60,Y轴方向为约轴方向为约32*32*秒秒(GPS(GPS读数读数)/60)/60，确，确定站址后，即可读定站址后，即可读出出X,YX,Y数值。数值。松0.12 8 100如何做剖面图读图如何做剖面图读图读图，是做剖面读图，是做剖面图的重要工作。图的重要工作。用直线连接两点，用直线连接两点，按一定间隔读出按一定间隔读出直线经过的高度直线经过的高度及地物类型及地物类型站距长时，中间站距长时，中间部分必须取点。部分必须取点。松0.12 8 100通信方位通信方位确定站址，读了确定站址，读了X,Y数数值后，就可以计算站值后，就可以计算站距和通信方位。距和通信方位。站距站距（d12+d22)1/2通信方位通信方位=tg-1(y2-y1)/(x2-x1)松0.12 8 天线高度确定天线高度确定近场区：近场区：微波天线的安装位置应避开天线四周的建筑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，物、广告牌、各种高塔，远处区：远处区：满足余隙要求。避开地形地物对电波反射引满足余隙要求。避开地形地物对电波反射引起的干扰。起的干扰。馈线：馈线：应使馈线长度最短、馈线转弯和扭转最少。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，对于刃形调整天线挂高，使余隙满足要求，对于刃形障碍，障碍，K=Kmin时，余隙可以为时，余隙可以为0，但要保证，但要保证K=4/3时链路无衰减（接收电平不小于自由时链路无衰减（接收电平不小于自由空间电平值）。空间电平值）。考察反射点位置的地面反射系数、余隙，调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。整天线高度使电路工作在低次瓣。手动绘制剖面图手动绘制剖面图绘制剖面图绘制剖面图计算机辅助绘制剖面图计算机辅助绘制剖面图这是剖面图绘制工具，这是剖面图绘制工具，把相应数据填写完把相应数据填写完毕后，按毕后，按“生成剖生成剖面图面图”就可以生成就可以生成剖面图，可以确定剖面图，可以确定路由的通断及天线路由的通断及天线挂高等数据挂高等数据计算机辅助绘制剖面图计算机辅助绘制剖面图微波传输路微波传输路由表由表基础数据基础数据计算机辅助绘制剖面图计算机辅助绘制剖面图微波传输路微波传输路由表由表路由信息路由信息计算机辅助绘制剖面图计算机辅助绘制剖面图注意：注意：路由表等不能删减或插入行、列只能修改单路由表等不能删减或插入行、列只能修改单元格。元格。设备应该同设备表中名称对应，且要分清厂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。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，以下链路主要看瞬断率，10G以上雨衰一以上雨衰一列数据应大于列数据应大于-3。同时注意站名工作表中雨。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。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计算机辅助绘制剖面图微波传输路由表传输技术微波传输路由表传输技术计算机辅助绘制剖面图计算机辅助绘制剖面图微波传输路由表估算结果微波传输路由表估算结果计算机辅助绘制剖面图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微波传输路由表误码性能验收指标剖面图绘制剖面图绘制小结小结描点：微波剖面图中需要正确使用描点：微波剖面图中需要正确使用1：5万军万军用地图，实际工程中，能根据经纬度熟练、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）。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。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两点。需要连线细直。该连线则代表微波路由。由。剖面图绘制剖面图绘制小结小结调整余隙：调整余隙：根据剖面类型，定出天线挂高根据剖面类型，定出天线挂高 分别需满足分别需满足K=2/3和和K=4/3时对时对F1的要求。的要求。天线：天线的大小根据微波传输技术一览表天线：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，天线挂高不剖面图绘制表数值，确定塔高，天线挂高不能太高或太低。能太高或太低。微波通信工程中的剖面图绘制微波通信工程中的剖面图绘制谢谢大家谢谢大家 再见！再见！