微波工程设计中的剖面图绘制

,单击此处编辑母版标题样式,传输工程设计基础微波剖面图绘制,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 (EHF),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,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。,它是指电波主射束的轴线与障碍物之间的距离。,H,s,H,b,H,c,H,1,h,1,H,2,h,2,d,2,d,1,d,0,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：,KK,min,时 Hc 0,K=4/3 时 Hc/F,1,0.3,K时 Hc/F,1,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：,K,Kmin 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,a,e,，将,a,e,与,a,的比值定义为等效地球半径系数,K,，即,Ka,e,/a,等效地球半径系数K,T,R,K=2/3,K=1,K=4/3,K=,a,实际电波射束,R,T,K=2/3,K=1,K=4/3,K=,a,e,用a,e,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计中的一个重要参数，它对路径余隙,H,C,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（,d,0,）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。,反射波,直射波,R,T,h,1,h,2,C,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,1:5,万，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。（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,我们先看看这样的一个编号：,F-48-118-,甲,E,F,G,50,49,48,认识军用地图-编号,加了颜色的就是,F-48-118,F,48,认识军用地图-编号,F,48,118,甲,乙,丙,丁,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”。,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-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。,184,100,认识军用地图-地物标注,军用地图地物标注种类繁多，这里讲一讲树高的标注。,100,184,松,0.12,8,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,Q,1,为真北坐标角，,Q,2,为磁偏角。,*,磁子午线,坐标线,真子午线,Q,1,Q,2,认识军用地图-磁偏角,地球是圆的，所以,Q,1,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,*,磁子午线,坐标线,真子午线,Q,1,Q,2,*,磁子午线,坐标线,真子午线,Q,1,Q,2,Q,1,为正,Q,1,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,XY,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、海面,手动绘制剖面图,手动绘制剖面图,绘制剖面图用纸,100,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,100,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。,松,0.12,8,100,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。,松,0.12,8,100,通信方位,确定站址，读了X,Y数值后，就可以计算站距和通信方位。,站距,（d1,2,+d2,2,),1/2,通信方位,=,tg,-1,(y2-y1)/(x2-x1),松,0.12,8,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！,