谈谈微波通信的优缺点和RVG903D微波机

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微波技术近十多年来的发展,已经广泛的应用到通信、广播,以及国防和工业各个部门。例如雷达侦察,导弹,气候测量,自动控制,原子能研究等,无一不和微波技术有关。此外还利用微波建立了无线电天文学,无线电频谱学等新的科学部门。在通信和广播上,微波之所以被我们重视,主要是由于它有一系列的独特优点,这些优点是:

一、频带宽,可容纳的电台多 在短波段,由于电台很多,而每一个电台都要占据一定的频带宽度,例如电话为3千周,广播为10千周。因此,整个短波段范围内所能容纳的电台数目有一定的限制,超过了这数目就形成频率不够分配,造成电台互相干扰。但是,在微波段因为频带广阔得多,频率不够分配的问题,不再存在。同时,由于微波的传播距离基本上限于视线范围,不致于干扰远离视线范围以外的电台,相应的也增加了可容纳电台的数目。因此,微波的利用,完全解决了短波段不能解决的电台拥挤的问题。

二、保密性强 微波在很大程度上解决了保密问题。原因是:第一、微波的波长很短(以公分来计算),因此,它的天线可以做到高度定向,像探照灯似的把电波集中向一个方向射出,在不是集中发射的方向,不能收听。

图1
图1 🔍原图 (568×662)

第二、它的传播限于视线范围,远离视线范围之外不能收听。在中继通信的长距离电路上,则仅能在中继电路的范围内才能收听。

图2
图2 🔍原图 (586×703)

第三、一般短波机收不到,同时,它还可以利用特种调制,如调频或脉冲调制,一般的收信机无法收听。因此,应用微波通信在大陆上是相当可靠的。

三、通信质量高 短波无线电通信电路杂音大、干扰多、不稳定、质量不高,这也是最使我们感到困难的问题。但在微波段由于它是靠直线传播,因此工作稳定,也无需按日夜和季节调换波长。同时,在微波段,由于宇宙的杂音与太阳的杂音感应,对收信机所引起的干扰小到可以忽略,再加上利用抗干扰性很高的特种调制,如调频或脉冲调制,就几乎不怕工业干扰。因此,通信质量很高,可以和有线载波相比。

四、可以作多路通信及传递电视广播 短波通信受频带宽度的限制,一条短波电路仅能传送一路电话。微波电路则不同,它能容纳的频带宽,可以在一条微波电路上同时传送几十个、几百个甚至几千个电话。同样,播送电视广播需要宽度达到几个兆周以上的频带,目前还必需利用微波或地下同轴电缆。

图3
图3 🔍原图 (933×449)

五、微波通信电路比较不受地形限制 如果要越过高山,通过江河或湖泊多的地区,要安装架空明线或埋设电缆不仅工程很大,在技术上也很困难。在这种情况下,利用微波中继作长距离通信,还可以利用地形,因此特别有利。

六、架设和拆迁较易 架设微波电路时,主要工程仅是机器和天线的装设工作。因此,装置容易,拆迁也很简单。

七、投资较小,可节省大量有色金属 架设一条与地下电缆长度相同、通话路数相同的微波电路,全部投资远较埋设地下电缆为小。德国专家指出过,从柏林到来比锡,全长200公里的电视广播或适于传输600路电话的微波电路,大约要比地下电缆节省全部投资的3/4,铅380吨,铜8.38吨。又根据苏联的资料看,微波电路约可比地下电缆节省全部投资的1/3。但是必须指出,通话电路数目愈多,微波电路才会显得愈经济。

上面所提都是微波电路与短波或地下电缆电路比较的优点、但它也存在一些缺点:

一、保密性还不如地下电缆可靠 既然电波仍然是向空中发射,则被敌人窃听的机会总还存在。长距离通信时,中继站愈多、被人窃听的机会也愈多。此外,微波射向天空时,还会被低空的电离层散射,这些电波虽然很微弱,但现在也已有利用它来作远距离通信之用(用加大发射功率,加大天线增益)。可见,发射功率虽然很小,被散射的电波也可能没有,但还不能说绝对不会被人窃听。

二、微波机的制造和修理维护要求较高的技术水平 微波机的部件制造要求比较高。例如微波电子管,波导管、空腔谐振器等。对微波部件的修理也很不容易,如果没有足够的备份部件,在维护上就会感到困难。

微波通信虽然有这些缺点,但究竟它的优越性是主要的。目前,世界上技术较发达的国家都在大力开展微波的研究工作,并已广泛采用,例如苏联在第六个五年计划中就要建立一万公里的微波通信电路。

在通信工作上采用微波设备,对我们讲还是开始,最近,邮电部无线电总局试装了RVG903D24路微波机,这种机器是我国邮电通信上第一批出现的新式微波机器。

图4
图4 🔍原图 (1190×279)

RVG903D型微波机是德意志民主共和国的出品,它的工作波长为20.4—25公分,频率为1200—1470兆周,可通24个话路。发信机输出功率为9瓦。采用调频方式,调制频率从0.3—150千周,频率偏移为±400千周。采用的天线是具有半波偶极子的抛物线型定向天线,增益为20分贝。RVG903D机,由收信机和发信机两部分构成。发信机包括音频放大及倒相器、调频器、振荡器、4级放大器、微波振荡器、混频器、及2级功率放大器;收信机包括局部振荡器、混频器、自动频率微调器、7级中频放大、2级限幅器、鉴频器、阻抗变换器和2级音频放大。

这种微波机与短波机主要不同的地方有下列几个部分:

一、电子管 微波部分用的是灯塔管(又名盘封管),这种电子管的外形像灯塔。它的极间距离极短。因此,电子飞越时间极小,虽然距离缩短后极间电容增加,但互导的增加比电容的增加大,比较起来还是有利。这种管没有管脚,它的电极与外面的接触靠环形圆盘,因此,它避免了引线电感和分布电容的影响。这种管用作放大时,最高频率可用到3000兆周。

二、空腔谐振器 在微波振荡及放大部分,我们看不见像短波机上由电容器和电感线圈组成的调谐回路,它已由空腔谐振器代替了。这是因为频率高达微波范围时,集总常数的电容器和电感线圈已不能再用。一方面由于元件过小,不能耐受一定的功率,难于制造。另方面,由于波长太短,元件虽然可以做得很小,但它的尺寸也可与波长相比,会产生辐射损耗,得不到足够的品质因数Q值。因此,必需采用另一种形式的谐振方式,一般采用的是空腔谐振器。它有圆形的谐振腔,可以把这种圆形共振腔看作是很多等于1/4波长的开路线段并联形成的。

许多导线并联电阻大减,Q值特高。因此应用了空腔谐振器,回路的调谐再不是调整电容器或线圈,而是调整谐振腔的短路活塞、改变空腔的尺寸,来改变它的共振频率。它与外界的耦合借一根金属棒或金属片伸入谐振腔内部、与共振腔内的电磁场发生作用,便可以得到相当于电容或电感耦合,改变它在腔内的位置便可以改变它们之间的耦合度。

三、调制方式 RVG903D机用的是频率调制方式,简单说,所谓频率调制就是:无线载波为调制频率调变后,载波频率随调制频率的振幅大小而成比例变化,但它的相位和振幅却保持不变。收信机收到调频信号后,再利用鉴频器(它相当于普通超外差收音机的第二检波级)把频率的变动转变为振幅的变动。应用调频制的主要优点是它的抗干扰性高,通信质量远较调幅制为佳。RVG903D24路微波机的频率偏移为±400千周,总频带宽度达1400千周。在短波段要占这样宽的频带是不允许的。

图5
图5 🔍原图 (1176×1097)

四、天线 微波上所用的天线在形状和构造上也与短波的不同,主要是由于波长很短,可以利用光学原理把天线做成抛物形或号角形,达到高度定向,提高天线的增益。例如抛物线型天线就是利用整块金属做成,把电波集中向一个方向发射,简单原理如图3所示。抛物型反射器面积愈大,则方向性愈尖锐,增益愈高。RVG903D机采用的抛物型天线直径为1.5公尺(约为波长的7倍),增益为20分贝,发射半功率角为±8°。收发信机由同轴电缆接到天线。此外还附有去偶器使收发信机能同时共用一付天线而不致发生干扰。

上面所举仅就我们现有的微波机的特殊部分作简单的介绍。如果频率更高,例如到达3000兆周以上,则还要应用导波管。此外,很多微波机采用的是脉冲调制。这些,都是比较特殊的新技术,在这里就不多谈了。(张应中)