第九章第六节微波通信技术
微波简史
在了解微波通信的具体工作原理之前，让我们先回顾一下微波通信的发展。
微波的发展是与无线通信的发展分不开的。1901年马可尼使用800kHz中波信号，进行了
从英国到北美纽芬兰的，世界上第一次横跨大西洋的无线电波的通信试验，开创了人类无线
信的新纪元。无线通信初期，人们使用长波及中波来通信。20世纪20年代初人们发现了短波
通信，直到20世纪60年代卫星通信的兴起，它一直是国际远距离通信的主要手段，并且对目
前的应急和军事通信仍然很重要。
用于空间传输的电波是一种电磁波，其传播的速度等于光速。无线电波可以按照频率或
波长来分类和命名。我们把频率高于300MHz的电磁波称为微波。由于各波段的传播特性各异
，因此，可以用于不同的通信系统。例如，中波主要沿地面传播，绕射能力强，适用于广播
和海上通信。而短波具有较强的电离层反射能力，适用于环球通信。超短波和微波的绕射能
力较差，可作为视距或超视距中继通信。
微波通信是20世纪50年代的产物。由于其通信的容量大而投资费用省（约占电缆投资
的五分之一），建设速度快，抗灾能力强等优点而取得迅速的发展。20世纪40年代到50年代
产生了传输频带较宽，性能较稳定的微波通信，成为长距离，大容量无线传输的主要手段，
模拟调频传输容量高达2 700路，也可同时传输高质量的彩色电视节目，而后逐步进入中容
量乃至大容量数字微波传输。80年代中期以来，随着频率选择性色散衰落对数字微波传输中
断影响的发现，以及一系列自适应衰落对抗技术与高状态调制与检测技术的发展，数字微波
传输产生了一个革命性的变化。特别应该指出的是，80年代至90年代发展起来的一整套高速
状态的自适应编码调制解调技术，与信号处理及信号检测技术的迅速发展，对现今的卫星通
信、移动通信、全数字HDTV传输、通用高速有线/无线的接入，乃至高质量的磁性记录等诸
多领域的信号设计，和信号的处理应用，起到了重要的作用。
发达国家的微波中继通信在长途通信网中所占的比例高达50%以上。据统计，美国为6
6%，日本为50%，法国为54%。我国自1956年从民主德国引进第一套微波通信设备以来，经过
仿制
和自行研制过程，已经取得了很大的成就，在1976年的唐山大地震中，在京津之间的同轴电
缆全部断裂的情况下，六个微波通道全部安然无恙。90年代的长江中下游的特大洪灾中，
微波通信又一次显示了它的巨大威力。
卫星通信方面，从1945年克拉克提出三颗与地球同步的卫星可覆盖全球的设想以来，卫
星通信真正成为现实经历了20年左右的时间。先是诸多低轨卫星的试验，而1957年10月4日
前苏联成功发射的，世界上第一颗距地球高度约1 600公里的人造地球卫星，实现了对地球
的通信，这是卫星通信历史上的一个重要里程碑。1965年4月6日发射的“晨鸟”号静止卫星
，标志着卫星通信真正进入了实际商用阶段，并纳入了世界上最大的商业卫星组织INTELSAT
的第一代卫星系统IS-Ⅰ。GEO商用卫星通信以INTELSAT卫星系统为典型，从1965年IS-Ⅰ以
来，至今正式商用的卫星系统历经8代12种。
微波通信的发展历史
移动通信方面，它的发展至今大约经历了五个阶段：第一阶段为20世纪20年代初到50年代
末，主要用于船舶及军事活动，采用短波频段及电子管技术，至该阶段末期才出现150MHz的
单工汽车
公用移动电话系统MTS。第二阶段末50年代到60年代，此时频段扩展到UHF450MHz，器件技术
已经向半导体过渡，大都为移动环境中的专用系统，并解决了移动电话与公用电话的接续问
题。第三阶段为70年代初到80年代，此时频段已经扩展到800MHz，美国进行了AMPS试验。第
四阶段为80年代到90年代中，第二代数字移动通信兴起并且大规模地发展，逐步向个人通
信发展。出现了D-AMPS、TACS、ETACS、GSM/DCS、CDMAOne、PDC、PHS、DECTPACS、PCS等各
类系统，频段扩至900MHz到1 800MHz，而且除了公众移动电话系统以外，无线寻呼系统、无
绳电话系统、集群系统等各类移动通信手段，适应用户与市场需求同时兴起。第五阶段为90
年代中期到现在，随着数据通信与多媒体的业务需求的发展，适应移动数据、移动计算机及
移动多媒体的第三代移动通信开始兴起CDMA2000、WCDMA、LAS-CDMA等相应的标准应运而生
。无线通信技术前景一片光明。
近十年来，国内信息网络的发展对通信基础设施提出了越来越高的要求，各种网络接入
技术越来越受到人们的重视。网络接入大致上可分为网络接入和单机接入两类。许多技术如
DDN、xDSL、56k、ISDN、微波、帧中继、卫星通信等都成为人们的关注对象。尽管中国电信
基础建设取得了极大的发展，但是仍无法满足网络迅速发展的迫切需要。因此，无线微波扩
频通信以其建设快速简便等优势，成为建立广域网连接的另一重要方式，并在一些城市
中（如北京）形成一定规模，是国内城市通信基础设施的有效补充，引起了很多网络建设单
位的兴趣。微波扩频通信目前在国内的重要应用领域之一，是企事业单位组建Internet并接
入ISP。一般接入速率为64k～2Mbps，使用频段为24G～24835GHz，该频段属于工业自由
辐射频段，也是国内目前惟一不需要无委会批准的自由频段。微波通信仍是最有发展前景的
通信手段之一。
无线电波的传播特性
1表面波传播
就是电波沿着地球表面到达接收点的传播方式，如图9-2中1所示。电波在地球表面上传播，
以绕射方式可以到达视线范围以外。地面对表面波有吸收作用，吸收的强弱与带电波的频率
、地面的性质等因素有关。
2天波传播
就是自发射天线发出的电磁波，在高空被电离层反射回来到达接收点的传播方
式。如图9-2中2所示。电离层对电磁波除了具有反射作用以外，还有吸收能量与引起信号畸
变等作用。其作用强弱与电磁波的频率和电离层的变化有关。
3散射传播
就是利用大气层对流层和电离层的不均匀性来散射电波，使电波到达视线以外的地方。如图
9-2中4所示。对流层在地球上方约10英里处，是异类介质，反射指数随着高度的增加而减小
。
4外层空间传播
就是无线电在对流层、电离层以外的外层空间中的传播方式。如图9-2中的5所示。这种传播
方式主要用于卫星或以星际为对象的通信中，以及用于空间飞行器的搜索、定位、跟踪等。
微波通信与应用
微波扩频通信技术特点是利用伪随机码，对输入信息进行扩展频谱编码处理，然后在某个
载频进行调制以便传输。属于中程宽带通信方式。微波扩频通信技术来源于军事领域，主要
开发目的是对抗电子干扰。
除了通信方面，微波在其他地方也大显身手。现代雷达大多数是微波雷达，利用微波工作的
雷达可以使用尺寸较小的天线，来获得很窄的波束宽度以获得关于被测目标性质的更多的信
息。还有无线电辐射计、微波炉，等等。在微波通信中，电磁波的单位是赫兹（Hz）。德国
物理学家赫兹关于电磁波的实验，为微波技术的发展开拓了新的道路，构成了现代文明的骨
架，后人为了纪念他，把频率的单位定为赫兹。