什么是视距传播（LOS propagation）及如何验证微波链路是否具有清晰的视线

摘要：本文介绍什么是视距传播，视距传播的分类及应用，地表障碍物对微波中继通信的影响，为什么以及如何验证微波链路是否具有清晰的视线。
关键词：视距传播、LOS验证、微波通信、地面微波中继通信、菲涅尔区

1、什么是视距传播？

视距传播（line-of-sight propagation，LOS propagation）是指在发射天线和接受天线间能相互“看见”的距离内，电波直接从发射点传播到接收点（一般要包括地面的反射波）的一种传播方式。 视距传播的距离一般为20～50Km，主要用于超短波及微波通信。

• 中文名： 视距传播
• 外文名：line-of-sight propagation
• 简 称：LOS propagation
• 距 离：20～50Km
• 主要用于：超短波及微波通信
• 第一类直射波传播

短波通信也被称为高频（HF）通信，是指利用波长为10-100m（频率为3~30MHz）的电磁波进行的无线电通信。
微波是指频率为300MHz-300GHz（波长1m~1mm）的电磁波。电磁波的绕射能力与其波长有关，波长越短绕射能力越差。由于微波波长短，绕射能力弱，且不受大气层和电离层的反射，因此信号的传输主要是利用微波在视线距离内的直线传播，又称为视距传播。

2、视距传播的分类及应用

按传播方式不同，视距传播可分为以下2类：
第一类是直射波传播，由发射天线辐射的电波，像光线一样按直线行进，直接传到接收点的传播方式。
第二类是大地反射波传播，由发射天线发射、经地面反射到达接收点的传播方式。
视距传播是上述两种传播方式的统称，在接收点接收的电波一般是直射波与大地反射波的合成。
按照收、发两端所处的空间位置不同，视距传播情况大体上可分为3类：
第一类是指地面上的视距传播，例如无线电中继通信、电视广播以及地面上移动通信等；
第二类是指地面与空中目标如飞机、通信卫星之间的视距传播；
第三类是指空间通信系统之间的视距通信，如飞机之间、宇宙飞行器之间等。

3、为什么要验证微波链路是否具有清晰的视线？

1）远距离地面微波中继通信

地面上的远距离微波通信，采用中继的方式，直接原因有2个：首先，因为微波波长短，具有视距传播特性，且地球表面是球型曲面，如果在地面进行微波通信，就必须把天线架设到一定的高度，使发射天线和接受天线之间没有物体阻挡，彼此可以“互视”，在天线高度不变的情况下，当通信距离超高一定的数值时，电磁波传播将受到地球自身曲面的阻挡，为了进行远距离通信，就要采用中继的方法。其次，因为微波传播有损耗，随着通信距离的增加信号衰减，有必要采用中继方式对信号逐段接收、放大后发送给下一段，以延长通信距离。

2）地表障碍物对微波视距传播的影响

地面障碍物如丘陵、山头、树林和高大的建筑物等会阻挡电磁波视距传播的地物。与自由空间传播相比，地表障碍物对微波视距传播的影响表现为引入了阻挡损耗。

在自由空间中，从波源T点辐射到R点的电磁能量最主要是通过第一菲涅尔区传播的，只要第一菲涅尔区不被阻挡，就可以获得近似自由空间的传播条件。为了提高传输方向性，微波接力通信使用的抛物面天线，它的传输主要能量集中在第一菲涅尔区内，为保证系统正常通信，收发天线架设高度要满足使它们之间的障碍物遮挡尽可能不超过其第一菲涅尔区的20%，否则电磁波多径传播就会产生不良影响，导致通信质量下降，甚至中断。

清晰的视线对于长距离微波点对点链接性能至关重要。确保建议的链接路径具有清晰的视线并且没有任何物体会干扰信号非常重要。任何意外的性能问题都可能导致新的支出，并在以后导致网络拓扑发生必要的更改。即使远程站点看似可见，无线电视线也可能会受到所谓菲涅尔区（Fresnel Zone）内物体的影响，菲涅尔区是紧接视觉链接路径的椭圆区域，其宽度随链接距离和频道的变化而变化。例如，如果坚硬的物体（例如山脊或建筑物）离信号路径太近，则它可能会降低无线电信号的强度，即使障碍物没有遮挡，也无法实现计划的接收信号电平直接的视线。因此，在设计链接路径时，必须计算并考虑菲涅尔区域的必要间隙。

4、如何快速有效验证微波链路是否具有清晰的视线？

首先你需要以下工具：
1台手持式频谱分析仪SC Compact
1台手持式微波信号源SG Compact
2个抛物面天线
2根同轴线缆
2个波导器
2个罗盘
2个水平仪

1.使用专业的无线电链路设计和规划工具计算路径预算，以确定重要值，例如-方位角，海拔，频率，极化，目标接收信号电平。在计算中使用SG Compact的输出功率选择频率和特定天线的增益。

2.在爬上塔楼之前，请确定朝向其他地点的方向。使用圆规找到正确的方位角，并在环境中寻找适合您在塔中时用作参考点的东西。注意：电信塔可能会影响指南针的准确性。建议在距塔架合理的距离进行测量。
3.爬塔，将天线安装在选定的高度和极化位置。根据先前选择的参考点设置天线的水平方向。为确保天线指向直线，请使用水平仪将天线的垂直角度调整为相对于地面的90度。

4.在相反的位置重复安装和配置过程，确保两个天线都以相同的极化方向安装。

5.将SG紧凑型连接到第一个站点的天线。根据之前进行的计算，在SG Compact单元上设置中心频率和功率。

6.将Spectrum Compact连接到相对站点的天线，并设置与SG Compact相同的中心频率，然后将SPAN调整到最小。SC和SG频率设置必须匹配。

7.如果正确完成了初始对齐，则信号轨迹应出现在SC显示屏上。为了减少噪声影响，请使用AVERAGE模式，视线测量的建议设置为平均2或平均4。
8.按下POWER IN BAND按钮并将Bandwith设置为4MHz，以测量输入信号强度。
9.继续在Spectrum Compact站点上微调天线对准：要找到最大接收信号电平，请水平调整天线。找到最大信号后，将天线固定在该位置。
10.在SG Compact站点上进行水平对准时，请执行相同的操作，然后将天线固定在最大信号电平。
11.以相同方式垂直对齐并固定天线。
12.验证视线-如果达到的最大接收信号电平在计算值的3dB之内，则菲涅耳区域清晰，并且视线经过验证。如果偏差大于3dB，则视线不清晰，链接可能无法根据计算进行。您应该考虑更改网络拓扑。

参考文献：《军事通信系统》董新海，赵兵主编.——北京：电子工业出版社，2020.1