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毫米波通信技术 刘 发 林 电子工程与信息科学系 2010年9月8日 本课程分章目录 一、电磁频谱与毫米波通信概述 二、通信部件与器件 三、毫米波天线 四、毫米波传播特性 五、宽带数字通信的编码、调制与均衡 六、无线宽带信息交换技术 七、毫米波卫星通信系统构成与典型例子 波长短、准光特性，绝对频带宽、器件体积小 能穿透电离层：空间电离层 D、E、F1、F2层等，空间电离层的特征频率30MHz 大气、雨衰影响大 大气、雨衰影响大（续） 印度Bose 1890年 60GHz电火花实验 毫米波通信实验研究始于1950年代末，并一直延续至80年代初。圆波导TE10模传输通信。 涉及：毫米波传输波导，有、无源器件、收发信机和天线的研制，毫米波传播实验，毫米波通信实验系统，等。 80年代中期以后，毫米波有、无源器件日臻成熟和完善，特别是高电子迁移率晶体管系列（HEMT/pHEMT）和异质结晶体管(HBT)等三极管和毫米波/微波 (MIMIC)的出现，为毫米波通信设备的更新换代创造了良好的基础，各种实用的毫米波通信系统相继出台。 90年代开始，系统应用日益广泛。在宽带多媒体通信、宽带无线接入的个人通信、卫星通信等领域，毫米波通信是不可缺少的重要支柱。 圆波导TE10模传输通信－－有线通信 50－60年代，受限于功率，中继代价大。 电真空器件可靠性、固态器件发展，推动研究。 中国：科学院电子所实验研究。 电真空器件、模式转换装置等 70年代，美、德、日、英等实验系统。 系统技术可行，适于推广。 但是被激光、光纤冲击替代。K Kao论文1966 解决通信频道拥挤，较低风险 选用较低的毫米波频段 1969年，日本20GHz的数字无线电实验系统 1976年，实现了20GHz频段400Mb/s系统的实用化 该系统在当时已经达到了甚高的水平。 降雨备余量 45 ~ 55 dB 误码率 10 －7(每信道) 应指出，其设计的参考线路长2,500km，而单跳距离为2.5 ~ 5km。这样一来，为能进行远程大容量通信，将以大量的中继站为代价。 更高频段的中、低容量短程毫米波通信设备也相继出台。 1978年，美国战术通信用小型毫米波通信设备 全双工，38/60-70GHz 功率：100mW 波束：2-4度 速率：5-25Mbps 双筒望远镜式结构毫米波通信机 1990年代 ，全球信息化浪潮。 因特网，交互多媒体业务、高宽带视频业务以及专用网络和无线电通信业务量急剧增长，都对传输速率、带宽和质量提出了迫切的要求。 用户对宽带接入的要求日益强烈，推动了各种宽带接入网络和设备的研发。利用毫米波的无线宽带接入应运而生。 代表性系统： 本地多点分配业务LMDS（Local Multipoint Distri-bution Services）。具有更高带宽和双向数据传输的特点，可提供交互式数据及多媒体业务。28GHz 毫米波室内无线局域网络（WLAN）。20 ~ 60GHz。小尺寸天线，宽的带宽。 卫星通信写下了崭新的一页，成为现代化的通信手段之一。 卫星通信的主要优点是： 通信距离远，建站成本与通信距离无关； 以广播方式工作，便于实现多址联接； 通信容量大，能传送的业务类型多； 可以自发自收进行监测，等等。 1970/ 80年代，同步轨道GEO卫星通信）。 1990以后，中、低轨道卫星通信系统大发展。 90年代10年间发射同步轨道通信卫星多达200颗。其中C波段的最多，Ku波段的次之。 频谱拥挤、轨道拥挤的问题日益突出。 1970年代初，开始毫米波卫星通信实验研究。 1970年至1974年间只有两颗工作于18 ~40GHz频段卫星送入对地静止轨道，而到1975 ~ 1984年间发射的这种卫星则达10多颗。 1971年，美国NASA利用应用技术卫星（ATS-5）率先进行 15.3/31.5GHz卫星通信实验。 1974年，美国又发射了ATS-6进行了30/20GHz的电波和通信实验。 1976年，林肯同步轨道实验卫星（LES-8/9）演示了37GHz星际链路通信，利用星上波束宽度为1.2度的可控天线和0.5W固态IMPATT放大器，演示了跨越40,000km、100kb/s的链路工作情况。 日本，毫米波卫星通信实验始于1977年，利用技术试验卫星（ETS-II）进行 星上装有34.5GHz的无线电信标。 1977年12月，日本将中容量通信实验卫星（CS-1）射入对地静止轨道。 卫星的基本任务是检验星载设备的工作，并用100Mb/s的速率进行电话通信、传送彩色电视及数字信号的实验。 卫星在轨重360kg。 卫星有6部转发器工作于30/20GHz，2部转发器工作于6/4GHz。 1980至90年代，推出继续用于范围更