短波段无线电波的传播规律与短波无线电通信的频率选择及预测.doc

短波段无线电波的传播规律与短波无线电通信的频率选择及预测一、引言： 在无线电通信中，无线电发射机的天线辐射载有信息的电磁波，到达接收点无线电接收机的天线，要经过一段自然路径。无线电波在自然环境中的传播主要有三个路径常用于无线电通信：视距传播、地波传播、天波传播。不同波长的无线电波在以上三种传播路径中有不同的传播规律。短波无线电波（2—30Mhz）的传播有不同于其它频段的特殊规律，只有透彻认识和运用其特殊规律，才能发挥短波无线电通信设备的应有效能，建立稳定可靠的通信联系，提高通信质量。 二、无线电波的传播路径： （1）视距传播：视距传播是指电波在发射天线与接受天线互相“看得见”的距离内的传播方式。电波在靠近地面的低空大气层中以近似直线的路径传播(见图-1），在发射功率一定的情况下，其通信距离相当大的程度上取决于收发双方的天线高度，多用于超短波通信，本文不多作讨论。 （2）地波传播：地波是指沿地球表面传播的电波。当电波沿地表传播时，在地表面产生感应电荷，这些电荷随着电波的前进而形成地电流。由于大地有一定的电阻，电流流过时要消耗能量，形成地面对电波的吸收。地电阻的大小与电波频率有关，频率越高，地的吸收越大。因此，地波传播适宜于长波和中波作远距离广播和通信；小型短波电台采用这种方式只能进行几公里至几十公里的近距离通信。地波是沿着地表面传播的，基本上不受气候条件的影响，因此信号稳定，这是地波传播的突出优点。 （3）天波传播：天波是指地面发出的经电离层折射返回地面的电波。短波无线电台站可以较小的发射功率，不依赖任何地面系统利用天波路径独自建立数百公里甚至数千公里的通信联系，是为有别于其它通信方式的突出优势。但是，电离层随昼夜、季节、年度而变化，导致天波传播状况依时间变化。因此，依赖电离层反射所建立的短波无线电天波通信是不稳定、不可靠的（相对于其他传播路径而言）。远程短波通信要求设备操作人员对短波波段无线电波的传播规律有深入的了解和较多的实践经验，并且依赖于通信各方的配合默契。本文主要讨论短波通信的地波和天波传播。 三、短波的地波传播： 利用地波路径，可在一定距离内建立稳定可靠的短波通信联络。其有效距离主要取决于短波电台的发射功率、天线的架设方式、传播路径上的地形地物的影响及使用的载波频段。在发射功率、天线架设、地形地物均已确定的情况下，载波频率成为决定通信距离的唯一可选因素。鉴于频率越低大地对电波的吸收越小，短波电台的地波通信宜选用短波频率的低段（2 — 6 Mhz）。很明显，地波的场强与传播距离成反比，距离越远，信号强度越弱。远至一定距离，信号/ 噪声比将降低到无法保证可靠通信的程度，导致通信中断。对于短波通信而言，其噪声主要来自产生于大气的天电和周围工业设备的电气干扰。 一般来说，在一方天线高架的情况下，选择合适的载波频率，小型短波电台利用地波路径可在数十公里范围内建立可靠的通信联络。 四、短波的天波传播： （1）关于电离层：短波无线电远程通信依赖于高空电离层反射的天波路径，了解电离层的生成、结构和变化规律，了解电离层不同时段对不同频段的短波段电波的反射规律，对短波无线电通信有至关重要的意义。 由于太阳紫外线照射、宇宙射线的碰撞，使地球上空大气中的氮分子、氧分子、氮原子、氧原子电离，产生正离子和电子，形成所谓电离层，其分布高度距地面几十公里至上千公里。电离层中电子密度呈层状分布，对短波通信影响大的有 D 层、E 层、F1 层、F2 层，各层的中部电子密度最大，各层之间没有明显的分界线。 各层的电子密度 D〈 E〈 F1〈F2 ):由于电离层的形成主要是太阳紫外线照射的结果，因此电离层的电子密度与阳光强弱密切相关，随地理位臵、昼夜、季节和年度变化，其中昼夜变化的影响最大。 D 层：高度 60—80公里，中午电子密度最大，入夜后很快消失； E 层：高度 100—120公里，白天电子密度增加，晚上相应减少； F1 层：高度 180公里，中午电子密度最大，入夜后很快消失； F2 层：高度 200—400公里，下午达到最大值，入夜逐渐减少，黎明前最小。 （2）电离层对电波的折射和反射： 电离层可看成具有一定介电常数的媒质，电波进入电离层会发生折射。折射率与电子密度和电波频率有关。电子密度越高，折射率越大；电波频率越高，折射率越小。电离层电子密度随高度的分布是不均匀的，随高度的增加电子密度逐渐加大，折射率亦随之加大。可以将每一层划分为许多薄层，每一薄层的电子密度可视为均匀的。电波在通过每一薄层时都要折射一次，折射角依次加大，当电波射线达到电离层的某一点时，该点的电子密度值恰使其折射率为900，此时电波射线达到最高点，尔后沿折射角逐渐减小的轨迹由电离层深处折返地面。当频率一定时，电波射线入射角越大，则越容易从电离层反射回来。当入射角小于一定值时，由