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对于远距离高频通信频率的选择与分析

摘要:高频短波通信作为无线电通信方式的一种，主要实现超视

距(远距离)无线电通信功能。本文简单介绍了高频通信的传输介质-

电离层的变化规律，并对高频频率与电离层的关系、高频频率的选择

方法进行了分析和阐述。

关键词:高频电离层电子密度电子浓度总含量最大电子

密度临界频率最高可用频率最低可用频率自动链路建立

1引言

高频短波通信(2～30M频段)作为超视距(远距离)无线电通信的

一种手段，由于其使用电离层进行电波反射、无需使用卫星等中继设

施的特点而广泛应用于航空、军事、海事活动中。但也由于其带宽较

窄、电离层变化频繁等原因而时常出现通信质量差、通信突然中断的

问题。所以在高频通信中如何选取适当的频率以保证通信质量就显得

极其重要，而高频频率的选择又与高频通信信道-电离层的变化规律

有着直接的联系。

2电离层概述

高频通信主要利用天波经电离层反射进行远距离传播，因而受自

然环境影响较大，由于电离层经常变化，短波波段内信号很不稳定，

有严重的衰落现象，有时还因电离层暴等异常情况造成信号中断。

在地球上空大约70～400英里的范围内形成了4个不同的离子层

D、E、F1、F2层，电离层示意图见图1。这些层通称为电离层。有

了电离层对于高频信号的折射作用，才能实现高频远距离通信。四个

电离层中，E层、F层完成大部分的高频信号的反射。

3电离层变化规律

电离层的变化主要是指电离层的电子密度和层高有较明显日夜

变化、季节变化、地理纬度和太阳11年周期的变化。高频远距离通

信质量、通信频率选取与电离层的变化有密切关系。

3.1电离层日变化

由于电离层中的大气电离能量主要来源于太阳辐射，太阳天顶角

变化直接影响电离层的变化。日夜太阳的照射不同，故白天电子密度

比夜间大;中午的电子密度又比早晚大;D层在日落之后很快消失，而

E层和F层的电子密度减小(F1层与F2层合并)。到了日出之后，各

层电子密度开始增长，到正午时达到最大值，以后又开始减少。

3.2电离层月变化

由于不同季节太阳的照射不同，夏季的电子密度大于冬季，只有

F2层冬天的电子密度反而比夏天大。

3.3电离层与太阳活动周期关系

电离层电子密度的分布，除了呈现日变化和月变化外，还与太阳

活动周期有密切关系。太阳活动性一般用太阳一年的平均黑子数来代

表，即太阳黑子数最多的年份，也就是太阳活动性最强的年份。太阳

黑子的变化周期大约是11年，因此电离层的电子密度也与这11年变

化周期有关。当处于太阳活动性强的年份，电离层中各区域的电子密

度也增加，当处于太阳活动性弱的年份，电离层中各区域的电子密度

也减小，使之也具有11年周期性。太阳活动周期见图2，最近一个

周期开始于2006年，至2011年仍处于太阳活动性强的年份。

当电离层的特性随地理位置不同也是有变化的。不同地点的上空

太阳的辐射不同，赤道附近太阳照射强,南北极弱,赤道附近电子密度

大，南北极最小。

4电离层参数

4.1电子密度

电子密度是电离层中的重要参数，通常用Ne表示，是指空中某

一点单位体积内电子的数目，单位是“电子个数/每立方厘米”或“电子

个数/每立方米”。电离层中最大的电子密度通常称为Nmax，它与高

频通信频率的使用有直接关系。

4.2TEC

电离层中还有一个重要参数是TEC，指电离层电子浓度总含量，

又称电离层电子浓度柱含量、积分含量等，是单位面积内电离层电子

浓度沿垂直高度的积分总含量，有一个专用单位(TECu)来描述TEC，

一个TECu是指“一个平方米面积内有10e16个电子”。TEC和Nmax

没有直接转换的公式，但从电离层物理研究的角度，TEC和Nmax

有很好的相关性，同样可以表示电离层的电子浓度情况。

下面以2010年12月20日夜间监测到的中国地区电离层情况为

例。图3为监测站在当天夜间19时监测到的中国地区电离层电子浓

度示意图，从该图中可以看出表明中国大部分地区在19时的TEC含

量不超过20