短波传播特性及盲区通信策略分析

E（d,t）=竽 cos（%（t-¥））
（2_1）
由于:M•波由空中直达波和地面反射波组成，则宜射 波在少观电场强度为叫
E（d,t）二氐+E尸聲 cosK （t 一 鲁））
（2 2）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
+匚畧5_cos@ （t -令））
式（2-2）中，兔,为空间直达波在接收点的电场强 度，氐为空间直达波到接收点的路径长度，比为地面反射 波在接收点的电场强度，d力地面反射波到达接收点的路 径长度。F为地面反射系数，对于视距通信来说，电波入 射地面的仰角△很小（通常小于1°）,在地面导电率为有 限值时，有r=-io故当d》山时，则接收点d处电场强 度、接收功率可近似为13 ：
議的有效性，其中扩大地波传播距离能在一定程度上减小通信盲区，而近垂直入射天波（NVIS）技术，具有实现短波无盲区 通信的良好性能。
关键词：短波通信；电波传播；通信盲区；NVIS技术
中图分类号：TN935. 21
文献标识码：A
文章编号：1672-0164 （2019 ） 06-0048-07
1引言
信息通信技术的快速发展，不断催生通信方式、通信 手段的更新迭代与应用变革，尽管现代新型无线电通信系 统不断涌现，但是短波这一古老而传统的通信方式，以其 设备简单、站点开设快捷、抗毁能力强以及不需要中继即 可实现远距离通信蹴势，始终是应急行动和极限环境下 重要的"保底通信”手段，在应急通信保障中具有不可替 代的地位和作用。
按照国际无线电咨询委员会（CCIR）的划分，短波 是指波长在lOOrnMm,频率为3-30MEE的电磁波，其具有 地波和天波两个基本传播途径，但在地波和天波传输距离 之间，存在一个两者均难以到达的盲区。短波通信是利用 1.5-30MHZ短波频率进行的无线电通信，解决短波通信盲 区问题，一直是短波通信应用研究的热点。
2短波电波传播分析
短波电波传播主要有两种方式： 地波传播、天波传播。如图1所示，地 波由地表面波、直接波和地面反射波 三种分量构成。地表面波沿地球表面 传播，直接波为视距传输，地面反射 波是经地面反射传播。天波是电波经 高空电离层反射而达到地面接收点的 一种传播方式，其距离可达数百或上
千公里。因而，短波通信既可以依靠天波传播实现远距离 通信，也可以依靠地波传播进行短距离通信。
2019 / 11 | 解决方案 I Communication & Information Technology
短波传播特性及盲区通信策略分析
王太军 （四川省军区数据信息室，四川成都610041）
摘要：短波通常在20-100公里范围内存在通信盲区，针对短玻通信盲区问题，基于电波传播基础理论，从理论和实证 两个层面对短波电波传播特性及通信盲区形成原因进行了深入解析 。并在此基础上，进一步研究了克服短波通信盲区技术措
3 300 0. 375 3.0 1.5 1X10'4 0.2
2.1地波传播 地波传播可以区分为直射波和地表面波，前者从空间 直线传播到接收点，后者沿大地表面传播到接收点，地波 传播极限距离由两者的最大值确定。假设短波工作频率为 f＞波长为几，发射功率为Pt,发射天线有效高度为毎，天 线增益系数为色，接收天线有效高度为虬，天线增益系数 为Gr,接收功率为Pr,传播距离为d,则对地波传播分析 如下：
（2）地表面波传播 地表面波是沿大地与空气分界面传播的电波。地表面 波传播距离与地面的介电系数*电导率。和磁导率M （通 常卩二止）等电参数有着密切的关系，不同的地面介质对电 波的损耗程度不一样，潮湿土壤地面衰耗小，干燥沙石地 面衰耗大，同时，地表面波衰耗也与电波频率相关，频率 越高，衰减越大，但由于地面的地貌、地物以及土壤电气 参数不会随时间很快发生变化，而且基本不受气象条件影 响，因而，地表面波传播基本不存在日变化和夜变化，比 较稳定，色散沁也很小。 由于大地是半导电媒质，大壤内既存有位移电流 又存在传导电流，通常以传导电流密度猪位移电流密度 h之比值寻=60Xo/e作为呈导电性还是介电性的衡量标
警陆欝卜警•警，（2一 3）
Pr=（岛［BGtGr | 2血
|2=ptgtgr^£
从以上（2-3）式可以看出，直射波在接收点的电场 强度与传输距离的平方成反比，接收点功率与传输距离的
4次方成反比。同时，电波视距传播受地球曲率半径影 响，其极限直达距离心与发射、接收天线高度之间存在 血=3.57（阳+伍;）关系（式中，天线高度单位为米， 心单位为千米），在考虑大气层对电波的折射作用下， 极限直达距离修正为血二4.12（任；+应）。通常情况下，取 极限直达距离的0.7倍为电波传播有效通视距离，即： d 二=2.88（K）+JK）。
（1）直射波传播 1＞波又称空间波，是由发射点从空间直线传播到接 收点的无线电波，其传播距离一般限于视距范围。在地面 进行直射波通信，其接收点场强由两路组成：一路由发射 天线直达接收天线，另一路由地面反射后到达接收天线， 如图2所示。
S1短波电波传播方式
48
设距发射点碗参考点的电场强度为E。，根据电波传 播方程，则在处，有：
准。当传导电流I此位移电流以得多，即60Xa/e》l时，大 地具有良导体性质；辰，当位移电流・比传导电流试得 多，即60入必《1时，可将大地视为电介质；而二者相差不 大时，称为半电介质叫表1给出了短波频段在各种地质中 60心/e随频率的变化情况。
由表1可见，对于1.5-30MHZ短波通信频段来说，海水 全频段呈良导体性质；湿地、干土等总体呈半电介质状 态，湿地导电性优于干土，且两者在低频段的导电性能明 显优于高频段；城市、淡水环境具有相似的导电性，在低 频段呈半电介质特性，高频段趋向全电介质属性；岩石则 完全呈电介质特性。
地表面波沿地球球面传播的收发距离不超过 80
表1各种地质中60入随频率变化情况
海水 e =80, o 二4 淡水 e =80, o =0. 005 湿地 e =20, o =10-2 干土 s =4, o =10_s 岩石 e =6, o =10"7 城市 e =3, o =10^
1.5 600 0. 75 6.0 3.0 2X10-4 0.4