短波天波传播浅谈

短波天波传播浅谈

【摘要】短波利用天波传播时，由于电离层的吸收随着频率的升高而减小，故能以较小的功率借助电离层反射完成远距离传播。可以传播到几百到一二万千米的距离，甚至环球传播。而电波比较深入的进入电离层时，受电离层的影响较大，信号不稳定。即使工作频率选择的正确，有时也难以正常工作。下面简单介绍短波天波传播工作频率的选择及影响短波天波传播正常工作的几个问题。

【关键词】短波天波传播;工作频率选择;短波天波传播的几个主要问题

1．短波天波传播工作频率的选择

工作频率的选择是影响短波通信质量的关键性问题之一。若选用频率太高，虽然电离层的吸收小，但电波容易传出电离层，若选用频率太低，虽然能被电离层反射，但电波将受到电离层的强烈吸收。一般来说，选择工作频率应考虑以下原则：

(1)不能高于最高可用频率Fmuf , Fmuf是指当工作距离一定时，能被电离层反射回来的最高频率。

(2)不能低于最低可用频率Fluf,Fluf。在短波天波传播中。频率越低，电离层吸收越大，接收点信号电平越低。由于在短波波段的噪声是以外部噪声为主，而外部噪声——人为噪声.天线噪声等的噪声电平却随着频率的降低而增强，结果使信噪比变坏。

(3)一日之内适时改变工作频率。由于电离层的电子密度随时变化，相应地，最佳工作频率也随时间变化，但电台的工作频率不可能随时变化，所以实际工作中通常选用两个或三个频率为该电路的工作频率，选用白天适用的频率称为“日频”，夜间适用的频率称为“夜频”。

2.短波天波传播的几个主要问题

2.1衰落现象严重

衰落现象是指接受点信号振幅忽大忽小，无次序不规则的变化现象。衰落时，信号强度有几十倍到几百倍的变化。通常衰落分为快衰落和慢衰落两种。

慢衰落的周期从几分钟到几小时甚至更长，是一种吸收型衰落。主要由电离层电子密度及高度变化造成电离层吸收的变化而引起的。克服慢衰落的有效措施之一是在接收机中采用自动增益控制。

快衰落的周期在十分之几秒到几秒之间，是一种干涉型衰落，产生的原因是发射天线辐射的电波是由几条不同路径到达接收点的（即多径效应），由于电离层状态的随机变化，天波射线路径随之改变。造成在接收点各条路径间的相位差随之变化，信号便忽大忽小。分集接收是一种比较有效的抗衰落措施。所谓分集接收，就是采用不同的方法接收同一信号，不同方法接收的信号互为补偿，从而使在接收端信号的衰落影响得以减小。

2.2多径时延效应

短波天波传播中，随机多径传输现象不仅引起信号幅度的快衰落，而且使信号失真或使信道的传输带宽受到限制。多径时延是指多径传输中最大的传输时延与最小的传输时延之差，其大小与通信距离，工作频率，时间等有关。

2.2.1多径时延与工作距离有较明显的关系

在200到300km的短程电路上，多径时延可达8ms，这主要是因为在几百千米的短程电路上，通常都使用弱方向性天线等，电波传播模式较多，射线仰角

相差不大，吸收损耗也相差不大，故在接收到的信号分量中，各种模式都有相当的贡献，这样在短程电路中就会造成严重的多径时延。在2000到5000km的距离上，可能存在的传输模式较少，多径时延3ms左右。而在5000到20000km的长程电路上，由于不可能有单跳模式，可能存在2E,2F,1E,1F等传输模式，传输情况更为复杂，因此多径时延又逐渐增加到6ms左右。

2.2.2多径时延与工作频率有关

当频率接近最高可用频率时，多径时延最小，特别是在中午，D，E层吸收较大，多跳难以实现，容易得到真正的多跳传播。当频率降低时，传播模式的种类就会增加，因而多径时延增大。当频率进一步降低时，由于电离层吸收增强，某些模式遭到较大的吸收而减弱，可以忽略不计，多径时延有可能减小。因此，要减小多径时延，必须选用比较高的工作频率。在短波数字通信中，多径时延会引起码元畸变，增大误码率，因此选用工作频率一般要比短波模拟通信时略高一些才更有利。

2.2.3多径时延随时间变化

由于电离层电子密度的变化，造成多径时延随着时间而变化。在日出日落时刻，电离层电子密度剧烈变化，多径时延现象最严重，最复杂，而中午和子夜时多径时延一般较小且稳定。多径时延不仅随日时变化，而且在零点几秒到几秒时间内都会有变化。

2.3静区

在短波电离层传播的情况下，有些地区天波和地波都收不到，而在离发射机较近或较远的地区可收到信号，这种现象称为越距，收不到任何信号的地区称为“静区”。

短波静区的形成原理并不深奥。我们知道短波是通过地波和天波两个途径传播的。内陆地区地面电导率低，对电波吸收很强，所以在我国北方，地波传播不到20公里就衰耗殆尽了（南方水网地区略远一些）。而天波传播，因为天线有辐射角（主波瓣中轴线对地面的夹角），距离太近，射线仰角太大，电波穿出电离层而没有天波到达，因此经电离层反射回到地面时必然拉开一段距离。对于多数天线，从发射点到天波最近落地点的距离约为80～120公里。可见在20～120公里这个区间内，地波和天波都覆盖不到，就形成短波通信的静区，静区内的通信大多是比较困难的。

2.4环球回波现象

无线电波的传播速度跟光速一样，每秒要跑三十万公里，也就是说，每毫秒跑300公里。一条长6000公里的通讯线路，电波也只要20毫秒即可到达。可是，有时候电波由发射点出发要经过一百多毫秒才能到达接收点，有时甚至长达几秒、几十秒。是不是电波跑到哪里去“玩”了呢？经过仔细研究，人们找到了以下两种使电波延迟的原因。一是反向回波，二是正向回波。

滞后时间较大的回波信号将使接收机中出现不断地回响，影响正常通信，故应尽可能地消除回波的发生。采用单方向性辐射的收发天线可以消除反向回波，去除正向回波比较困难，可以通过适当降低辐射功率和选择适当的工作频率来防止回波的发生。

2.5电离层暴的影响

电离层骚扰的一种。F2层状态的异常变化。由太阳扰动期间喷发的带电粒子流与地球高层大气相互作用引起。电离层暴发生于太阳扰动出现1～2天之后，持续时间由几小时至几天，这期间常伴随着磁暴和极光。电离层暴的出现次数和