《电离层对短波传播与选频的影响》
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中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）01-0198-01
电离层的各种变化都将对短波无线电通信带来不同程度的影响,轻则通信质量下降,重则通信中断.短波通信按传播途径可分成地波和天波两种基本传播途径,由于电离层不断变化,使通过天波传播的短波信道并不稳定,影响短波通信的效果.在短波电台灵敏度和发射功率、天线架设、地形地物均已确定的情况下,选择工作频率成为决定通信质量的唯一可选因素.本文主要就短波通信特别是短波天波通信的电波传播特点和工作频率选择问题作了简要的探讨.
一、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.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.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.
二、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.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,随地理位置、昼夜、季节和年度变化,其中昼夜变化的影响最大.
（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.
（3）电离层对电波的吸收：
电离层对电波有衰减作用,称为电离层的吸收,主要是由电子与大气的分子或原子的碰撞所引起,所以吸收主要发生在低电离层（即D层）内.电离层对电波吸收的分贝数与频率的平方成反比,由于非偏离区吸收是主要的,所以在短波通信中多采用较高的频率或进行夜间通信.吸收的大小主要与电子密度和电波频率有关.
三、短波天波通信的频率选择
在短波通信过程中,因为短波的频带较窄,而短波通信因为它特有的优点使得它的利用率较以往更加频繁了,这就使得如何选频显得十分重要.因电离层的电子浓度受时间、季节和太阳活动等因素的影响较大,又因为夜间没有太阳照射而使得电离层的浓度变薄、距离升高,电子浓度相应降低,所以,在选择频率时可以找到一定的规律性.若频率太低,则电离层吸收增大,不能保证必须的信噪比,若频率太高,电波不能从电离层反射回来.一般来说,选择频率应考虑以下原则：
（1）不能高于最高可用频率：当通信距离一定时,可以被电离层反射回来的最高频率叫最高可用频率.很明显,通信频率不能高于最高可用频率,否则电波将穿出电离层.最高可用频率与电子密度有关,电子密度越大,最高可用频率越高.电离层电子密度主要随时间变化,所以最高可用频率也随之变化.其次,对一定电离层高度而言,通信距离越远,则电波入射角也就越大,就是说最高可用频率越高.但应注意,由于电离层电子密度是经常变化的,其最高可用频率不能保证每时每刻可靠反射电波,因此实际使用的频率为最佳工作频率.经验说明,最佳工作频率约为最高可用频率的85%.
（2）不能低于最低可用频率：在短波通信中,频率越低,电离层吸收越大.当低到一定程度以致不能保证通信所必须的信噪比时,通信质量严重下降导致通信中断.能保证最低所需的信噪比的频率称为最低可用频率.根据经验,不同距离、不同时段的最低可用频率一般比相应的最佳工作频率低3—4Mhz.此外,频率为1.4Mhz附近的电波可与电离层中自由电子的振动发生谐振,产生较大的谐振吸收.所以天波通信时工作频率不应低于2Mhz.
（3）一日之内适时改变工作频率：原则上说,最低可用频率至最佳工作频率之间的频段可作为工作频率.但是,这一频段在一昼夜之间是随时变化的,而电台的工作不可能随时变化.实际工作中一昼夜内只改频1—2次.在一段时间内只用一个频率,通常选日频、夜频各一个.改频时间通常是在电离层电子密度变化急剧的黎明和黄昏时刻适时进行.
四、结束语
利用电离层反射信道进行短波通信時,电离层的传播特性是影响传输的主要因素,而其显著的,并且呈现出不同于短波在大气中传输时的折射效应,电波轨迹会发生特殊的变化,影响短波通信的效果.在短波电台灵敏度和发射功率、天线架设、地形地物均已确定的情况下,选择工作频率成为决定通信质量的唯一可选因素.本文主要就短波通信特别是短波天波通信的电波传播特点和工作频率选择问题作了简要的探讨.
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