短波频率选择方法分析

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1、短波频率选择方法分析任查学（国家新闻出版广电总局五九四台，陕西咸阳712028）【摘　要】为提高短波通信质量，分析了电离层的特性，着重讨论了电离层引起的多径、衰落对短波通信造成的不利影响的基础上，给出克服这一影响的主要频率选择方法。.jyqk~300km的短波线路上，多径延时最严重，可达8ms左右。这是由于在这样的距离上，通常使用弱方向性的双极天线，电波传播的模式比较多，而且在接收点的信号分量中，各种传播模式的贡献相当，造成严重的多径延时。电离层与地面间多次反射时，在2000km~8000km的线路上，多径延时在2ms~3ms之间。当通信距离进一步

2、增大时，由于不再存在单跳模式，多径延时又随之增大，当距离为20000km时，可达6ms。多径延时随着工作频率偏离MUF的增大而增大。工作频率偏离MUF的程度可用多径缩减因子（MRF）表示。MRF的定义如下：MRF=f/MUF式中，f代表工作频率。显然，MRF越小，表示工作频率偏离MUF越大。图3是在同时考虑通信距离和工作频率时的实验结果，其曲线族的参数为多径延时。当给定通信距离和工作频率时，可以从图中查到典型的多径延时。多径延时还与工作时刻有关。比如，在日出和日落时刻，多径延时现象最严重、最复杂，中午和子夜时刻多径延时一般较小而且稳定。多径延时随时

3、间的变化，其原因是由于电离层的电子密度随时间变化，从而使MUF随时间变化。电子密度变化越急剧，多径延时的变化也越严重。1.3　衰落影响分析在电离层内短波传播过程中，由于电离层电特性的随机变化，引起传播路径和能量吸收的随机变化，使得接收电平呈现不规则变化。短波通信中，即使在电离层的平静时期，也不可能获得稳定的信号。接收端信号振幅总是呈现忽大忽小的随机变化，这种现象称为“衰落”。连续出现持续时间仅几分之一秒的信号起伏称为快衰落。持续时间比较长的衰落（可能达一小时或者更长）称为慢衰落。慢衰落主要是吸收型衰落。它是由电离层电子密度及高度的变化造成电离层吸收

4、特性的变化而引起的，表现为信号电平的慢变化，其周期可从数分钟到数小时。日变化、季节变化及11年周期变化均属于慢衰落。吸收衰落对短波整个频段的影响程度是相同的。在不考虑磁暴和电离层骚扰时，衰落深度可能低于中值10dB。要克服慢衰落，应该增加发射机功率，以补偿传输损耗。快衰落是一种干涉型衰落，它是由随机多径传输引起的（见图2）。由于电离层媒质的随机变化，各径相对延时亦随机变化，使得合成信号发生起伏，在接收端看来，这种现象是由于多个信号的干涉所造成，因此称为干涉衰落。干涉衰落的衰落速率一般为每分钟10~20次，故为快衰落。干涉衰落具有明显的频率选择性。通

5、常除了为补偿快衰落留有一定的功率余量外，主要采用抗衰落技术，例如分集接收、时频调制和差错控制等。2　短波通信选频方法克服电离层对短波通信带来的不利影响最有效的解决方法是合理的选择工作频率，改善通信质量，提高通信效果。2．1　频率选择的原则短波通信电台工作频率的选择是影响通信质量的关键性问题。地波传播方式中，频率不宜过高，一般选用２ＭＨｚ～６ＭＨｚ频段内的频率。天波传播方式中，频率选择相对复杂，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：最高可用

6、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

7、。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３ＭＨｚ～４ＭＨｚ。３）适时改变工作频率：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。2.2　短波通信选频方法长期、短期预报：长期预报是依据电离层特性参量的时空变化　和太阳活动性指数的历史数据，推断出一个月、三个月甚至更长时间之后短波的传播模式、接收点信号场强

8、，继而得出最高可用频率（ＭＵＦ）等参数的月中值。短期预报则利用电离层在短期内存在相对稳定的特性来预测ＭＵＦ值，它以近一段时