车载短波近距离通信分析与研究

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1、车载短波近距离通信分析与研究短波分为地波和天波两种，通常在〇〜30公里用地波传播，而100公里以上用天波传输。对于30〜100公里的距离通常称为短波通信盲区。短波的通信距离通常由电离层的高度、浓度，反射临界角和短波发射仰角决定。本文选用双层平谷电离层电子密度模式，研究近距离通信中频率的选择和仰角的选择。1理论分析1.1电离层分析电离层(Ionosphere)是地球大气的一个电离区域。电离层可从低到高依次分为D层、E层和F层等，其中F层还可分为F1层和F2层。中午时E层的最大电子密度约为x=10F层的最大电子密度约为N=7.15*10u在短波通信中起作用的通常是E层和F层。因此本文主要研究

2、E层和F层对短波通信的影响。1.2反射与透射理论在电磁场理论中，当电磁波入射到均匀介质时，在入射的边界上，在该区域中产生反射波和透射波。考虑一个平面式两边均匀介质的边界。任意极化的入射波都可以分解为TE波(水平极化)和TM波(垂直极化)分量。对于TM波，当以布儒斯特角入射时，反射矢量kr与透射介质中偶极子振荡方向一致，所以没有TM波被反射。布儒斯特角公式为：其中：为布儒斯特角;ki为入射波矢量;A为介电常数;为透射面介电常数。当入射角大于临界角时功率全反射，入射角小于反射角时反射的功率迅速减小。因此，为了提高短波的辐射功率在电离层的反射效率，要求辐射仰角要大于电离层的临界角。临界角由电离

3、层的介电常数和短波发射频率决定。因此电离层的临界角如下：其中：为反射角;£〇为短波发射角频率;为电离层的体频率。1.3双层平谷电子模式根据短波信道传输的特点，本文采用的电子密度模式分为上下两部分，下层从E层最大高度以上直到F层电子，密度等于E层最大电子密度NmE的高度范围内，电子密度保持等于NmE;从F层最大电子密度对应高度之上为电离层，上电离层采用查普曼分布。该模式简称为双平谷模式，其电阻，密度分布如下：广-7(h)是高度h处的电子密度，N(h)的单位是个/m3，h的单位是km;NmE，HmE与NmF，HmF分别是E层和F层最大电子密度及相应的高度;YmE，YmF分别是E层和F层的半

4、厚度;HoE是E层的底高，HoE=HmE—YmE;A)的等效垂直入射波的频率为fv。两个入射波的等效反射点，HecA=B!./v(2sV./;--,/v;根据上述电子密度模式以及电离层特性，可得到垂直入射频率fv与反射虚高h’的关系：当fv=HoE+(YmE*Jv/2*foE)In近距离通信分析与计算根据通信距离估算计算最大可用通信频率MUF。最大可用通信频率MUF*0.85得FOT最佳通信频率。然后设利用FOT估算发射虚高h’。根据反射虚高估算链路损耗是否满足要。然后根据车载短波天线的方向特性，把增益最大的方向对着与其通信的短波站台.获取最佳通信效果。2.1估算最大可用频率利用公式(2

5、)，根据传输距离和反射层高度，估算发射仰角，然后估算最大可用频率。利用公式(2)对2〜11MH频率的日间的临界角计算。根据估算的仰角可以查找到最大可用频率。频率越高则通信临界角越高。根据临界角和E层与F层的高度，可以粗略估计通信距离。根据经验值，可以先选取E层高100Km，F层高240km。利用简单三角关系估算通信距离。通信距离越短则要求通信频率越低，只有底频率才能获取小的临界角。由于车载鞭状天线方向图的仰角较低，因此优先选取临界角大的频率3.5MHz，最佳工作频率=0.85*3.5=2.975MHz。2.2计算发射虚高和可用通信频率以给定通信距离为D=150km，以斜射频率OHz，对应

6、的临界角为5〜8.3度;7.6〜7.61MHz，对应的临界角为0.04〜3.71度。近距离通信时的反射临界角很小，而反射临界角的随频率增大而增大，因此要实现近距离通信首先要选用低频段频率。对与100km至500km作左右的通信，建议频率选择在3MHz左右。对于30km〜40km的通信，只有F层中有一条传输路径，实际可用频率7.6MHZ。反射角2.94度，反射虚高300km;发射仰角90-2.94=87.06度。应急通信中，近距离短波通信效果并不理想，驻车时建议更换斜拉天线或双极天线。