不同地面形式對短波通信影響分析

莊乾波 孫方剛

【摘要】 本文主要針對短波通信所需發(fā)射功率大小不同的問題，分析了其產(chǎn)生原因，重點(diǎn)對不同地面形式對信號功率損耗所產(chǎn)生的不同影響進(jìn)行了說明。

【關(guān)鍵詞】 地波 天波 電離層 多跳地面反射損耗 射線仰角

在進(jìn)行短波通信時，125W電臺因功率過小而不能滿足需要，必須換用1000W發(fā)信機(jī)，125W電臺在東海海域，也完全能夠滿足通信需要，而且大多數(shù)時候只需打在1/2 POWER FULL。為什么在距離更遠(yuǎn)的海域時所需125W電臺反而較小呢？經(jīng)過分析，我個人認(rèn)為，這主要是由于不同地面形式導(dǎo)致多跳地面反射損耗不同而造成的。下面主要從三個方面對此進(jìn)行說明。

一、短波的傳播

短波通信使用的無線電頻率為1.5～30MHz。短波的傳播主要分為天波和地波兩種形式。短波的傳播主要是依靠天波傳播，即主要依靠電離層通信。在此傳播過程中，短波電波有經(jīng)過電離層一次反射到達(dá)接收端的一次跳躍情況，也有先經(jīng)過電離層反射到地面再反射上去，經(jīng)過電離層反射到達(dá)接收端的二次跳躍情況，還有經(jīng)過三跳、四跳后才到達(dá)接收端的情況。據(jù)統(tǒng)計(jì)，出現(xiàn)三次跳躍的情況最多。

二、短波信道的傳輸損耗

在短波無線電傳輸中，能量的損耗主要來自三個方面：①自由空間傳播損耗；②電離層吸收損耗；③多跳地面反射損耗。

自由空間傳播的損耗是由于電波逐漸遠(yuǎn)離發(fā)射點(diǎn)，能量在越來越大的空間內(nèi)擴(kuò)散，以至接受點(diǎn)電場強(qiáng)度隨著距離的增加而減弱所引起的。

在前文中已經(jīng)提到，在天波形式傳播中，電波要經(jīng)過多次反射跳躍，而在天波多跳傳播（即兩次以上的反射）模式中，傳播損耗不僅要考慮電波二次進(jìn)入電離層的損耗，還要考慮地面反射的損耗。大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，這種由于地面反射引起的信號功率損耗是與電波的極化、工作頻率、射線仰角以及地質(zhì)情況有關(guān)的。而當(dāng)?shù)孛嫘问椒謩e是海水與土地時，二者的地表面導(dǎo)電率σ差別極大。

可以看出，在這三方面的能量損耗中，前兩者在不同海域的短波通信中并沒有太大的不同。

三、比較兩種地面形式的多跳地面反射損耗

在多跳地面反射損耗的工程計(jì)算中，可假定入射波為雜亂極化，電波能量在水平極化和垂直極化上均勻分布，由此可導(dǎo)出其計(jì)算公式為

■ （1）

式中RV——垂直極化反射系數(shù)；RH——水平極化反射系數(shù)。

RV和RH分別用下式計(jì)算：

■ （2）

■ （3）

式中δ——射線仰角；εr——大地的相對復(fù)介電常數(shù)，ε'r=εr-j60λσ；σ——地表面導(dǎo)電率（Ω·m）-1；λ——波長（m）。

考慮到主要是海洋區(qū)域，所以地面形式分別取為海水和干土，表1中是幾種形式地表面的εr值和σ值。

下面將有關(guān)數(shù)值代入，計(jì)算海水和干土兩種不同地面形式下的多跳地面反射損耗，并進(jìn)行比較。

在天線的垂直方向圖中，其最大輻射方向與地面所成的角叫做天線的垂直發(fā)射方向或發(fā)射仰角。對天線的方向性圖形與工作頻率近似無關(guān)。

這樣，多跳地面反射損耗計(jì)算公式■中■的部分在海水和干土兩種地面形式下，其值分別為1和■，而該表達(dá)式表示的是反射電波信號功率與入射電波信號功率的比值。雖然在計(jì)算過程中進(jìn)行了一定的簡化，但由此仍然可以看出，干土地面形式下的多跳地面反射損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于海水形式下的此種損耗。

通過以上分析，個人認(rèn)為，不同地面形式下的多跳地面反射損耗大小不同是造成在不同海域進(jìn)行短波通信所需發(fā)射功率大小差別很大的主要原因。