干擾短波通信的自然環(huán)境因素

范志群

【摘要】 短波通信受各種自然環(huán)境因素和人為因素的影響，本文主要分析了太陽活動、電離層、多徑傳播、地理環(huán)境等自然因素對短波通信的干擾。

【關(guān)鍵詞】 短波通信 太陽活動 電離層干擾

無線電通信系統(tǒng)的作用距離不僅取決于通信系統(tǒng)本身的各項性能參數(shù)，還受各種自然環(huán)境因素的影響。短波通信同樣受太陽活動、電離層狀態(tài)變化、季節(jié)變化、傳輸途徑、地理環(huán)境等自然環(huán)境因素的制約。

一、太陽活動對短波通信的影響

太陽活動是太陽大氣中局部區(qū)域各種活動的總稱。太陽黑子是太陽活動的基本標(biāo)志，當(dāng)太陽黑子增多變大時，其它太陽活動也隨之變得猛烈，耀斑、日珥、日冕物質(zhì)噴發(fā)等各種現(xiàn)象也將出現(xiàn)，此時太陽黑子、耀斑、日珥會嚴(yán)重干擾短波通信。

二、電離層對短波通信的影響

短波通信以電離層反射傳播為主。電離層對短波信號的影響與電子密度有關(guān)聯(lián)。地球高空大氣受太陽光中的紫外線和X射線輻射而處于電離狀態(tài)。這些電離化的氣體在地球上空60-1000多公里的范圍內(nèi)形成D、E、F1、F2四層。D層：高度60-90公里，厚約1公里；E層：高度90-140公里，厚約25公里；F1層：高度140-200公里，厚約20公里；F2層：高度200-1000公里之間。

影響短波通信的主要是D、F兩層。D層是吸收層在最低下，白天存在，晚上正負(fù)離子逐漸結(jié)合而消失，太陽直射時最好。D層會吸收低頻短波信號的能量，因其電子密度達(dá)不到反射短波通信信號的要求。D層吸收電波的能力隨著電離程度變高而加強。

E層是把電波反射回地面，電離程度高于D層。與D層相類似，E層白天存晚上非常弱，短波信號都能穿透它。太陽活動劇烈時，突發(fā)的E層能將短波信號反射回地面。

F1和F2反射層，合稱F層。F層是電離層中最高反射信號距離最遠(yuǎn)。其中F2層與磁層相接，常沿地磁方向延伸。短波信號主要依賴F層，尤其F2層是短波重要的反射媒介。

夜晚，D層消失，E層也變得很弱。F1和F2層合到了一起。由于沒有D層，較低頻率短波信號不會被吸收。由于電離層變薄，晚上較高頻率短波通信信號不被反射反而可能因此穿透變薄后的F層。

電離層和太陽活動對短波通信的影響是關(guān)聯(lián)的。太陽黑子爆發(fā)可以使電離層反射信號能力增加；而太陽耀斑、日珥等又會造成對地球電離層的突然騷擾及電離層暴影響著短波通信聯(lián)絡(luò)質(zhì)量，直到無法保持聯(lián)絡(luò)。

1、電離層突然騷擾對短波通信的影響。太陽耀斑爆發(fā)產(chǎn)生的高能紫外線和X射線以光速傳播，約8分鐘到達(dá)地球，使電離層D產(chǎn)生強烈電離，使較高頻短波信號遭強烈吸收，嚴(yán)重時全波段的高頻信號被吸收殆盡，此即所謂電離層騷擾。突發(fā)電離層騷擾使高頻信號的低端部分先中斷，頻率越低，遭受的吸收越強。

2、電離層暴對短波通信的影響。太陽活動劇烈時，除了紫外線和X射線增強外，還噴射出大量的高能帶電微粒子流干擾地球磁場，當(dāng)其穿過磁層到達(dá)電離層時，平時的電子分布產(chǎn)生重大偏離，從而破壞電離層狀態(tài)。這種電離層物理參量對正常狀態(tài)的重大偏離就是電離層暴。F層、E層、D層會依次受到電離層暴影響，最為明顯的是F2層。我們把垂直透射波的最高可反射頻率稱為臨界頻率，那么電離層暴通常可分為3類：一是正相電離層暴，F(xiàn)2層的臨界頻率比常規(guī)值增大，多發(fā)生于赤道地區(qū)上空；二是F2層的臨界頻率小于才常規(guī)值的是負(fù)相電離層暴，它較長時間存在于中高緯度地區(qū)；三是當(dāng)F2層的臨界頻率在正常值上下波動時為雙相電離層暴。電離層暴尤其是負(fù)相電離層暴，使短波高頻信號超過了電離層F所能反射的頻率極限飛向宇宙空間，嚴(yán)重干擾短波通信。電離層暴導(dǎo)致可用的最大頻率數(shù)值突然下降，而電離層騷擾會導(dǎo)致可用的最小頻率數(shù)值變大，他們同時發(fā)生導(dǎo)致可用短波頻率段變窄，直到全波段無法傳輸信號。

三、多徑傳播對短波通信的影響

短波信號傳輸是一種多徑傳播，因為其信號分散在很大區(qū)域范圍的電離層內(nèi)，導(dǎo)致反射時存在著多種傳播路徑。接收天線檢測到的短波傳輸信號，相位相同時相加，相反時則相抵，造成多徑衰落，從而影響短波通信。

多徑時延效應(yīng)是多徑傳播產(chǎn)生的。短波信號傳遞途中，有各種不同的傳播途徑存在時間差異，傳播途徑本身又隨著時間而改變，傳輸?shù)浇K端的短波信號延時就不同。多徑時延指各路傳輸信號最長延時與最短延時之時間差，多徑現(xiàn)象分為微分多徑和分離多徑。微分多徑時延很小，由電離層不均勻?qū)е拢欢怯刹煌S次數(shù)及高、低角度的射線等形式產(chǎn)生的分離多徑，其傳播時延很大。多徑時延大小還與頻率、通信距離、時間等因素有關(guān)，當(dāng)短波通信信號頻率接近電臺的最高頻率時，傳播路徑減少，路徑時延較小；其頻率很低時，傳播路徑增多，多徑時延相應(yīng)的增大。多徑時延會造成碼元畸變，對短波通信造成影響。

四、地理環(huán)境對短波通信的影響

短波在近距離通信時信號沿地表傳播，在地球表面產(chǎn)生電荷，進(jìn)而形成地電流，其能量就會被大地電阻吸收。大地對電流的阻礙還與短波信號頻率密切相關(guān)。地球表面對短波信號的損耗隨著頻率大小成一定正比關(guān)系。因此，短波近距離通信時應(yīng)盡量避免使用短波高頻端而采用低頻端。endprint