短波通信的頻率預測方法

莊乾波

【摘要】 本文主要根據短波通信的特點以實例分析的形式介紹了短波頻率的預測方法，提出了如何恰當地分配短波線路工作頻率的原則，為實際工程中解決短波波段用戶擁擠、干擾嚴重等問題提供了較好的借鑒。

【關鍵詞】 短波通信 電離層 頻率預測方法

一、前言

短波通信是指利用波長為100～10m（頻率為3～30MHz）的電磁波通過電離層的反射所進行的無線電通信。因此在短波天波通信中，工作頻率是不能任意選擇的，否則就不能建立可靠的通信。它不僅是為了保證現有通信線路的質量和可通率，而且也是新設計一條通信線路時決不可少的一個環節，同時也為區域內的頻率管理創造了先決條件。

二、電離層特性

短波傳輸的介質—電離層由圍繞地球，處于不同高度的四個導電層組成，分別為D、E、 F層。其中D層是最低層，也稱為吸收層，F層是短波的主要反射層。F層又有F1層和F2層之分。F1層位于地球上空170Km～220Km 高度處，僅在夏季的白天存在，F2層位于地球上空225Km～450Km高度處，白天和夜間都存在。在夜間F2層的電子密度較白天減低了一個數量級。若要保持晝夜短波通信的暢通，工作頻率必須晝夜更換，而且在一般情況下，夜間的工作頻率要遠遠低于白天的工作頻率。

三、幾個參數的定義

3.1 最高可用頻率（MUF）

在實際通信中，能被電離層反射回地面的電波的最高頻率，稱為該線路的最高可用頻率，記為MUF。需要指出的是，MUF是指在給定的通信距離之下最高的可用頻率，若通信距離變了，對應的MUF值也將發生變化。MUF和電離層的電子密度有關，因此所有影響電離密度的因素都將影響到MUF的數值。

3.2 大圓距離

所謂大圓距離，是指包含通信兩點及地球中心的平面與地球表面的交線。它是通信兩點之間的最短距離。通常認為電離層與地球表面是同心圓，因此在計算通信兩點間的距離時，必須以大圓距離的長度來計算。

四、短波頻率預測方法

4.1 F2層最高可用頻率的預測

F2層MUF預測的依據是全國無線電管理委員會所提供的頻率預測資料。預測資料含有 （太陽黑子數的滑動平均值）為10、100和150三種情況下的288張MUF預測曲線。要確定某月晝夜24小時的MUF需要已知以下參數：（1）該年該月太陽黑子數的預測值 （由全國無線電管理委員會提供）；（2）通信線路的大圓距離；（3）反射點的地理位置；（4）反射點的地方時間（地方時）和北京時間（北京時）的時差。

以上四個參數知道后，就可以根據月份和該月份的 預測值和反射點的地理位置，例如在6月， 預測值為136，反射點的地理位置為（117°E，33°N），則可選7月，= 100和= 150，緯度為30°N≤λ<35°N的2張曲線。根據已求得的地方時和大圓距離，可從中查得對應于=100和=150的兩個該時間的MUF，分別用（MUF）100和（MUF）150表示。再根據將 已知值的MUF換算為 預測值的MUF的算圖，即可求得與預測值 值（136）相對應的（MUF） 136，此即為在一條具體線路上，6月某時的MUF預測值。按照上述方法分別求得晝夜24小時的MUF。

4.2 E層最高可用頻率的預測

E層的高度除臨近日出日落的短暫時間內略高外，其層底高度常位于地面以上約110km處，最大電子密度的高度約130km。其臨界頻率 在夜間小于0.5MHz，而在白天于成比例（為太陽天頂角）。隨太陽周期變化。由于夜間E層電子密度稀薄，因此在E層最高可用頻率的預測中，只計算白天的MUFE，夜間不予考慮。對于E層MUF的預測，通常采用逼近實際值的半經驗公式式中≤150；= 3.4；= 0.49；= 0.00167。由于E層高度比較穩定，因此E層一跳的最遠距離為2000km，此時MUF（2000）E = 4.78 根據上面兩式即可求出= 2000km時的E層最高可用頻率。通常為避免繁雜的計算，可根據以上兩個公式繪成曲線每條～MUF（2000）E曲線以太陽天頂角 為參變量。在利用曲線求MUF（2000）E時，首先要求得該月份反射點各地方時的太陽天頂角。根據太陽天頂角查圖，就可以求得相應的MUF（2000）E。然后再利用求任意距離的E層最高可用頻率的算圖，求得 <2000km內，任何大圓距離 的MUF。按照以上方法分別求出北京時5：00～20：00各個鐘點的MUF，并繪制成曲線，。若考慮到白天利用E層反射，還可以在9：00～15：03之間選用15.3MHz。

五、結束語

頻率預測是進行頻率管理的基礎，它為以后的頻率選擇和信道預置提供依據。由于長期頻率預測是根據太陽黑子數及季月時間來預測電路的最高可用頻率，所以工作頻率難以跟蹤電離層的變化，因而影響短波通信效果。未來的發展方向將是實時頻率預測，該技術對于保障高質量的短波干線通信將起很大作用。

參 考 文 獻

[1]沈琪琪，朱德生.短波通信.西安：西安電子科技大學出版社，1997.5

[2]短波場強計算（國內地區）.全國無線電管理委員會辦公室，1981.11