淺談短波業余電臺通信覆蓋范圍預測方法

陳楚浩，于 淦

（1.北京市第五中學，北京 100007；2.國家無線電監測中心，北京 100037）

1 引言

短波業余業務是供業余無線電愛好者在短波頻段進行自我訓練、相互通信和技術研究的無線電通信業務。短波通信發射電波經電離層的反射到達接收設備，通信距離較遠，是業余無線電愛好者進行遠程通信的重要手段之一。要取得較好通信效果，不僅需要良好的接收發信號的電磁環境，還需要選取最佳時間、最佳頻率等參數。因此，正確掌握預測短波頻段業余電臺通信覆蓋范圍的方法，可以使通信具有科學性、高效性。

短波業余電臺通信覆蓋范圍與短波傳播方式密切相關。短波的傳播方式包括地波傳播和天波傳播。地波傳播基本與晝夜和季節變化無關，很大程度上取決于傳播路徑上地表類型的特性，如在海面上傳播距離可遠達近千千米，而在干燥的沙地上可能只有幾十千米，傳播信號強度衰減容易預測。天波是短波的主要傳播途徑，短波信號由天線發出后，經電離層反射回地面，又由地面反射回電離層，可以反射多次，因而傳播距離可達幾百甚至上萬千米。雖然電離層分布不均勻、不同緯度的分布不盡相同、電離層依照太陽活動周期的變化而變化，但電離層的分布及變化有一定規律，可以根據長期觀測電離層的數據及太陽活動周期，研究短波天波傳播模型，開發出相應的仿真軟件，利用軟件對短波信號在特定時間的天波傳播路徑進行預測，從而評估短波頻段業余電臺通信覆蓋范圍，使通信有的放矢。

2 仿真軟件簡介

世界各國一向重視短波信號天波傳播模型研究，開發了許多不同的短波信號傳播預測軟件，其中廣泛使用的包括：NTIA/ITS，WPLOTF32，FIELDPLOT，ASAPS，ITUHFBC 等。

NTIA/ITS系列軟件（以下簡稱ITS軟件）是一款免費的短波頻段通信預測軟件，適合業余無線電愛好者使用。該軟件是美國電信科學研究所開發，包括IECPAC、VOACAP及REC533等軟件，可以進行基于頻率或臺站（包括發射臺站和接收臺站）的相關計算，計算結果較為豐富，可靠性也已經得到了實際計算、運用的證明[4]。

3 短波頻段業余電臺通信覆蓋范圍預測方法

3.1 掌握短波業余電臺基本知識

短波業余電臺由收發信機、天饋系統、配套電源等組成，調制方式有AM、FM、SSB、CW等，收發射天線有全向、定向等多種類型，發射功率通常為幾十瓦至幾百瓦。我國分配給短波業余業務為主要業務的頻段為1.8-2MHz，3.5-3.9MHz，7-7.2MHz，14-14.35MHz，18.068-18.168MHz，21-21.45MHz，24.89-24.99MHz，28-29.7MHz。

3.2 熟悉仿真軟件及其參數設置

ITS軟件是基于頻率、設備數據、短波臺站等必要數據計算和分析的，可進行點對點、點對區域等復雜的短波傳播計算，其計算結果可顯示到地理圖上，以可視化的方式來表征。利用點對區域的短波傳播計算，即可對短波頻段業余電臺通信覆蓋范圍進行預測。

軟件參數設置至關重要，正確設置發射地點的經緯度、發射機功率、天線參數、預測年月及對應的太陽黑子數、擬用頻率、信噪比、可靠性等數據，進而得到可靠的預測結果。值得一提的是，ITS軟件輸入的太陽黑子數并非指某一天的太陽黑子數，而是指通過擬合得到的相對穩定的太陽黑子數。因此得到的預測結果是針對某個月的短波鏈路通信效果，而非單指某一天的聯通效果。圖1為ITS軟件的覆蓋范圍預測功能的參數設置界面。

圖1 ITS軟件參數設置界面

3.3 短波業余電臺通信覆蓋范圍預測范例

選取軟件VOAAREA INVERSE，設置發射地點經緯度、發射頻率、發射功率、信噪比、時間、太陽黑子數、收發射天線等相關參數，對短波業余電臺進行鏈路可靠性預測仿真計算，仿真結果為該電臺通信覆蓋范圍的預測，即某設定時間段內，信噪比超過設定數值的概率。例如：設定時間為0100UTC、頻率為11.9MHz、信噪比為67dB的鏈路可靠性為80%，表示當月（30天）在0100UTC，11.9MHz的鏈路信嗓比大于67dB可通信的天數為總天數的80%（24天）。短波業余電臺參數設置范例如表1所示。

參數設置后運行軟件，其計算結果顯在地理圖上，從而得到該短波業余電臺通信覆蓋范圍預測圖。由圖可知，在陜西發射頻率為7MHz、功率為100W的短波業余電臺在10°E至150°E，0°N至80°N范圍（亞洲和歐洲部分地區）可保證50%以上的鏈路可靠性，即2018年12月（共31天）的2400UTC，信噪比大于45dB可通信的天數為總天數的50%（約15天）；對亞洲部分地區，即中國大部分地區、蒙古、緬甸、越南等可以保證90%以上的鏈路可靠性，即2018年12月（共31天）的2400UTC，鏈路信嗓比大于45dB可通信的天數為總天數的90%（約27天）。圖2為短波業余電臺通信覆蓋范圍范例圖。

表1 短波業余電臺參數設置范例

圖2 短波業余電臺通信覆蓋范圍范例圖

4 結束語

短波通信是業余無線電愛好者進行遠程通信的重要手段之一，短波傳播主要利用電離層實現信息傳輸，由于電離層參數是時變的，所以計算是相當復雜的。業余無線電愛好者在通信前利用短波傳播仿真軟件對通信覆蓋范圍預測，得到較準確的預測結果，在通信前做到心中有數，不失為一種好方法。