【文章內(nèi)容簡介】 強輻射所致，所以只發(fā)生在地球上的太陽照射區(qū)。電離層突然騷擾，對不同頻段的無線電波分別引起不同的異?，F(xiàn)象。由于 D區(qū)的電子密度大大增強，使通過 D區(qū)在上面反射的短波信號遭到強烈吸收，甚至使通信中斷，這種現(xiàn)象稱為“短波消逝”。此外， D區(qū)的高度也有明顯的下降（有時下降可達 15km），因而使 D區(qū)反射的長波和超長波信號的相位發(fā)生突然變化，這種現(xiàn)象稱為“相位突然異常”，利用這一現(xiàn)象可以得知太陽耀斑的發(fā)生。 此外 ,電離層不僅有反射電波的作用，還有吸收電波能量的作用。電子密度 N 愈大，電離層對電波能量的吸收就愈大，即電波衰耗就愈大。電波頻率愈低（波長越長），吸收越大。電離層對電 波的吸收大小除了與上述兩個因素有關(guān)外，還與電波在電離層中所走的路程有關(guān)，因為在電離層中傳播的距離遠，勢必造成較大的吸收。 14 第二章 短波在電離層中的傳播特性 傳輸模式 電波到達電離層，可能發(fā)生三種情況：被電離層完全吸收、折射回地球、穿過電離層進入外層空間 ,這些情況的發(fā)生與頻率密切相關(guān)。低頻端的吸收程度較大，并且隨著電離層的電離密度增大而增大。 天波傳播的情況如圖 9 所示。在遠距離的短波通信線路設(shè)計時 ,為了獲得比較小的傳輸衰耗 ,或為了避免仰角太小 ,以致現(xiàn)有的短波天線無法滿足之一設(shè)計要求時 ,都需要精心的去選擇傳輸模式。電磁波進入電離層的角度稱為入射角，入射角對通信距離有很大的影響，對于較遠距離的通信，應當用較大的入射角，近距離通信應用較小的入射角。但是，如果入射角太小，電波會穿過電離層而不會折射回地面，如果入射角太大，電波在到達電離密度大的較高電離層前會被吸收。因此，入射角應選擇在保證電波能返回地面而又不被吸收的范圍。入射角可由下式確定： 0 1 Nf? ?? （ 21） 式中 N 為電子濃度（ 3m? ）； f 為工作頻率 。 圖 9 天波傳播的情況 15 圖 10 靜區(qū) 在短波傳播中，存在著天波和地波均不能到達的區(qū)域，這個區(qū)域通常稱為靜區(qū)。如圖10所示。縮小靜區(qū)的方法是，選用高仰角天線減小電波到達電離層的入射角，同時選用較低的工作頻率，以使在較小的入射角時，電波不至于穿透電離層。 最高可用頻率 最高可用頻率（ MUF）是指給定通信距離下的最高可用頻率，是電波能返回地面和穿 出電離層的臨界值。若選用的工作頻率超過它 ,則電波傳出電離層 ,不 再返回地面 ,所以確定通信線路的 MUF 是線路是線路設(shè)計要確定的重要參數(shù)之一。 遠距離通信中 ,電波都是斜射至電離層的 ,若令此時最大的反射頻率為 abf ,則在一直通信線路長度和反射點高度的情況下 ,可以從下式求出 abf ： 239。se c 1 2ab vdff h? ??? ? ? ???? （ 22） 式中 vf 是電波垂直投射時的最高反射頻率 ,也成臨界頻率； ? 是電波斜射至電離層的入射角； d是通信線路的長度； 39。h 是電波反射點處電離層的虛高。 MUF 還和反射層的電離密度有關(guān)。當通信線路選用 MUF 作為工作頻率時 ,由于只有一條傳播路徑，一般情況下，有可能獲得最佳接收?？紤]到電離層的結(jié)構(gòu)變化和保證獲得長期地面反射點 靜區(qū) F 層 地波 16 穩(wěn)定的接收，在確定線路工作頻率時，不是取預報的 MUF 值，而是取低于 MUF 的頻率 ,這種頻率稱為最佳工作頻率（ OWF），一般情況選用 OWF 之后 ,能保證通 信線路有 90％的可通率。 在最高可用頻率中選用最佳工作頻率時 ,可采用下式 OWF=0． 85MUF （ 23） 衰落 在短波通信中 ,即使在電離層的平靜時期 ,也不可能獲得穩(wěn)定的信號。在衰落接收端信號振幅總是呈現(xiàn)忽大忽小的隨機變化，這種現(xiàn)象稱為衰落。連續(xù)出現(xiàn)持續(xù)時間僅幾分之一秒的信號起伏稱為快衰落；持續(xù)時間比較長的稱為慢衰落（可能達數(shù)小時）。 根據(jù)衰落產(chǎn)生的原因 ,可以分為以下三種衰落 : 1．吸收衰落 它是由電離層電子密度及高度的變化造成電離層吸收特性的變化而引起的，表現(xiàn)為信號電平的慢變化，其周 期可以從數(shù)分鐘到數(shù)小時。正由于它是電離層吸收的變化所引起的 ,所以它有日變化、季節(jié)變化及年變化 ,且均屬于慢衰落。吸收衰落對短波整個頻段的影響程度是相同的。在不考慮磁暴和電離層騷擾時，衰落深度可能低于中值 lOdB。 通常 ,電離層騷擾 ,也可以歸到吸收衰落。太陽黑子區(qū)域常發(fā)生耀斑爆發(fā)，有極強的 X射線和紫外線輻射，并以光速向外傳播 ,使得白晝時電離層的電離增強， D層的電子密度可能比正常值大 10 倍以上 ,不僅把中波吸收 ,而且還會把短波大部分甚至全部吸收，以致通信中斷。通常這種騷擾的持續(xù)時間為幾分鐘到 lh。 要克服吸收衰落， 應該增加發(fā)射機功率，以補償傳輸損耗。根據(jù)測量得到的短波信道小時中值傳輸損耗的典型概率分布，可以預計在一定的可通率要求下所需增加的發(fā)射功率。通常，要保證 90％的可通率，應補償?shù)膫鬏敁p耗約為 130dB；若要求 95％的可通率，則應補償可能出現(xiàn)的 95％的傳輸損耗。 2．干涉衰落 若從發(fā)射端發(fā)射恒定幅度的高頻信號 ,由于多徑傳播 ,到達接收端的涉嫌不是一根而是多根。這些射線通過不同的路徑 ,到達接收端的時間是不同的。因為遭受不同的衰減 ,所以它們的幅度也不相同。由于電離層媒質(zhì)的隨機變化，各徑相對時延亦隨機變化，使得合成信號 發(fā)生起伏，在接收端看來，這種現(xiàn)象是由于多個信號的干涉所造成，因此稱為干涉衰落。其衰落速率一般為 10～ 20 次／ rain，故為快衰落。干涉衰落具有明顯的頻率選擇 17 性。實驗證明，兩個頻率差值大于 400Hz 后，它們的衰落特性的相關(guān)性就很小。遭受干涉衰落的電場強度振幅服從瑞利分布。干涉衰落的深度可達 40dB，甚至達 80dB。 增加發(fā)射功率也可補償快衰落。但單純通過增加功率來補償快衰落是不經(jīng)濟的。通常為了補償快衰落留有一定的功率余量外，主要采用抗衰落技術(shù)，如分集接收、時頻調(diào)制和差錯控制等。 3．極化衰落 電 離層反射后，由 于地磁場的影響，一般分裂為兩個橢圓極化射線，經(jīng)合成 ,就形成了接收地點的橢圓極化波。當電離層的電子密度隨機起伏時，每個橢圓極化波的橢圓主軸方向也隨之相應的改變，因而在接收天線上的感應電勢有相應的隨機起伏。若用垂直天線接收信號時 ,當場軸方向接近垂直時 ,信號的強度會變的最大。反之 ,當接近水平時 ,信號的強度會變得很小。以上就是極化 衰落產(chǎn)生的原因。因此，極化衰落也是一種快衰落。 但是極化衰落的發(fā)生概率遠比干涉衰落小，一般占全部衰落的 10％～ l5％左右。極化衰落發(fā)生時 ,接收端的電壓值均較未衰落時下降 3dB。為了避免這種 極化衰落發(fā)生，可采用幾副不同極化的接收天線 ,并且通過選擇電路接到接收機輸入端。選擇電路總使接收最強信號的那副天線接到接收機輸入端 ,這種方法稱為極化分集。 多徑傳播 短波的多徑傳播有四種，如圖 11 所示。圖中（ a）的多徑由天波和地波構(gòu)成的；（ b） 為單跳和多跳構(gòu)成；（ c）和（ d）是尋常波和非尋常波之間的干擾及電離層的漫射構(gòu)成的多徑。 圖 11 短波的多徑傳播 多徑時延是指多徑中最大的傳輸時延與最小傳輸時延之差。多徑時延與通信距離、工作頻率和工作時刻有密切的關(guān)系。 18 多徑時延與通信距離的關(guān)系可用圖 12 表示。圖中看出，在 200～ 300km 的短波線路上，多徑時延最為嚴重，可達 8ms 左右。這是由于在這樣的距離上，通常使用弱方向性的雙極天線，電波傳播的模式比較多，而且在接收點的信號分量中，各種傳播模式的效果相當，造成嚴重的多徑時延。電離層與地面間多次反射時，在 2020～ 8000km 的線路上，多徑時延在 2～ 3ms 之間。當通信 距離進一步增大時，由于不再存在單跳模式，多徑時延又隨之增大，當距離為 20200km 時，多徑時延可達 6ms。 多徑時延隨著工作頻率偏離 MUF 的增大而增大，工作頻率偏離 MUF 的程度可用多徑縮減因子（ MRF）表示，其定義如下 圖 12 多徑時延與通信距離的關(guān)系 fMRF MUF? （ 24） 式中 f工作頻率； MRF多徑縮減因子。 從上式中看出， MRF 越小，表示工作頻率偏離 MUF 越大。圖 13 是在同時考慮通信距離和工作頻率時的實驗結(jié)果，其曲線族的參數(shù)為多徑時延。當給定通信距離和工作頻率時，可從圖中查到典型的多徑時延。 圖 13 工作頻 率與通信距離的關(guān)系 19 多徑時延還與時間有關(guān)。由于電離層的電子密度隨時間變化 ,從而使 MUF 隨時間變化。電子密度變化越急劇 ,多徑時延的變化也越嚴重。所以通常在黎明時刻 ,電子密度變化最大。在日出和日落時刻，多徑時延現(xiàn)象最嚴重又復雜，中午和子夜時刻多徑時延一般較小而且穩(wěn)定。多徑時延隨時間的變化，其原因是由于電離層的電子密度隨時間變化，從而使MUF 隨時間變化。多徑時延除了隨日 、 小時變化外 ,由于電離層的結(jié)構(gòu)還存在著較快的隨機起伏 ,所以也存在著快變化 ,甚至在零點幾秒的時間區(qū)間內(nèi)都會發(fā)生變化。因此嚴格的說 ,應用統(tǒng)計平均值來計 算。 總之 ,多徑時延嚴重影響短波數(shù)據(jù)通信的質(zhì)量 ,所以在線路設(shè)計時 ,通常為了保證傳輸數(shù)據(jù)的質(zhì)量 ,要限定通報速率 ,目前在印字電報通信中 ,為了減少多徑傳輸?shù)挠绊?,通報速率限定在 200bit 以下 ,在短波線路上傳輸高速數(shù)據(jù)時 ,通常要采用多路并發(fā)的方法。 相位起伏（多普勒頻移） 利用天波傳播短波信號時 ,不僅需要對付由于衰落造成的信號振幅的起伏 ,而且還必須對付由于傳播中多普勒效應所造成的發(fā)射信號頻率的漂移。這種漂移稱為多普勒頻移 ,用 f? 表示 。 短波傳播中所存在的多 徑效應 ,不僅使接收點的信號振幅隨機變化 ,而且也是信號的相位起伏不定。必須指出 ,就是只存在一根射線 ,也就是單一模式傳播的條件下 ,由于電離層經(jīng)常性的快速運動 ,以及反射層高度的快速變化 ,是傳播路徑的長度不斷的變化 ,信號的相位也跟著產(chǎn)生起伏不定的變化。此外，電離層折射率的隨機變化及電離層不均勻體的快速運動，都會使信號的傳輸路徑長度不斷變化而出現(xiàn)相位的隨機起伏。根據(jù)實測：信號衰落率愈高，信噪比愈低，則相位起伏愈大。 當信號的相位隨時問變化時，必然產(chǎn)生附加的頻移。無線信道中的頻率偏移主要是由于收 、發(fā)雙方的相位運動而引起的。由傳播中多普勒（ Doppler）效應所造成的發(fā)射信號頻率的漂移稱為多普勒頻移。在單一模式傳播的條件下，由于電離層經(jīng)常性的快速運動，以及反射層高度的快速變化，使傳播路徑的長度不斷的變化，信號的相位也隨之產(chǎn)生起伏不定的變化。若從時域的角度觀察這種現(xiàn)象，這意味著短波傳播中存在著時間選擇性衰落。多普勒頻移在白天（日出至日落期間）較嚴重，夜間（電離層平靜期）不存在多普勒效應，而在其他時間，多普勒頻移約在 1～ 2Hz 范圍內(nèi)。磁暴時，頻移最高可達 6Hz。 2～ 6Hz 的多普勒頻移，是指單跳模式而言。 多跳模式，總頻移 totf n f? ? ? （ 25） 20 式中 n 為跳數(shù)； f? 為單跳多普勒平移； totf? 為頻移值 。 靜區(qū) 由天波的反對和原理可知 ,入射角越小 ,入射線達到的地點距發(fā)射點越近。當入射角小到一定值時 ,電波就會穿過電離層而無反射。因為同一頻率的電波不是一條射線 ,而是一簇波速 ,在此波速中 ,有的反射遠 ,有的反射近 ,有的穿過電離層而無反射。很顯然 ,電波的最近反射點到 發(fā)射點之間是沒有反射電波的 ,這種現(xiàn)象叫做天波的越距。 在進行短波通信時 ,天線發(fā)射的電波 ,除了天波傳播外 ,還有地波傳播。一般來說 ,地波傳播最遠可達 30km,而天波從電離層第一次落地（第一跳）的最短距離約為 100km?？梢?0～ 100km 之間這一段 ,地波和天波都覆蓋不到 ,形成了短波通信的“寂靜區(qū)” ,簡稱“靜區(qū)” ,也稱為盲區(qū) ,盲區(qū)內(nèi)的通信大多是比較困難的。車載臺由于天線的限制 ,也存在通信盲區(qū)問題。 圖 14 電波傳輸中的越距現(xiàn)象及盲區(qū) 靜區(qū)是長期困擾短波“動中通”的一大難題。解決通信盲區(qū)的辦法有 :一是加大電臺功率以延長地波傳播距離 :二是采用較低的工作頻率。由于靜區(qū)的大小與電波的頻率、電離層電子密度及發(fā)射功率有關(guān)。頻率越低 ,電子密度越大 ,發(fā)射功率越大 ,則靜區(qū)越小。因此 ,在野戰(zhàn)通信中 ,為保證在 300km 以內(nèi)較近距離通信、經(jīng)常采用較低的工作頻率；三是采用高仰角天線 ,也成“高射天線”或“噴泉天線” ,縮短天波第一跳落地的距離。仰角是指天線輻射波瓣與地面之間的夾角。仰角越高 ,電波第一跳地的距離越短 ,盲區(qū)越少 ,當仰角接近 090 時盲區(qū)基本上就不存在了。 21 第三章 無線電干擾及抗 干擾措施 為了提高短波通信線路的質(zhì)量 ,除了使系統(tǒng)設(shè)計時應適應短波傳輸?shù)拿浇榈奶攸c外 ,還必須采取各種有利的抗干擾措施 ,來消除或減輕短波信道中所引入的各種干擾對通信的影響 ,并保證在接收地點所需要的信號干擾比。 無線電干擾分為外部干擾和內(nèi)部干擾。外部干擾是指接收天線從外部接受的各種噪聲 ,如大氣噪聲、人為噪聲、宇宙噪聲等。內(nèi)部干擾是指接收