科技信息2013年第1期ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ短波通信利用电离层折射，可以不依赖任何中继系统与数百千米到数千千米外的地方建立通信联络，短波通信按传播途径可分成地波和天波两种基本传播途径，由于电离层不断变化，使通过天波传播的短波信道并不稳定，影响短波通信的效果。

只有透彻认识和运用短波电波的传播特点，才能发挥短波通信的应有效能，建立稳定可靠的通信联系。

在短波电台灵敏度和发射功率、天线架设、地形地物均已确定的情况下，工作频率成为决定通信质量的唯一可选因素。

本文主要就短波通信特别是短波天波通信的电波传播特点和工作频率选择问题作简要的探讨。

1短波的地波通信与工作频率选择地波是指沿地球表面传播的电波，基本不受昼夜、季节等条件影响，因此信号稳定。

地波传播时在大地产生感应电荷，这些电荷随电波前进而形成地电流。

由于大地有一定的电阻，地电流流过时要消耗能量，形成大地对电波的吸收。

地电阻的大小与电波频率有关，频率越高，吸收作用越明显。

地波的场强与传播距离成反比，距离越远，信号强度越弱，远至一定距离，信噪比将降低到无法保证可靠通信的程度，导致通信中断。

短波地波传播的噪声主要来自大气的天电和周围工业设备的电气干扰。

短波电台可利用地波传播方式在几千米至几十千米距离内建立稳定可靠的通信联络，其有效距离主要取决于短波电台的发射功率、天线的架设方式、传播路径上的地形地物影响及使用的工作频率。

鉴于频率越低，大地对电波的吸收作用越小，短波电台利用地波传播方式进行通信联络宜选用短波频率的低段（3-6MHz）。

2短波的天波通信与工作频率选择天波是指地面发出的经电离层折射返回地面的电波。

电离层随昼夜、季节、年度而变化，导致天波传播状况随时变化，直接影响着不同频率短波电波的传播。

（1）电离层对电波的折射和反射太阳辐射使地球大气中的氮、氧原子失去电子，形成离子，进而这些电离化的气体形成所谓电离层，其分布高度距地面几十千米至上千千米。

有了电离层对于短波信号的折射作用，才使远距离通信成为可能。

电离层可看成具有一定介电常数的媒质，电波进入电离层会发生折射。

折射率与电子密度和电波频率有关，电子密度越高，折射率越大；电波频率越高，折射率越小。

电离层电子密度随高度的分布是不均匀的，随高度的增加电子密度逐渐加大，折射率亦随之加大。

可以将电离层划分为许多薄层，电波在通过每一薄层时都要折射一次，折射角依次加大，当电波射线达到电离层的某一点时，该点的电子密度值恰使其折射率为90°，此时电波射线达到最高点，尔后沿折射角逐渐减小的轨迹由电离层深处折返地面。

当频率一定时，电波射线入射角越大，则越容易从电离层反射回来。

当入射角小于一定值时，由于不能满足90°的折射角的条件，电波将穿透电离层进入太空不再返回地面。

当入射角一定时，频率越高，使电波反射所需的电子密度越大，即电波越深入电离层才能返回。

当频率升高到一定值时，亦会因不能满足90°折射角的条件而使电波穿透电离层进入太空，不再返回地面。

（2）电离层对电波的吸收当电波通过电离层时，电离层中的自由电子在电波的作用下作往返运动，互相碰撞，消耗的能量来自电波，即为电离层对电波的吸收。

吸收效果主要与电子密度和电波频率有关，电子密度越高、电波频率越低，吸收越大，反之则低。

当吸收作用大到一定程度时，电波强度将不能满足短波电台的信噪比要求，导致通信中断。

太阳耀斑期间，电波在电离层遭到强烈的吸收，以至接收不到由电离层反射的短波信号，造成短波通信中断。

（3）电离层的变化规律电离层中电子密度呈层状分布，对短波通信影响大的有D层、E 层、F1层、F2层，各层之间没有明显的分界线，电子密度D层＜E层＜F1层＜F2层。

由于电离层的形成主要是太阳辐射的结果，因此电离层的电子密度与阳光强弱密切相关，随地理位置、昼夜、季节和年度变化而变化，其中昼夜变化的影响最大。

D层是电离层中最靠近地面的一层。

它在中午的时候电离程度最高，但离子很容易丢失，所以D层中午电子密度最大，入夜后很快消失。

这一层只是吸收电波的能量，而不反射它们。

D层电离化的程度越高，吸收电波的能力越强。

跟D层类似，没有阳光照射的时候E层失去离子的速度很快，因此它主要在白天影响传播。

白天电子密度增加，晚上相应减少。

但是E 层不像D层那样吸收较低频率的电波的能量而让较高频率的通过，E 层可以把电波反射回地面。

在晚上E层非常弱，电波都能穿透它。

F1和F2层合称为F层，F1层中午电子密度最大，入夜后很快消失；F2层下午达到最大值，入夜逐渐减少，黎明前最小。

对于远距离短波通信来说F层是最为重要的，F层在白天和晚上都存在，只是在晚上F层比较薄。

因此F层在白天能把比较高频率的电波反射回地面，而到了晚上就让较高频率的电波通过。

一般来说，在晚上可以把10～15MHz的信号反射回地面。

夜间D层消失，E层也变得很弱，F1和F2层合到了一起。

由于没有D层的吸收作用，我们可以使用较低频率的无线电信号，这也是我们可以在晚上听到很多国外中波广播的原因。

而那些在白天可以被反射的电波，在晚上则穿过了不够厚的F层。

能被F层反射的最高频率被称为最高可用频率。

工作频率选择接近最高可用频率是一个较好的选择。

因为低于这个频率的将被吸收得多，而高于这个频率的又容易穿透电离层。

有时最高可用频率甚至降到了5MHz以下，这是由于电离层的扰动或者是F层过于稀薄。

同样，太阳周期的最低点也会造成这种情况。

太阳黑子可以使电离层的反射短波信号的能力增强。

而太阳流又会使电离层扰动导致电磁暴，骚动的电离层会吸收电波。

（4）短波天波通信的工作频率选择由于电离层的高度及电子密度主要随日照强弱昼夜变化，因此工作频率的选择是影响短波通信质量的关键。

这就决定了为取得良好的通信效果，短波通信的工作频率必须随电离层的变化而改变。

我们应在通信距离和天线架设、地形地物等因素确定的情况下，根据通信时段、气象条件等因素在一定范围内对工作频率进行调整，选择最佳频率，避开干扰频率，以达到最佳通信质量。

一般来说，选择工作频率应考虑以下原则：（1）不能高于最高可用频率当通信距离一定时，可以被电离层反射回来的最高频率叫最高可用频率，通信频率不能高于最高可用频率，否则电波将（下转第88页）浅谈短波的电波传播特点和工作频率选择张太福韩宇（中国人民武装警察部队新疆总队司令部通信站，新疆乌鲁木齐830063）表1时段频率距离500千米1000千米2000千米0时最高可用频率 5.4MHz7MHz11.5MHz 最佳工作频率 4.6MHz6MHz10MHz4时最高可用频率 5.3MHz 5.9MHz7MHz 最佳工作频率 4.5MHz5MHz6MHz8时最高可用频率8.3MHz11.8MHz21MHz 最佳工作频率7MHz10MHz18MHz12时最高可用频率18.8MHz23MHz33MHz 最佳工作频率16MHz20MHz30MHz16时最高可用频率16MHz21MHz32MHz 最佳工作频率14MHz18MHz28MHz20时最高可用频率9.5MHz11.8MHz18MHz 最佳工作频率8MHz10MHz16MHz24时最高可用频率 5.4MHz7MHz11.6MHz 最佳工作频率 4.6MHz6MHz10MHz○ＩＴ论坛○95科技信息ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ2013年第1期（上接第95页）穿出电离层。

最高可用频率与电子密度有关，电子密度越大，最高可用频率越高。

电离层电子密度主要随时间变化，所以最高可用频率也随之变化。

对一定电离层高度而言，通信距离越远，则电波入射角也就越大，就是说最高可用频率越高。

但应注意，由于电离层电子密度是经常变化的，其最高可用频率不能保证每时每刻可靠反射电波，因此实际使用的频率为最佳工作频率。

一般来说，最佳工作频率约为最高可用频率的85%。

我们根据理论计算和平时工作经验，列出了我国南方夏季不同通信距离在不同时段的最高工作频率及最佳工作频率如下表所示。

需要说明的是，表中所列的工作频率并非确定的频率，而是在此频率附近即可。

实际应用时可从表中所列的最佳工作频率向下1-2MHz 的范围内选取合适的工作频率，以适应不同的季节及地域（见表1）。

（2）不能低于最低可用频率短波通信中，频率越低，电离层吸收越大，当低到一定程度以致不能保证通信所必须的信噪比时，通信质量严重下降导致通信中断。

能保证最低所需的信噪比的频率称为最低可用频率。

根据经验，不同距离、不同时段的最低可用频率一般比相应的最佳工作频率低3~4MHz 。

此外，频率为1.4MHz 附近的电波可与电离层中自由电子的振动发生谐振，产生较大的谐振吸收。

所以天波通信时工作频率不应低于2MHz 。

（3）一日之内适时改变工作频率原则上说，最低可用频率至最佳工作频率之间的频段可作为工作频率。

工作频段在一昼夜内是随时变化的，定频短波电台工作时频率不可能随时变化，通常实际工作中选日频、夜频各一个，一昼夜内应改频1~2次，在一段时间内只用一个频率，即使是短波跳频电台或者短波自适应电台，所选频率集也应遵循上述要求。

改频时间通常选在电离层电子密度变化急剧的黎明和黄昏时刻适时进行。

电离层对电波的吸收与电波频率高低有关：频率低，吸收大；频率高，吸收小。

电离层对电波的吸收还与电离层密度有关：电离密度大，吸收大；电离密度小，吸收小。

一日内中午大阳活动使电离层密度最高，故中午时通信频率选择应高于清晨及傍晚。

一般来说，日频高于夜频（相差约一半），远距离频率高于近距离，夏季频率高于冬季，南方地区使用频率高于北方等。

另外，在东西方向进行远距离通信时，因为受地球自转影响，最好采用异频收发才能取得良好通信效果。

如果所用的工作频率不能顺畅通信时，可按以下经验变换频率：（1）接近日出时，若夜频通信效果不好，可改用较高的频率；（2）接近日落时，若日频通信效果不好，可改用较低的频率；（3）在日落时，信号先逐渐增强，而后突然中断，可改用较低频率；（4）工作中如信号逐渐衰弱以致消失，可提高工作频率；（5）遇到磁暴时，可选用比平常低一些的频率。

3短波通信“盲区”的改善盲区现象是短波通信很难回避的问题。

在地波最远覆盖范围与天波最近反射区之间有一段所谓“盲区”，在一方天线高架的情况下，盲区从数十千米的距离开始出现，大约在150~200千米处消失，理论上此区域内收不到任何信号。

目前大仰角天波天线已部分解决了这一问题，在盲区内可建立通信，只是信噪比差些而已。

在此区域内通信时降低工作频率，减少大地对电波的吸收，同时使仰角较大的电波能被电离层反射下来，会使信噪比状况有所改善。

4日常工作需注意的事项在日常工作中应注意搜集整理各通信时段和各种气候条件下的最佳通信频率信息，摸索各通信时段、不同气象条件下短波通信的实际效果，积累第一手的资料，以便快速有效地完成好短波通信联络任务。