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1、第一章 无线技术基础第一节 无线电波传播类型及其特点无线电波传播的方式一般分为“地面波、空间波、散射波及天波等四种。插图Trrrm图 1-1 电波传播方式示意图地波传播地波传播又叫表面波传播，地波是指天线发射出的沿地球表面传播的电磁波。地波 传播的规律是：（一）由于地面对电磁波的吸收，使地波的强度随着距离的增加逐渐降低。场强降 低的程度与地面导电率、复盖物等有关。城市、工业区的钢筋水泥建筑物吸收大，砂石 森林、肥沃田地和淡水湖吸收次之，吸收最小的是海洋。（二）地波衰减随频率的升高而增大。（三）地波在传播中场强比较稳定，地面对低频的电波吸收少，故常应用于中、长 波的传输。（四）短波用地面波传播时
2、，对通常应用的发射功率来说，传播距离一般不超过几 十公里，故只适用于小型电台。工作频率一般在3MHz以下。但在沿海电台和船舶电台 的通信中，若使用1.65MHz频段，海面通信距离却可大为扩展，可达1000km以上。二、空间波传播空间波传播是指电波在空间以直线的方式传输到接收点。有时也叫视距传播。人们 熟悉的电视广播的传输即属于空间波传播。空间波的特点是：（一）空间波受地球曲率的影响，在地球表面传播距离约几十公里。（二）为了增加通信距离，通常采用加高天线高度或把天线建于高山上的办法，常 见的电视台或差转台的天线采用高大铁塔或设在山上既属这种措施。（三）采用中继方式增加通信距离。微波中继通信一站接
3、一站延续几千公里即属此 类。卫星通信技术的出现及发展则开辟了空间波运用的新领域。三、散射传播它是利用空中介质对电磁波的散射作用进行的传播。对流层、电离层、流星余迹、 人造散射物体等都具有散射电磁波的性质。如果发信机发出的电磁波照射到这些地方， 就会向各个方向散乱地幅射出去，其中朝斜前方射去的电磁波能到达很远的地方。但由 于散射通信传输损耗很大，为了达到可靠的通信，一般可采用大功率发信机，高灵敏度 收信机和高增益窄波束的天线。四、天波传播天波指受到天空电离层反射或折射后返回地面的无线电波。有的也叫电离层波。应 用天波可进行远距离通信，短波通信主要是利用天波进行远程通信的。第二节 电 离 层 传
4、播一、电离层的形成从地球表面到天空，由于地热逐渐减小，气压和温度随高度上升而降低。在离开地 面1020公里高度这一区间，集中了地面大气层所有气体质量的75%,因温差产生对流 所有气象现象都在这一层发生，如风暴、云雾移动等，这一层叫对流层。在对流层以上，距地面6080 公里时，气压很低，气体分子密度较地面稀疏，按气 体重量分层，重的在下，轻的在上。由于太阳表面具有6000C的温度向地球辐射紫外线， （辐射出来的电磁波频谱宽，波长为A。）使大气中的气体游离，形成稳定的电离状态。同时大气中的微粒流也可使气体发生碰撞电离。电离过程使大气复杂起来，但是基本上 按照氧分子02、氮原子N2、氧原子O、氮原子
5、N,自下到上各自集聚形成层状，叫做电 离层，这种电离过程随电离源的变化不断地变化着，每层的高度、厚度和电子浓度都随 地域和季节日、照度的变化而变化。由实际观测的结果，电离层可大致分为D、E、F F2四层。各层离开地面的高度以及他们的平均密度每立方厘米的自由电子数如图1-2及 下表所示。图 1-2 电离层的电子密度随高度变化的情况电离层高度及电子密度表层名离地面高度（Km）电子密度（Ne电子数/cm）备注D60 80103夜间消失E1001205x 103 105Ne白天大夜间小耳2004x 105夜间消失F2250400105 2x 106Ne白天大夜间小冬季白天比夏季白天大二、电离层的周期性
6、变化（一）一天的变化规律由于夜间的天空，没有产生电离的主要来源一一太阳光辐射。所以D层和片层当日 落之后很快消失，E层和F2层的电子密度也减小，但仍然存在。日出之后各层密度开始 增长，正午前后达到最大值。图 1-3实线为晚上电子密度变化情况。虚线为白天电子密度 变化情况的示意图。一天中有规律的变化决定了短波通信白天要用高的频率；晚上采用 低的频率。图 1-3 电子密度与高度昼夜变化关系图电了密度（二）一年的变化规律一年四季中，在夏季的北纬地区D、E和片的电子密度都比冬季大，但F2层则相反, 冬季的白天反而比夏季白天的电子密度大。且f2层的高度出现在比夏季低的高度。图1- 4为E、F2层夏季和冬
7、季一天中的变化情况示意图。（三）随太阳活动性的变化规律太阳活动性是指太阳黑子的变化规律，太阳黑子的变化约11年为一个周期，太阳 黑子多的年份，紫外线和X射线辐射增加，D、E、F各层电离密度增大，使得短波穿透 D层受到更大的衰减，E层和F层可以反射更高的短波频率。太阳黑子少的年份，各层 密度均减小。此时的电离层处于平静状态，短波频带较高的频率穿透电离层而不反射， 可用工作频带限制在一很窄而短的频带内，增加了短波通信的相互干扰，同时，大气噪 声的影响变得更为明显。图 1-4 E 、 F2 层冬季、夏季电子密度变化示意图（四）电离层规则和非周期性的变化 由于大气结构和电离源的随机变化，电离层是一种随
8、机的时空变化的半导电媒质。 电离层的特性和参数都是随时间而随机变化的。1规则变化： 日变化一昼夜24小时之内的变化情况。E层和F层的临界频率大致为白天高、 夜间低。E层的虚高比较稳定，约为110KM，无显著的日变化。片层白天出现，夜间消 失。f2层较为复杂，电子浓度白天高，夜间低。 季节变化一E区的高度随季节变化大不。F区的高度随季节变化较大，片区出现 在夏季白天，冬季不如夏季显著，有些地区冬季则完全不见。f2区的高度为夏季高，冬 季低；临界频率为冬季高、夏季低。2不规则变化 太阳层部突然爆发会辐射出大量的带电质点流，这些质点流进入地球大气层，破 坏了电离层的正常状态，影响了通信，这就是常说的
9、骚扰。当这些质点流进入大气层后， 在地磁作用下形成向南北极飞去的电流，这时电离层骚扰伴随着磁爆、极光和地面电流 同时出现，尤其在极区破坏了电离层的完整结构，形成电子云，严重影响天波传播，至 使通信中断。 流星飞过也会引起电离层变化，使E层临界频率升高。 电离层中电子密度有时有一种在平均值的上下波动的现象，这种波动以f2层为最 大，这种不规则的起伏现象也影响电波的传播，使接收的场强不稳定。电离层因太阳耀斑爆发时引起非周期性变化的骚扰时，除了电磁辐射（主要是紫外 线和 X 射线）增强外，还喷射出大量的带电微粒子流，引起地球磁场的干扰，当带电粒 子穿过磁层到达电离层时，使电离层正常的电子分布产生激烈
10、变动，正常的电离层状态 遭到破坏。这时必须相应降低通信频率，对电路工作会有好处，一般可比原来频率低 20-30%。当电离层突然性吸收造成一系列电路发生急骤的衰落直至中断，这是磁暴，严 重时大大降低通信质量，甚至会使通信中断。遭到磁暴发生时短波操作人员应继续保持 呼叫和守听，不要关机或更换频率，以免失去联系。三、电波在电离层中的传播（一）电波为什么能从电离层中反射从天线发出的电波到高空进入电离层后，由于电离层中电子密度的不均匀，对电波 产生折射。（二）电离层的临界频率 人们把垂直投射情况下，电磁波能从电离层反射回来的最高频率，称为该电离层的 临界频率。数学表示式为。F20=81 Nfo=9 ：N
11、白天电离层存在D、E、FF2层，D层电子密度小不反射电波，故D层为吸收层， E层的临界频率在3兆赫之内，F1层临界频率在5 6兆赫，F2层临界频率在67兆赫 以上，上限可达 14 兆赫以上。电波以e 0入射斜角投射时，最大反射频率与临界频率的关系为：f=f0/cos8f=f0/cos8告诉我们：图1-6以8 0进入电离层的电波反射关系示意图为方便说明，以图 1-6 假设数据加以说明例：假设通信距离200公里，=70 8 =20 =0.939其临界频率为9.1MHz，这时在 该处的上空反射，200 公里通信电路的最高反射频率f = 9.1 / COS20= 9.6MHz假设通信距离为1350公里
12、，这是 =19, 8 =71 =0.325则同样在该点上空反射， 1350公里通信电路的最高反射频率f = 9.1 / cos71 = 28MHz。从上面表述可以告诉我们： 1比该处临界频率低或等于该处临界频率的电波，以任意角度进入该点，均能从该 层反射回来。2.比临界频率高的电磁波，只要符合f=f0/cos8，其入射角等于8 0或大于8 0,就 能反射回来。（三）跃距和最高可用频率 当频率高于临界频率时，电波能返回地面点与发射点的最小距离叫跃距。 当收信点距发射点的距离恰好等于跃距时所用的频率为最高可用频率。（四）最佳应用频率 电离层内对短波的吸收随着频率的升高而减小。为此电路工作希望选高的
13、频率，越接近最高可用频率，损耗越小，但由于电离层的不稳定，选得太近最高可用频率，一旦 电离层电子密度变小，电波就穿过电离层，从而造成工作的不稳定。为此一般选用最高 可用频率的 0.85，这个频率叫最佳应用频率。（五）工作频率 最佳应用频率在一天中是变化的，实际工作中不可能经常改波换频。我们也希望少改波换频，为此根据最佳应用频率，选出二段或三段低于最佳应用频率，但却接近于最 佳应用频率，定为实际工作频率。若个别情况，实际工作频率都低于最佳应用频率不好 选时，个别时间的频率点允许达115%的最佳应用频率。第三节 短波通信频率的选用一、选用工作频率的一般原则和经验 我们按照电波传播的基本规律，将短波
14、通信工作频率选择一般原则和应用经验归纳 概括如下：（一）5060公里之内的近距离通信电路应选择3MHz以下的频率，用地波传播， 一年四季昼夜均可用一个频率。如地波是在海洋表面通过，通信距离可增加到100120 公里。如果通信点的杂音电平高，也可以用较高频率作天波传播，以获得高的信噪比。（二）通信距离在60公里以上，则必须采用天波传播方式。工作频率选在最高可用 频率的0.50.9之间，最理想的是选用最高可用频率的0.85。（三）通信距离在500公里以内，如果利用F2层反射，工作频率不能高于当地F2 层“0公里最高可用频率”，若当地有电离层观察站时，上述“0公里最高可用频率”可 向上述单位索取。（
15、四）近距离通信时，不同频段在白天能被电离层反射的大致规律是：3 兆赫以下能被 E 层反射。3 5兆赫能被Fl层反射。5 8兆赫能被F2层反射。8 兆赫以上的频率在近距离电路上工作是不稳定的，尤其是日出或日落的时刻，可能 穿过电离层而不反射回来。（五）通信距离与工作频率的参考范围 近距离通信电路的工作频率，不需要计算可以按下面范围选取。通信距离（公里）工作频段范围（兆赫）100 2002.5 8200 5003.0 10500 10003.5 141000 15005.0 18注： 通信不仅视距离和工作频率的选择，另一条重要因素是：南北向通信和东西向 通信的效果是不一样的，近距离反映并不很明显，远距离如1000公里以上，南北向和东 西向的通信效果就明显突现出来。因此，根据实际情况，因时因地因距因方向去选择最 佳工作频率和发信功率。二、有关选频换频的经验作法（
