不同地面形式对短波通信影响分析

【摘要】 本文主要针对短波通信所需发射功率大小不同的问题，分析了其产生原因，重点对不同地面形式对信号功率损耗所产生的不同影响进行了说明。

【关键词】 地波 天波 电离层 多跳地面反射损耗 射线仰角

在进行短波通信时，125W电台因功率过小而不能满足需要，必须换用1000W发信机，125W电台在东海海域，也完全能够满足通信需要，而且大多数时候只需打在1/2 POWER FULL。为什么在距离更远的海域时所需125W电台反而较小呢？经过分析，我个人认为，这主要是由于不同地面形式导致多跳地面反射损耗不同而造成的。下面主要从三个方面对此进行说明。

一、短波的传播

短波通信使用的无线电频率为1.5～30MHz。短波的传播主要分为天波和地波两种形式。短波的传播主要是依靠天波传播，即主要依靠电离层通信。在此传播过程中，短波电波有经过电离层一次反射到达接收端的一次跳跃情况，也有先经过电离层反射到地面再反射上去，经过电离层反射到达接收端的二次跳跃情况，还有经过三跳、四跳后才到达接收端的情况。据统计，出现三次跳跃的情况最多。

二、短波信道的传输损耗

在短波无线电传输中，能量的损耗主要来自三个方面：①自由空间传播损耗；②电离层吸收损耗；③多跳地面反射损耗。

自由空间传播的损耗是由于电波逐渐远离发射点，能量在越来越大的空间内扩散，以至接受点电场强度随着距离的增加而减弱所引起的。

在前文中已经提到，在天波形式传播中，电波要经过多次反射跳跃，而在天波多跳传播（即两次以上的反射）模式中，传播损耗不仅要考虑电波二次进入电离层的损耗，还要考虑地面反射的损耗。大量实验数据表明，这种由于地面反射引起的信号功率损耗是与电波的极化、工作频率、射线仰角以及地质情况有关的。而当地面形式分别是海水与土地时，二者的地表面导电率σ差别极大。

可以看出，在这三方面的能量损耗中，前两者在不同海域的短波通信中并没有太大的不同。

三、比较两种地面形式的多跳地面反射损耗

在多跳地面反射损耗的工程计算中，可假定入射波为杂乱极化，电波能量在水平极化和垂直极化上均匀分布，由此可导出其计算公式为

■ （1）

式中RV――垂直极化反射系数；RH――水平极化反射系数。

RV和RH分别用下式计算：

■ （2）

■ （3）

式中δ――射线仰角；εr――大地的相对复介电常数，ε'r=εr-j60λσ；σ――地表面导电率（Ω・m）-1；λ――波长（m）。

考虑到主要是海洋区域，所以地面形式分别取为海水和干土，表1中是几种形式地表面的εr值和σ值。

下面将有关数值代入，计算海水和干土两种不同地面形式下的多跳地面反射损耗，并进行比较。

在天线的垂直方向图中，其最大辐射方向与地面所成的角叫做天线的垂直发射方向或发射仰角。对天线的方向性图形与工作频率近似无关。

这样，多跳地面反射损耗计算公式■中■的部分在海水和干土两种地面形式下，其值分别为1和■，而该表达式表示的是反射电波信号功率与入射电波信号功率的比值。虽然在计算过程中进行了一定的简化，但由此仍然可以看出，干土地面形式下的多跳地面反射损耗远远大于海水形式下的此种损耗。

通过以上分析，个人认为，不同地面形式下的多跳地面反射损耗大小不同是造成在不同海域进行短波通信所需发射功率大小差别很大的主要原因。