第五章短波通信系統(tǒng)5-1.ppt [修復(fù)的]

1、5.2 5.2 短波單邊帶通信技術(shù)短波單邊帶通信技術(shù) 第五章第五章 短波通信系統(tǒng)短波通信系統(tǒng) 5.1 5.1 現(xiàn)代短波通信概述現(xiàn)代短波通信概述 5.4 5.4 短波跳頻通信技術(shù)短波跳頻通信技術(shù) 5.3 5.3 短波自適應(yīng)選頻技術(shù)短波自適應(yīng)選頻技術(shù) 5.1 5.1 現(xiàn)代短波通信概述現(xiàn)代短波通信概述 5.1.1 5.1.1 短波通信的起源短波通信的起源 5.1.2 5.1.2 無線信道無線信道 5.1.3 5.1.3 短波通信信道傳輸特性短波通信信道傳輸特性 5.1.4 5.1.4 短波通信的特點短波通信的特點 5.1.1 5.1.1 短波通信的起源短波通信的起源 按照按照CCIR的規(guī)定，短波是指

2、頻率為的規(guī)定，短波是指頻率為 330MHz，波長為波長為100m10m的無線電波。的無線電波。 利用短波進行的無線電通信稱為短波通信，利用短波進行的無線電通信稱為短波通信， 又稱為高頻又稱為高頻(HF)通信。通信。 1. 1. 短波的定義短波的定義 2. 2. 短波通信短波通信 短波通信實際使用范圍為短波通信實際使用范圍為1.530MHz。 5.1.1 5.1.1 短波通信的起源短波通信的起源 1901年年12月馬可尼實現(xiàn)了無線電波越洋傳播，傳播月馬可尼實現(xiàn)了無線電波越洋傳播，傳播 距離達到距離達到3000km，實現(xiàn)了英國到北美的紐芬蘭信息傳遞；，實現(xiàn)了英國到北美的紐芬蘭信息傳遞； 科學(xué)家猜想

3、大氣層有帶電粒子層的緣故；科學(xué)家猜想大氣層有帶電粒子層的緣故； 1921，意大利羅馬郊外發(fā)生一場大火，一臺功率只，意大利羅馬郊外發(fā)生一場大火，一臺功率只 有幾十瓦的業(yè)余短波無線電臺發(fā)出呼救信號，信號被有幾十瓦的業(yè)余短波無線電臺發(fā)出呼救信號，信號被 1500km之外的哥本哈根的一些接收機收到，從此短波通信之外的哥本哈根的一些接收機收到，從此短波通信 收到人們的重視；收到人們的重視； 1924年，英國物理學(xué)家阿普爾頓證實了電離層的存年，英國物理學(xué)家阿普爾頓證實了電離層的存 在，并因此于在，并因此于1947年獲得諾貝爾物理學(xué)獎。年獲得諾貝爾物理學(xué)獎。 3. 3. 起源起源 5.1.2 5.1.2 無

4、線信道無線信道 5.1.2.1 5.1.2.1 電離層的特性電離層的特性 電離層是指從距地面大約電離層是指從距地面大約60公里到公里到1000公公 里處于電離狀態(tài)的高空大氣層。里處于電離狀態(tài)的高空大氣層。 1.1.電離層的形成電離層的形成 電離電離：高空大氣層在太陽輻射的作用下，：高空大氣層在太陽輻射的作用下， 大氣氣體分子或原子中的電子游離出來，形成大氣氣體分子或原子中的電子游離出來，形成 離子和自由電子。離子和自由電子。 電離現(xiàn)象顯著的區(qū)域稱為電離現(xiàn)象顯著的區(qū)域稱為電離層電離層。 自由電子、正離子、負(fù)離子、中性分子和原 子等組成的等離子體。 電離源 太陽輻射的紫外線、X射線、高能帶電微粒流

5、、 為數(shù)眾多的微流星 其它星球輻射的電磁波以及宇宙射線等 只占全部大氣質(zhì)量的2左右，但因存在大 量帶電粒子，所以對電波傳播有極大影響。 5.1.2.1 5.1.2.1 電離層的特性電離層的特性 2.2.電離層基本分層特性電離層基本分層特性 電離層中電電離層中電 離濃度相對分層離濃度相對分層 集中，較顯著的集中，較顯著的 有三層：有三層：D、E 、F。 5.1.2.1 5.1.2.1 電離層的特性電離層的特性 D層：層： 6090km E層：層： 90150km ES層：層： 120km F1層：層： 150220km F2層：層： 2001000km 2.2.電離層基本分層特性電離層基本分層特

6、性 5.1.2.1 5.1.2.1 電離層的特性電離層的特性 2.2.電離層基本分層特性電離層基本分層特性 D層層 太陽升起時出現(xiàn)，太陽落下后消失太陽升起時出現(xiàn)，太陽落下后消失 短波以天波傳播時將穿過短波以天波傳播時將穿過D層層 短波穿過短波穿過D層時嚴(yán)重衰減層時嚴(yán)重衰減 在白天，在白天，D層決定了短波傳播的距離、層決定了短波傳播的距離、 發(fā)射機功率和天線增益發(fā)射機功率和天線增益 ( (吸收層吸收層) ) 5.1.2.1 5.1.2.1 電離層的特性電離層的特性 2.2.電離層基本分層特性電離層基本分層特性 E層層 電離開始后可反射高于電離開始后可反射高于1.5MHz1.5MHz的短波的短波

7、出現(xiàn)在太陽升起時出現(xiàn)在太陽升起時, ,中午達到最大值，中午達到最大值， 之后逐漸減小之后逐漸減小; ;太陽降落后，對短波傳太陽降落后，對短波傳 播不起作用播不起作用 5.1.2.1 5.1.2.1 電離層的特性電離層的特性 2.2.電離層基本分層特性電離層基本分層特性 ES層層 具有很高的電子濃度，能將高于短波具有很高的電子濃度，能將高于短波 波段的電波反射回來波段的電波反射回來 (偶發(fā)偶發(fā)E層層) 偶爾發(fā)生偶爾發(fā)生 如何利用尚待研究如何利用尚待研究 5.1.2.1 5.1.2.1 電離層的特性電離層的特性 F層層 白天有兩層：白天有兩層：F1層和層和F2層層 F1層夜間消失，常出現(xiàn)于夏季層夜

8、間消失，常出現(xiàn)于夏季 F2層層電子濃度電子濃度白天大夜間小、冬大夏小白天大夜間小、冬大夏小 適合遠(yuǎn)距離短波通信適合遠(yuǎn)距離短波通信 ( (反射層反射層) ) 2.2.電離層基本分層特性電離層基本分層特性 5.1.2.1 5.1.2.1 電離層的特性電離層的特性 電離層各層高度與電子密度的關(guān)系 電子濃度隨高電子濃度隨高 度增加而增加；度增加而增加； D、E層夜間層夜間 消失；消失； F層中午層中午(白天白天) 有兩層；有兩層；F1層夜間層夜間 消失。消失。 (太陽黑子變化周期太陽黑子變化周期11年年,黑子數(shù)增加黑子數(shù)增加 大大) 3. 3. 電離層的變化電離層的變化 規(guī)則變化規(guī)則變化 日夜變化日夜

9、變化 季節(jié)變化季節(jié)變化 1111年變化年變化 隨地理位置變化隨地理位置變化 ( 白天大夜間小中午最大值白天大夜間小中午最大值) ( 夏季大冬季小，但夏季大冬季小，但F2相反相反) (赤道附近赤道附近 大，兩極大，兩極 ?。┬。?5.1.2.1 5.1.2.1 電離層的特性電離層的特性 3. 3. 電離層的變化電離層的變化 不規(guī)則變化不規(guī)則變化 偶發(fā)偶發(fā)E E層層 電離層突擾電離層突擾 ( (太陽耀斑引起太陽耀斑引起 D層強烈吸收造成層強烈吸收造成 “短波消逝短波消逝” ） 電離層暴電離層暴 ( (太陽黑子 增太陽黑子 增 多引起的電離層異多引起的電離層異 常，在常，在F2區(qū)表現(xiàn)得區(qū)表現(xiàn)得 最為

10、明顯。最為明顯。 ） 5.1.2.1 5.1.2.1 電離層的特性電離層的特性 5.1.2.2 5.1.2.2 無線電波的傳播形式無線電波的傳播形式 短波信號的折射、反射、散射短波信號的折射、反射、散射 電離層電子密度電離層電子密度 隨高度增加而增加，介隨高度增加而增加，介 電常數(shù)和折射率隨高度增加而變小，因而電波電常數(shù)和折射率隨高度增加而變小，因而電波 會發(fā)生折射甚至反射。會發(fā)生折射甚至反射。 電離層電子密度的非均勻性還會造成電波電離層電子密度的非均勻性還會造成電波 的散射。的散射。 （1）電波具有反射和折射的特性 當(dāng)電波由一種介質(zhì)傳到另一種介質(zhì)時，在兩種介質(zhì)的 分界面上，傳播的方向要發(fā)生變

11、化，產(chǎn)生反射和折射。 （2）電波具有繞射的特性 電波在傳播過程中有繞過障礙物的能力。其繞射能力 與電波波長和地形有關(guān)，波長越長，其繞射能力越強；波長 越短，其繞射能力越弱。 （3）電波具有擴散的特性 電波離開信源越遠(yuǎn)，能量越分散，場強越弱，這種現(xiàn) 象稱為電波的擴散。 電波在電離層中的折射和反射 設(shè)想電離層由無數(shù)平行薄層構(gòu)成，各層中設(shè)想電離層由無數(shù)平行薄層構(gòu)成，各層中 電子濃度是均勻的電子濃度是均勻的。 2 1 81 r N n f 電波通過每一薄片層時折射一次。電波通過每一薄片層時折射一次。 各層的電子濃度各層的電子濃度N隨高度增加而增加，電隨高度增加而增加，電 離層的等效相對介電常數(shù)離層的等

12、效相對介電常數(shù) 、折射率、折射率n n亦發(fā)生亦發(fā)生 改變，它們與電波頻率的關(guān)系是：改變，它們與電波頻率的關(guān)系是： r 電波在電離層中的折射和反射 0 1 2 3 0011 sinsinsin mm nnn n電波傳播方式 根據(jù)電波的頻率（波長）的不同，無線電波 主要有以下四種傳播方式：地波傳播、天波傳播、 視距傳播、散射傳播。 5.1.2.2 5.1.2.2 無線電波的傳播形式無線電波的傳播形式 （1）地波傳播 地波傳播方式是指無線電波沿地球表面?zhèn)鞑ァＫ饕糜谥胁ㄒ?上的波段的近距離通信。 （2）天波傳播 發(fā)射天線向空中發(fā)射電波，由高空電離層反射后到達接收點，這 種方式稱為天波傳播。它是短波

13、通信的主要傳播方式。 （3）視距傳播 直接波傳播方式是指電波在發(fā)射天線和接收天線能互相“看見”的 距離內(nèi)的一種傳播方式，故也稱為視距傳播。其傳播的路徑基本是直 線。一般有兩種形式，一種是地對地的視距傳播，一種是地對空的視 距傳播。 （4）散射傳播 這種傳播方式是利用對流層及電離層的不均勻性對電波的散射作 用而實現(xiàn)的超視距傳播。主要用于超短波和微波的遠(yuǎn)距離通信。 (a) 射線 (b) (c) 電離層 (d) 對流層 圖 無線電波的主要傳播方式 （a） 直射傳播; （b） 地波傳播; （c） 天波傳播; （d） 散射傳播 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 地波：地波： 1.

14、55 MHz。 5.1.3.1 短波傳播方式短波傳播方式 短波通信實際使用范圍為短波通信實際使用范圍為1.530MHz。 天波天波 地表面波地表面波 直接波直接波 地面反射波地面反射波 地波地波 電離層電離層 n1 地波傳播形式地波傳播形式 地波傳播形式的頻率范圍大約是頻率范圍大約是1.5MHz30MHz。地 波傳播的特點是：信號比較穩(wěn)定，基本上不受氣象條件的 影響，但隨著頻率的升高，地波的衰減迅速增大，傳播距 離和傳播路徑上媒介的電參數(shù)密切相關(guān)。不宜用做無線電 廣播或遠(yuǎn)距離通信。 地波傳播情況主要取決于地面條件。一方面是地面的 不平坦性；二是地面的地址情況。因為地表面導(dǎo)電特性在 短時間內(nèi)變化

15、小，故電波傳播穩(wěn)定可靠。 短波沿路地傳播是衰減很快，只有距離發(fā)射天線很近 的地方才能收到，因此近距離陸地通信和長距離點與點之 間的通信，如船舶助航用。 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 2 天波傳播形式天波傳播形式 天波靠電離層反射傳播，可以進行遠(yuǎn)距 離傳播，可以超越丘陵地帶，還可以在地波 傳播無效的很短的距離內(nèi)建立無線電通信線 路。所以對于短波通信線路，天波傳播較地 波傳播更有意義。 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 （1） 傳輸模式傳輸模式 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

16、發(fā)生與頻率密切相關(guān)。 此外，天波傳播的形式還受到電波進入電離層 的入射角的影響，對于較遠(yuǎn)距離的通信，應(yīng)選擇較 大的入射角，反之，應(yīng)選較小入射角。但是如果入 射角太小，電波就會穿過電離層而不會折射回地球， 如果入射角太大，電波在到達電離密度大的較高電 離層之前就會被吸收，因此，入射角應(yīng)選擇保證電 波能返回地面而又不被吸收的范圍。 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 （2） 最高可用頻率（最高可用頻率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 最高可用頻率的英文縮寫為MUF，它是指在實 際通信中，能被電離層反射回地面的最高頻率。 對應(yīng)于電離層各分層的

17、電子密度，都存在一個 相應(yīng)的最高頻率fv，也稱為臨界頻率。 在此頻率時，該層對垂直入射的（入射角=00） 電波將起到反射作用；而當(dāng)頻率高于fv時，垂直入射 的電波將穿出該層，因此不能為收發(fā)用戶提供短波 通信鏈路。 （2） 最高可用頻率（最高可用頻率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 如果電波是以00的入射角斜射電離層，頻率 為fv的電波不會穿出該層，而當(dāng)為更高的某一頻率 fob時才穿出該層。 fob被稱為入射角為時的最高 可用頻率，它可表示為： 顯然， fob fv。 secff obv （2） 最高可用頻率（最高可用頻率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短

18、波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 在給定通信距離和反射點高度的情況下，fob 與 fv關(guān) 系式可表示為式2-1：式中fv為電波垂直入射時的最高反 射頻率，也稱臨界頻率；為電波斜射至電離層的入射角； d為通信線路的長度；h為電波反射點處電離層的虛高。 2 sec1 2 d fff obvv h h d 式式2-1 （2） 最高可用頻率（最高可用頻率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 若給定通信線路的通信距離為2000km，在不同 斜射頻率下（即以fob為參數(shù)），按照式2-1計算， 可得到一組fv-h的曲線（實線）；然后在給定的通 信線路上測量，可以得到該線路的頻高

19、圖，即實測 的f-h的曲線（虛線）。 （2） 最高可用頻率（最高可用頻率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 （2） 最高可用頻率（最高可用頻率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 在設(shè)計短波通信線路時，工作頻率應(yīng)采用接近在設(shè)計短波通信線路時，工作頻率應(yīng)采用接近 fMUF頻率。其原因如下：頻率。其原因如下： 低頻電波將受到較大的吸收損耗；同時，對于低頻電波將受到較大的吸收損耗；同時，對于 較低頻率的電波，電離層的各個分層都可能對它較低頻率的電波，電離層的各個分層都可能對它 產(chǎn)生反射，多經(jīng)傳播效應(yīng)嚴(yán)重。產(chǎn)生反射，多經(jīng)傳播效應(yīng)嚴(yán)重。

20、（2） 最高可用頻率（最高可用頻率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 從圖中可以看出，這兩條曲線存在有許多交點，從圖中可以看出，這兩條曲線存在有許多交點，所有的這所有的這 些交點表示在給定的斜射頻率上，可能存在的傳播路徑些交點表示在給定的斜射頻率上，可能存在的傳播路徑。 E （2） 最高可用頻率（最高可用頻率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 例如：例如：fob為為14MHz，對，對F2來講存在兩條傳播路徑，它們來講存在兩條傳播路徑，它們 的反射點分別標(biāo)為的反射點分別標(biāo)為1和和1。 E （2） 最高可用頻率（最高可用頻率（MU

21、F） 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 反射點反射點1的高度為的高度為380km，反射點，反射點1的高度為的高度為680km。 E E （2） 最高可用頻率（最高可用頻率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 通過反射點通過反射點1反射而到達接收端的信號要比反射點反射而到達接收端的信號要比反射點1 反射來的信號強，這是因為兩條路徑所受的衰減不同。反反射來的信號強，這是因為兩條路徑所受的衰減不同。反 射點射點1所通過的路徑，除了由于通過所通過的路徑，除了由于通過D、E、F1層而遭到層而遭到 衰減外，和反射點衰減外，和反射點1的路徑相比，在的路

22、徑相比，在F2層內(nèi)傳播更長的距層內(nèi)傳播更長的距 離，因而多了一定的附加衰減。離，因而多了一定的附加衰減。 （2） 最高可用頻率（最高可用頻率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 若斜射頻率若斜射頻率fob改為改為18MHz，對，對F2來講仍然存在兩條來講仍然存在兩條 傳播路徑，它們的反射點分別標(biāo)為傳播路徑，它們的反射點分別標(biāo)為2和和2。反射高度分別。反射高度分別 為為340km和和460km。 （2） 最高可用頻率（最高可用頻率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 從圖中可以看出，和這個斜射頻率相應(yīng)的從圖中可以看出，和這個斜射頻率

23、相應(yīng)的fv-h曲線，曲線， 和頻高圖中（虛線）和頻高圖中（虛線）E、F1層曲線不存在交點。層曲線不存在交點。 E （2） 最高可用頻率（最高可用頻率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 這表明這表明fob=18MHz時，電波已不可能利用時，電波已不可能利用F1層和層和E層層 反射，而只是穿過它們，然后由反射，而只是穿過它們，然后由F2層反射。層反射。 E （2） 最高可用頻率（最高可用頻率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 同樣的道理，同樣的道理，2點反射在接收端的信號較點反射在接收端的信號較2點反射的點反射的 強，但由于兩者的

24、反射高度相差不太大，所以其場強的差強，但由于兩者的反射高度相差不太大，所以其場強的差 別將小于別將小于fob=14MHz時的情況。時的情況。 E （2） 最高可用頻率（最高可用頻率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 繼續(xù)升高斜射頻率，當(dāng)斜射頻率繼續(xù)升高斜射頻率，當(dāng)斜射頻率fob為為20MHz，只存，只存 在在F2層的一個反射點層的一個反射點3，反射高度，反射高度h=370km。 E （2） 最高可用頻率（最高可用頻率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 也就是說當(dāng)也就是說當(dāng)fob=20MHz時，只有一條傳播路徑。繼續(xù)時，只有一條

25、傳播路徑。繼續(xù) 升高斜射頻率，曲線族和頻高曲線不再存在交點，這說明升高斜射頻率，曲線族和頻高曲線不再存在交點，這說明 電波將穿過電波將穿過F2層，不再返回地面。層，不再返回地面。 E （2） 最高可用頻率（最高可用頻率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 由此可見，反射點由此可見，反射點3時斜射電波能否返回地面的臨界時斜射電波能否返回地面的臨界 點，與該點相對應(yīng)的點，與該點相對應(yīng)的fv就是就是F2層的臨界頻率，與該點相對層的臨界頻率，與該點相對 應(yīng)的應(yīng)的fob就稱為就稱為F2層的最高可用頻率（層的最高可用頻率（MUF）。）。 E （2） 最高可用頻率（最高可用頻

26、率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 總結(jié)以上結(jié)論，可以得到以下重要概念。 （1）MUF是指給定通信距離下的最高可用頻率。 若通信距離改變了，計算所得的曲線族和實測頻高 圖都將發(fā)生變化，從而使臨界點的位置發(fā)生變化， 對應(yīng)的MUF值也就改變了。顯然MUF還和反射層的電 離密度有關(guān)，所以凡影響電離密度的諸因素，都將 影響MUF的數(shù)值。 （2） 最高可用頻率（最高可用頻率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 （2）當(dāng)通信線路選用MUF作為工作頻率時，由 于只有一條傳播路徑，所以在一般情況下，有可能 獲得最佳接收。 （2） 最高可用頻率

27、（最高可用頻率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 （3）MUF是電波能返回地面和穿出電離層的臨界值?？?慮電離層的結(jié)構(gòu)隨時間的變化和保證獲得長期穩(wěn)定的接收， 在確定線路的工作頻率時，不是取預(yù)報的MUF值，而是取低 于MUF的頻率OWF， OWF稱為最佳工作頻率。一般情況下 OWF=0.85MUF。選用OWF之后，能保證通信線路有90%的可通 率。由于工作頻率較MUF下降了15%，接收點的場強較工作在 MUF時損失了10-20dB,可見為此付出的代價也是很大的。 （2） 最高可用頻率（最高可用頻率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特

28、性 由于電離層的電子密度受太陽輻射影響很大， 白天和夜晚的最高可用頻率相差甚大，工作頻率也 需要進行相應(yīng)的調(diào)整。下圖示出了最高可用頻率一 天內(nèi)的變化，作為簡單的取值方法，而為了更好的 適應(yīng)電離層參數(shù)變化引起的傳輸特性隨機起伏，實 時地選用最佳工作頻率是合適的。下圖畫出了MUF和 WOF及建議選用的日頻和夜頻。 （2） 最高可用頻率（最高可用頻率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 04812162024 t/h 3 4 5 6 9 20 f/MHz 最高可用頻率最高可用頻率最高可用頻率最高可用頻率 工作頻率工作頻率 建議選用的工作建議選用的工作 頻率頻率 日頻日

29、頻 9MHz 夜頻夜頻 4.5MHz 為了更形象地看出斜射頻率與傳播路徑的關(guān)系， 根據(jù)前面的頻高圖畫出不同斜射頻率可能傳播路徑 示意圖： （2） 最高可用頻率（最高可用頻率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 從圖中可以看出，在某一給定的通信距離上， 所選用的頻率高于MUF時，就穿出電離層，不再返回 地面（圖中粗線）。 （2） 最高可用頻率（最高可用頻率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 所選用的頻率低于MUF時，則存在兩條傳播路徑。 由于這兩條路徑所需射線的仰角不同，分別稱為高仰角 射線和低仰角射線，1、2對應(yīng)的是高仰角射線，

30、1、2 對應(yīng)的是低仰角射線。 （2） 最高可用頻率（最高可用頻率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 隨著工作頻率逐漸接近MUF，高仰角和低仰角兩 條射線越來越接近，當(dāng)工作頻率選用MUF時，兩條射 線重合，出現(xiàn)了單徑傳播。 （2） 最高可用頻率（最高可用頻率（MUF） 5.1.3 5.1.3 短波信道傳輸特性短波信道傳輸特性 1.1.短波信道的多徑效應(yīng)短波信道的多徑效應(yīng) 多徑效應(yīng)是指發(fā)射信號沿多條路徑到達接多徑效應(yīng)是指發(fā)射信號沿多條路徑到達接 收端相互干涉的現(xiàn)象。收端相互干涉的現(xiàn)象。 a. 天波和地波天波和地波b. 不同仰角不同仰角 5.1.3.2 5.1.3.

31、2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 1.1.短波信道的多徑效應(yīng)短波信道的多徑效應(yīng) 多徑效應(yīng)是指發(fā)射信號沿多條路徑到達接多徑效應(yīng)是指發(fā)射信號沿多條路徑到達接 收端相互干涉的現(xiàn)象。收端相互干涉的現(xiàn)象。 c. 不同層的反射不同層的反射d. 多跳多跳 F層層 E層層 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 1.1.短波信道的多徑效應(yīng)短波信道的多徑效應(yīng) 多徑效應(yīng)是指發(fā)射信號沿多條路徑到達接多徑效應(yīng)是指發(fā)射信號沿多條路徑到達接 收端相互干涉的現(xiàn)象。收端相互干涉的現(xiàn)象。 e. 散射散射 干涉區(qū)干涉區(qū) 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 1

32、.1.短波信道的多徑效應(yīng)短波信道的多徑效應(yīng) 細(xì)多徑效應(yīng)細(xì)多徑效應(yīng) 粗多徑效應(yīng)粗多徑效應(yīng) 指除散射外其它模式形成的多徑傳播現(xiàn)象。指除散射外其它模式形成的多徑傳播現(xiàn)象。 指電離層不夠光滑、不均勻?qū)﹄姴óa(chǎn)生漫指電離層不夠光滑、不均勻?qū)﹄姴óa(chǎn)生漫 反射（散射）而形成的多徑傳播現(xiàn)象。反射（散射）而形成的多徑傳播現(xiàn)象。 一般只引起信號電平變化不引起波形失真。一般只引起信號電平變化不引起波形失真。 除使信號電平變化外，還造成波形失真。除使信號電平變化外，還造成波形失真。 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 短波在電離層傳播過程短波在電離層傳播過程 中，由于多徑傳播等原因，中

33、，由于多徑傳播等原因， 使接收端的信號出現(xiàn)疊加使接收端的信號出現(xiàn)疊加 （干涉），接收信號的強度（干涉），接收信號的強度 出現(xiàn)忽大忽小的隨機起伏，出現(xiàn)忽大忽小的隨機起伏， 稱為衰落。多徑干涉是引起稱為衰落。多徑干涉是引起 衰落的主要原因，此外電離衰落的主要原因，此外電離 層特性的變化等因素也會引層特性的變化等因素也會引 起衰落。起衰落。 2.2.衰落衰落 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 衰落有快衰落和慢衰落之分，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 比較長的衰落（1小時或者更長）稱為慢衰落。根據(jù) 衰落產(chǎn)生的原因，可分為以下3種衰落。干

34、涉衰落、 吸收衰落、極化衰落。 2.2.衰落衰落 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 （1）干涉衰落）干涉衰落 若從線路發(fā)送端發(fā)射恒定幅度的高頻信號，由于多徑若從線路發(fā)送端發(fā)射恒定幅度的高頻信號，由于多徑 傳播，到達接收端的射線不是一條，而是多條。傳播，到達接收端的射線不是一條，而是多條。 這些射線通過不同的路徑，到達接收端的時間不同，這些射線通過不同的路徑，到達接收端的時間不同， 傳播的距離不同，遭受的衰減不同，所以到達接收端后的傳播的距離不同，遭受的衰減不同，所以到達接收端后的 幅度也各不相同。幅度也各不相同。 再者由于電離層的電子密度、高度均是隨機變化的

35、，再者由于電離層的電子密度、高度均是隨機變化的， 電波射線軌跡也隨之變化，這使得同一信號由多徑傳播到電波射線軌跡也隨之變化，這使得同一信號由多徑傳播到 達接收端后信號之間不能保持固定的相位差，使合成的信達接收端后信號之間不能保持固定的相位差，使合成的信 號振幅隨機起伏。這種衰落由到達接收端的若干個信號干號振幅隨機起伏。這種衰落由到達接收端的若干個信號干 涉造成，故稱涉造成，故稱“干涉衰落干涉衰落”。 2.2.衰落衰落 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 （1）干涉衰落）干涉衰落 干涉衰落有下列特征。 具有明顯的頻率選擇 性 即對不同頻率的信號具 有不同的衰落特

36、性，因此也 稱“選擇性衰落。通過試驗 證明，當(dāng)兩個信號頻率差值 大于400Hz時，他們的衰落特 性相關(guān)性就很小了。 （1）干涉衰落）干涉衰落 衰落信號的振幅服從瑞利分布 在非騷動短波傳播期間，也就是不存在電離層暴變的時 期，電場強度的快變化主要來源于干涉衰落，少量時刻也可 能是由于極化衰落。 （1）干涉衰落）干涉衰落 衰落信號的振幅服從瑞利分布 通過長期的觀察，證實了遭受快衰落的電場強度振幅服 從瑞利分布?？梢宰C明，在瑞利分布條件下，到達或超過某 給定電場強度值的時間百分?jǐn)?shù)T可由下式計算。 2 0.693() 100 med E E Te （1）干涉衰落）干涉衰落 2 0.693() 100

37、med E E Te 式中式中 E為給定的電場強度值；為給定的電場強度值； Emed為電場強度中值。為電場強度中值。 根據(jù)上式，可畫出瑞利衰落下接收端電場強度的概率分布根據(jù)上式，可畫出瑞利衰落下接收端電場強度的概率分布 曲線。曲線。 （1）干涉衰落）干涉衰落 干涉衰落是一種快衰落干涉衰落是一種快衰落 根據(jù)大量的測量值表明干涉衰落的速率大約為根據(jù)大量的測量值表明干涉衰落的速率大約為 1020次次/min，衰落深度可達，衰落深度可達40dB（低于中值），偶（低于中值），偶 爾達爾達80dB。衰落持續(xù)時間通常在。衰落持續(xù)時間通常在420ms范圍內(nèi)，是一范圍內(nèi)，是一 種快衰落，與吸收衰落有明顯的差別。

38、持續(xù)時間的長短種快衰落，與吸收衰落有明顯的差別。持續(xù)時間的長短 可用于判別是吸收衰落還是干涉衰落?？捎糜谂袆e是吸收衰落還是干涉衰落。 （2）吸收衰落 產(chǎn)生吸收衰落的原因是D層衰減特性的慢變化， 其時間最長可以持續(xù)1小時或更長，因此吸收衰落屬 于慢衰落。由于吸收衰落是電離層吸收的變化引起 的，所以它有年、月、季節(jié)和晝夜的變化。吸收衰 落有下列特征： 2.2.衰落衰落 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 （2）吸收衰落）吸收衰落 接收點信號幅度的變化比較慢，其周期從幾分 鐘到幾小時（包括日變化）。 對短波整個頻段的影響程度是相同的（不存在 頻率選擇性）。 克服吸收

39、衰落，除了正確地選擇頻率外，在設(shè) 計短波線路時只能靠留功率余量來補償電離層吸收 的增大。 短波在傳播過程中存在多徑效應(yīng)，不僅使接收點的 信號振幅發(fā)生隨機變化，也使信號的相位起伏不定。即 使只存在一條射線，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， 使得傳播路徑的長度不斷變化，信號的相位也會發(fā)生變 化，使信號的頻率結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，頻譜產(chǎn)生畸變。這種 頻率發(fā)生變化，畸變的現(xiàn)象稱為多普勒頻移。 3.3.多普勒頻移多普勒頻移 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 多普勒頻移在日出和日落期間呈現(xiàn)出更大的數(shù)值， 此時很容易影響采用小頻移

40、的窄帶電報的傳輸。此外， 在發(fā)生磁暴時，將產(chǎn)生更大的多普勒頻移。在電離層平 靜的夜間，一般不存在多普勒效應(yīng)，而在其他時間，多 普勒頻移大約在12Hz的范圍內(nèi)。當(dāng)發(fā)生磁暴時，頻移 最高可達6Hz。以上給出的26Hz的多普勒頻移是對于 單跳模式傳播而言的。若電波按多跳模式傳播，則總頻 移值按下式計算： fn f tot 3.3.多普勒頻移多普勒頻移 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 fn f tot 式中，式中，n為跳數(shù)；為跳數(shù)；f為單跳多普勒頻移；為單跳多普勒頻移；ftot 為總頻移值。為總頻移值。 3.3.多普勒頻移多普勒頻移 5.1.3.2 5.1.3.2

41、 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 4. 4. 相位起伏和頻譜擴展相位起伏和頻譜擴展 相位起伏指在時域上接收信號相位的起伏變 化。 短波信道的時變性使信號在時域表現(xiàn)為信號 幅值和相位的起伏（衰落），在頻域表現(xiàn)為信號 的多普勒頻移和頻率擴展。 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 信道相干時間信道相干時間TK 可在不同的時間間隔可在不同的時間間隔t上上發(fā)射兩個相同頻率的發(fā)射兩個相同頻率的 正弦波正弦波(窄帶窄帶)信號并計算相應(yīng)接收信號的相關(guān)函數(shù)信號并計算相應(yīng)接收信號的相關(guān)函數(shù) R(t)，其非零值持續(xù)時間，其非零值持續(xù)時間TK即為信道的相干時間即為信道的相干時間

42、。 短波信道短波信道Tk為為110s！ 在信道相干時間內(nèi)在信道相干時間內(nèi) ，信道對于信號的響應(yīng)，信道對于信號的響應(yīng) 是非常相似的。是非常相似的。 R(t) t 0 K T 4. 4. 相位起伏和頻譜擴展相位起伏和頻譜擴展 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 多普勒擴展多普勒擴展fd 傳送單一正弦波并計算其接收信號的頻譜或傳送單一正弦波并計算其接收信號的頻譜或 功率譜，可得到信道的多普勒頻移和多普勒擴展功率譜，可得到信道的多普勒頻移和多普勒擴展fd 。多普勒擴展是。多普勒擴展是S(v)的主瓣寬度。的主瓣寬度。 1 d K f T 在收發(fā)信機無位移情況下在收發(fā)信機

43、無位移情況下, 一般短波信道的一般短波信道的 多普勒頻移在多普勒頻移在0.11Hz左右左右; 多普勒擴展在多普勒擴展在0.1 2Hz左右左右, 急劇衰落時可達到急劇衰落時可達到10100Hz。 S(v)為為R(t)的傅氏變換。的傅氏變換。 4. 4. 相位起伏和頻譜擴展相位起伏和頻譜擴展 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 短波傳播的頻率擴展 x(t)X(f) y(t) Y(f) t f 在一定條件下，電波會在地面和電離層之間 連續(xù)反射，有可能環(huán)繞地球后再度到達接收點。 5. 5. 環(huán)球回波環(huán)球回波 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的

44、基本特性 由天波的反射原理可知，入射角越小，反射線達到由天波的反射原理可知，入射角越小，反射線達到 的地點距發(fā)射點越近。當(dāng)入射角小到一定值時，電波就的地點距發(fā)射點越近。當(dāng)入射角小到一定值時，電波就 有可能穿透電離層而無反射。天線發(fā)射的同一頻率的電有可能穿透電離層而無反射。天線發(fā)射的同一頻率的電 波一般不是一條射線，而是一簇波束，在此波束中由于波一般不是一條射線，而是一簇波束，在此波束中由于 入射角度不同，有的反射的遠(yuǎn)，有的反射的近，有的穿入射角度不同，有的反射的遠(yuǎn)，有的反射的近，有的穿 透電離層而無反射。很顯然，電波的最近反射點至發(fā)射透電離層而無反射。很顯然，電波的最近反射點至發(fā)射 點之間是沒

45、有反射電波的，這種現(xiàn)象稱為天波的點之間是沒有反射電波的，這種現(xiàn)象稱為天波的越距越距。 6. 6. 短波傳播中的寂靜區(qū)短波傳播中的寂靜區(qū) 5.1.3.2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 在進行短波通信時，天線發(fā)射的電波，除有天波傳 播外，還有地波傳播。一般來說，地波最遠(yuǎn)可達30公里， 而天波從電離層第一次反射落地（第一跳）的最短距離 約為100公里?？梢?0100公里之間的這一區(qū)域，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 載臺均存在通信盲區(qū)問題。 6. 6. 短波傳播中的寂靜區(qū)短波傳播中的寂靜區(qū) 5.1.3.

46、2 5.1.3.2 短波信道的基本特性短波信道的基本特性 靜區(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)的方法有：一是增大電臺的發(fā)射功率以延長地 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。三 是采用高仰角天線，也稱高射天線或噴泉天線，以縮短 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，電波第一跳落地的距離越短， 盲區(qū)越少，當(dāng)仰角接近90度時，盲區(qū)基本上就不存在了。 6. 6. 短波傳播中的寂靜區(qū)短波傳播中的寂靜區(qū) 5.1.3.2 5.1.3.2 短波

47、信道的基本特性短波信道的基本特性 1無線電干擾無線電干擾 無線電干擾分為外部干擾和內(nèi)部干擾。外部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收的各種噪聲，如大干擾是指接收天線從外部接收的各種噪聲，如大 氣噪聲、人為干擾、宇宙噪聲等。內(nèi)部干擾是指氣噪聲、人為干擾、宇宙噪聲等。內(nèi)部干擾是指 接收設(shè)備本身產(chǎn)生的噪聲。在通信中對信號傳輸接收設(shè)備本身產(chǎn)生的噪聲。在通信中對信號傳輸 產(chǎn)生影響的主要是外部干擾。產(chǎn)生影響的主要是外部干擾。 5.1.3.3 5.1.3.3 短波信道中的無線電干擾短波信道中的無線電干擾 （1）大氣噪聲）大氣噪聲 在短波波段，大氣噪聲主要是天電干擾，具在短波波段

48、，大氣噪聲主要是天電干擾，具 有以下特征。有以下特征。 1）天電干擾由大氣放電產(chǎn)生。這種放電所）天電干擾由大氣放電產(chǎn)生。這種放電所 產(chǎn)生的高頻振蕩的頻譜很寬，對長波波段的干擾產(chǎn)生的高頻振蕩的頻譜很寬，對長波波段的干擾 最強，中、短波次之；對超短波、微波的影響極最強，中、短波次之；對超短波、微波的影響極 小，甚至可以忽略。小，甚至可以忽略。 5.1.3.3 5.1.3.3 短波信道中的無線電干擾短波信道中的無線電干擾 2）每一地區(qū)受天電干擾的程度視該地區(qū)是）每一地區(qū)受天電干擾的程度視該地區(qū)是 否接近雷電中心而異。在熱帶和靠近熱帶的區(qū)域，否接近雷電中心而異。在熱帶和靠近熱帶的區(qū)域， 因雷電較多，天

49、電干擾更嚴(yán)重。因雷電較多，天電干擾更嚴(yán)重。 3）天電干擾與接收地點產(chǎn)生的電場強度和）天電干擾與接收地點產(chǎn)生的電場強度和 電波的傳播條件有關(guān)。在短波波段中，出現(xiàn)干擾電波的傳播條件有關(guān)。在短波波段中，出現(xiàn)干擾 電平隨頻率的增高而加大的情況。這是由于天電電平隨頻率的增高而加大的情況。這是由于天電 干擾的場強不完全取決于干擾源產(chǎn)生的頻譜密度，干擾的場強不完全取決于干擾源產(chǎn)生的頻譜密度， 而且和干擾的傳播條件有關(guān)。而且和干擾的傳播條件有關(guān)。 5.1.3.3 5.1.3.3 短波信道中的無線電干擾短波信道中的無線電干擾 （1）大氣噪聲）大氣噪聲 4）天電干擾雖然在整個電磁頻譜上變化相）天電干擾雖然在整個電

50、磁頻譜上變化相 當(dāng)大，但是在接收不太寬的通頻帶內(nèi)，實際上具當(dāng)大，但是在接收不太寬的通頻帶內(nèi)，實際上具 有和白噪聲一樣的頻譜。有和白噪聲一樣的頻譜。 5）天電干擾具有方向性。對于緯度較高的）天電干擾具有方向性。對于緯度較高的 區(qū)域，天電干擾由遠(yuǎn)方傳播而來，而且?guī)в蟹较騾^(qū)域，天電干擾由遠(yuǎn)方傳播而來，而且?guī)в蟹较?性。性。 （1）大氣噪聲）大氣噪聲 6）天電干擾具有日變化和季節(jié)變化。一般）天電干擾具有日變化和季節(jié)變化。一般 來說，天電干擾的強度冬季低于夏季，這是因為來說，天電干擾的強度冬季低于夏季，這是因為 夏天有更頻繁的大氣放電。在一天內(nèi)，夜間的干夏天有更頻繁的大氣放電。在一天內(nèi)，夜間的干 擾強于

51、白天，由于天電干擾的能量主要集中在短擾強于白天，由于天電干擾的能量主要集中在短 波的低頻段，這正是夜間短波通信適合選用的頻波的低頻段，這正是夜間短波通信適合選用的頻 段。段。 （2）人為噪聲）人為噪聲 人為噪聲也稱工業(yè)干擾，是由各種電氣設(shè)備人為噪聲也稱工業(yè)干擾，是由各種電氣設(shè)備 和電力網(wǎng)產(chǎn)生的。特別地，這種干擾的幅度除了和電力網(wǎng)產(chǎn)生的。特別地，這種干擾的幅度除了 和本地噪聲源有密切關(guān)系外，也取決于供電系統(tǒng)，和本地噪聲源有密切關(guān)系外，也取決于供電系統(tǒng)， 這是因為大部分人為噪聲的能量是通過商業(yè)電力這是因為大部分人為噪聲的能量是通過商業(yè)電力 網(wǎng)傳送來的。網(wǎng)傳送來的。 5.1.3.3 5.1.3.3

52、短波信道中的無線電干擾短波信道中的無線電干擾 （3）電臺干擾）電臺干擾 電臺干擾是指和工作頻率相近的其他無線電電臺干擾是指和工作頻率相近的其他無線電 臺的干擾，包括有意識的干擾。由于短波和超短臺的干擾，包括有意識的干擾。由于短波和超短 波頻帶較窄，而且用戶越來越多，因此電臺干擾波頻帶較窄，而且用戶越來越多，因此電臺干擾 成為影響短波、超短波通信順暢的主要干擾源。成為影響短波、超短波通信順暢的主要干擾源。 特別是在軍事通信中電臺干擾更嚴(yán)重，因此抗電特別是在軍事通信中電臺干擾更嚴(yán)重，因此抗電 臺干擾成為設(shè)計短波、超短波通信系統(tǒng)需要考慮臺干擾成為設(shè)計短波、超短波通信系統(tǒng)需要考慮 的首要問題。的首要問題。 5.1.3.3 5.1.3.3 短波信道中的無線電干擾短波信道中的無線電干擾 2抗干擾措施抗干擾措施 對于上述各種外部干擾，在進行短波通信系統(tǒng)設(shè)計對于上述各種外部干擾，在進