短波通信的頻率預(yù)測方法

莊乾波

【摘要】 本文主要根據(jù)短波通信的特點(diǎn)以實(shí)例分析的形式介紹了短波頻率的預(yù)測方法，提出了如何恰當(dāng)?shù)胤峙涠滩ň€路工作頻率的原則，為實(shí)際工程中解決短波波段用戶擁擠、干擾嚴(yán)重等問題提供了較好的借鑒。

【關(guān)鍵詞】 短波通信 電離層 頻率預(yù)測方法

一、前言

短波通信是指利用波長為100～10m（頻率為3～30MHz）的電磁波通過電離層的反射所進(jìn)行的無線電通信。因此在短波天波通信中，工作頻率是不能任意選擇的，否則就不能建立可靠的通信。它不僅是為了保證現(xiàn)有通信線路的質(zhì)量和可通率，而且也是新設(shè)計(jì)一條通信線路時(shí)決不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)也為區(qū)域內(nèi)的頻率管理創(chuàng)造了先決條件。

二、電離層特性

短波傳輸?shù)慕橘|(zhì)—電離層由圍繞地球，處于不同高度的四個(gè)導(dǎo)電層組成，分別為D、E、 F層。其中D層是最低層，也稱為吸收層，F(xiàn)層是短波的主要反射層。F層又有F1層和F2層之分。F1層位于地球上空170Km～220Km 高度處，僅在夏季的白天存在，F(xiàn)2層位于地球上空225Km～450Km高度處，白天和夜間都存在。在夜間F2層的電子密度較白天減低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。若要保持晝夜短波通信的暢通，工作頻率必須晝夜更換，而且在一般情況下，夜間的工作頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于白天的工作頻率。

三、幾個(gè)參數(shù)的定義

3.1 最高可用頻率（MUF）

在實(shí)際通信中，能被電離層反射回地面的電波的最高頻率，稱為該線路的最高可用頻率，記為MUF。需要指出的是，MUF是指在給定的通信距離之下最高的可用頻率，若通信距離變了，對(duì)應(yīng)的MUF值也將發(fā)生變化。MUF和電離層的電子密度有關(guān)，因此所有影響電離密度的因素都將影響到MUF的數(shù)值。

3.2 大圓距離

所謂大圓距離，是指包含通信兩點(diǎn)及地球中心的平面與地球表面的交線。它是通信兩點(diǎn)之間的最短距離。通常認(rèn)為電離層與地球表面是同心圓，因此在計(jì)算通信兩點(diǎn)間的距離時(shí)，必須以大圓距離的長度來計(jì)算。

四、短波頻率預(yù)測方法

4.1 F2層最高可用頻率的預(yù)測

F2層MUF預(yù)測的依據(jù)是全國無線電管理委員會(huì)所提供的頻率預(yù)測資料。預(yù)測資料含有 （太陽黑子數(shù)的滑動(dòng)平均值）為10、100和150三種情況下的288張MUF預(yù)測曲線。要確定某月晝夜24小時(shí)的MUF需要已知以下參數(shù)：（1）該年該月太陽黑子數(shù)的預(yù)測值 （由全國無線電管理委員會(huì)提供）；（2）通信線路的大圓距離；（3）反射點(diǎn)的地理位置；（4）反射點(diǎn)的地方時(shí)間（地方時(shí)）和北京時(shí)間（北京時(shí)）的時(shí)差。

以上四個(gè)參數(shù)知道后，就可以根據(jù)月份和該月份的 預(yù)測值和反射點(diǎn)的地理位置，例如在6月， 預(yù)測值為136，反射點(diǎn)的地理位置為（117°E，33°N），則可選7月，= 100和= 150，緯度為30°N≤λ<35°N的2張曲線。根據(jù)已求得的地方時(shí)和大圓距離，可從中查得對(duì)應(yīng)于=100和=150的兩個(gè)該時(shí)間的MUF，分別用（MUF）100和（MUF）150表示。再根據(jù)將 已知值的MUF換算為 預(yù)測值的MUF的算圖，即可求得與預(yù)測值 值（136）相對(duì)應(yīng)的（MUF） 136，此即為在一條具體線路上，6月某時(shí)的MUF預(yù)測值。按照上述方法分別求得晝夜24小時(shí)的MUF。

4.2 E層最高可用頻率的預(yù)測

E層的高度除臨近日出日落的短暫時(shí)間內(nèi)略高外，其層底高度常位于地面以上約110km處，最大電子密度的高度約130km。其臨界頻率 在夜間小于0.5MHz，而在白天于成比例（為太陽天頂角）。隨太陽周期變化。由于夜間E層電子密度稀薄，因此在E層最高可用頻率的預(yù)測中，只計(jì)算白天的MUFE，夜間不予考慮。對(duì)于E層MUF的預(yù)測，通常采用逼近實(shí)際值的半經(jīng)驗(yàn)公式式中≤150；= 3.4；= 0.49；= 0.00167。由于E層高度比較穩(wěn)定，因此E層一跳的最遠(yuǎn)距離為2000km，此時(shí)MUF（2000）E = 4.78 根據(jù)上面兩式即可求出= 2000km時(shí)的E層最高可用頻率。通常為避免繁雜的計(jì)算，可根據(jù)以上兩個(gè)公式繪成曲線每條～MUF（2000）E曲線以太陽天頂角 為參變量。在利用曲線求MUF（2000）E時(shí)，首先要求得該月份反射點(diǎn)各地方時(shí)的太陽天頂角。根據(jù)太陽天頂角查圖，就可以求得相應(yīng)的MUF（2000）E。然后再利用求任意距離的E層最高可用頻率的算圖，求得 <2000km內(nèi)，任何大圓距離 的MUF。按照以上方法分別求出北京時(shí)5：00～20：00各個(gè)鐘點(diǎn)的MUF，并繪制成曲線，。若考慮到白天利用E層反射，還可以在9：00～15：03之間選用15.3MHz。

五、結(jié)束語

頻率預(yù)測是進(jìn)行頻率管理的基礎(chǔ)，它為以后的頻率選擇和信道預(yù)置提供依據(jù)。由于長期頻率預(yù)測是根據(jù)太陽黑子數(shù)及季月時(shí)間來預(yù)測電路的最高可用頻率，所以工作頻率難以跟蹤電離層的變化，因而影響短波通信效果。未來的發(fā)展方向?qū)⑹菍?shí)時(shí)頻率預(yù)測，該技術(shù)對(duì)于保障高質(zhì)量的短波干線通信將起很大作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]沈琪琪，朱德生.短波通信.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1997.5

[2]短波場強(qiáng)計(jì)算（國內(nèi)地區(qū)）.全國無線電管理委員會(huì)辦公室，1981.11