HF天線信號傳播與損耗分析

李家興 曾琪思 張興銳

摘 要： 本文主要研究了3MHZ-30MHZ頻段內(nèi)的100W高頻信號經(jīng)過電離層反射到平靜海面、動態(tài)海面、崎嶇山區(qū)等不同介質(zhì)平面上電波傳播特性，計(jì)算出了電波在不同介質(zhì)平面下所能進(jìn)行的最大跳數(shù)，然后對不同介質(zhì)平面下電波傳播特性進(jìn)行了比較。最后通過動蕩補(bǔ)償模型消除了航船動蕩對航船天線所產(chǎn)生的影響，提高了航船接收通信的可靠性，確定出了航船能夠進(jìn)行有效通信的時(shí)間。

關(guān)鍵詞： 高頻電波；多跳；動蕩補(bǔ)償；不同介質(zhì)平面；有效通信

1.引言

短波在不同地形上的傳播是非常復(fù)雜的，信號通過電離層又反射到不同的介質(zhì)平面，然后又通過介質(zhì)平面反射到電離層，在不斷的反射過程當(dāng)中信號會相應(yīng)的衰減，信號在不斷的跳躍過程當(dāng)中進(jìn)行傳播從而實(shí)現(xiàn)信號的覆蓋。

多跳信號在不斷的傳播過程會有很大的損失，有效計(jì)算信號所能夠覆蓋的范圍是非常重要的，這是因?yàn)樵谛盘柛采w的范圍內(nèi)能夠給目標(biāo)實(shí)現(xiàn)定位。比如在海上航向的航船就需要進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，否則一點(diǎn)發(fā)生失聯(lián)可能會造成意想不到的后果。

海上航行的艦船在海面上不斷動蕩，對信號的接收質(zhì)量有一定的影響，為了能夠持續(xù)平穩(wěn)的接收信號需要在船體的信號接收太上設(shè)計(jì)信號補(bǔ)償設(shè)備。

2.不同介質(zhì)平面的傳播模型

2.1 平靜海面

這種損耗是在多跳傳輸時(shí)海面反射產(chǎn)生的，由于電波經(jīng)電離層反射后極化面旋轉(zhuǎn)且隨機(jī)變化，入射海面時(shí)的電波是雜亂極化的，因此，嚴(yán)格計(jì)算Lg值是有困難的，本文的處理辦法是對圓極化波進(jìn)行計(jì)算。假設(shè)入射電波是圓極化波，即水平極化分量和垂直極化分量相等，則平靜海面反射損耗為：

2.2 粗糙海面

對于粗糙海面的反射問題，考慮在光滑海平面的基礎(chǔ)上進(jìn)行修正，根據(jù)國際無線電顧問委員會[2]得到具體的修正因子ρ計(jì)算公式如下：

2.3 山區(qū)

本文將山的左斜面進(jìn)行角度糾正后可視為平地反射損耗，即當(dāng)電波射入山地某一點(diǎn)時(shí)，發(fā)生的損耗Lmou與光滑地面發(fā)生的損耗一致，為了使損耗值更加精確，我們引入有效系數(shù)：

3.船體晃動補(bǔ)償角

本文考慮船載天線平臺沒有工作的情況，船體擾動角速度為wd，船體擾動耦合到穩(wěn)定平臺方位框架坐標(biāo)系OXaYaZa上的角速度分別為wxd，wyd，wzd，此時(shí)船體坐標(biāo)系OXdYdZd和穩(wěn)定平臺方位框架系統(tǒng)OXaYaZa的關(guān)系如圖1所示。

4.結(jié)論

天線信號經(jīng)過不同的反射介質(zhì)都會發(fā)生衰減，并且衰減的強(qiáng)度與反射面的粗糙程度以及坡度有很大的關(guān)系。反射面介質(zhì)越粗糙，信號就越容易發(fā)生漫反射現(xiàn)象，這個(gè)過程當(dāng)中就將損失相當(dāng)多的一部分能量。通過對比，發(fā)現(xiàn)在海面上的信號衰減小于山區(qū)所產(chǎn)生的衰減。除此之外，在傳播過程當(dāng)中經(jīng)歷越多的障礙物信號就會發(fā)生很嚴(yán)重的衰減，比如在崎嶇山區(qū)就將導(dǎo)致比較大的信號衰減，為了使信號的覆蓋相對較大，山區(qū)部分可以采用繞射方式進(jìn)行信號傳播。船體的平動和搖擺對船載天線平臺的影響，可由天線穩(wěn)定平臺的俯仰和方位的角速度補(bǔ)償量和來補(bǔ)償，進(jìn)而提高航船接收通信的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]宋錚，張建華.天線與電波傳播.西安電子科技大學(xué)出版社，2016：243-261.

[2]Ying Wang， Jian Gu. Research and Simulation Analysis on Sea Surface Wave Reflectance. Electronic Design Engineering， 2016（3）.

[3]Qing Hu， Hong Tang， Yukun Yao， Zengshan Tian. Theory of Telecommunication Transmission. Publishing House of Electronics Industry， 2013：169-171.

[4]Jian Luo. Research on Stablization and Tracking Tecnologies for Antenna Platform Mounted on Ship.2015（6）.

[5] Xiaoping Tian， Jihua Lu. Shortwave propagation over oceans and HF propagation Prediction model. Beijing Institute of Techology.