淺談短波業(yè)余電臺(tái)通信覆蓋范圍預(yù)測(cè)方法

陳楚浩，于 淦

（1.北京市第五中學(xué)，北京 100007；2.國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心，北京 100037）

1 引言

短波業(yè)余業(yè)務(wù)是供業(yè)余無(wú)線電愛好者在短波頻段進(jìn)行自我訓(xùn)練、相互通信和技術(shù)研究的無(wú)線電通信業(yè)務(wù)。短波通信發(fā)射電波經(jīng)電離層的反射到達(dá)接收設(shè)備，通信距離較遠(yuǎn)，是業(yè)余無(wú)線電愛好者進(jìn)行遠(yuǎn)程通信的重要手段之一。要取得較好通信效果，不僅需要良好的接收發(fā)信號(hào)的電磁環(huán)境，還需要選取最佳時(shí)間、最佳頻率等參數(shù)。因此，正確掌握預(yù)測(cè)短波頻段業(yè)余電臺(tái)通信覆蓋范圍的方法，可以使通信具有科學(xué)性、高效性。

短波業(yè)余電臺(tái)通信覆蓋范圍與短波傳播方式密切相關(guān)。短波的傳播方式包括地波傳播和天波傳播。地波傳播基本與晝夜和季節(jié)變化無(wú)關(guān)，很大程度上取決于傳播路徑上地表類型的特性，如在海面上傳播距離可遠(yuǎn)達(dá)近千千米，而在干燥的沙地上可能只有幾十千米，傳播信號(hào)強(qiáng)度衰減容易預(yù)測(cè)。天波是短波的主要傳播途徑，短波信號(hào)由天線發(fā)出后，經(jīng)電離層反射回地面，又由地面反射回電離層，可以反射多次，因而傳播距離可達(dá)幾百甚至上萬(wàn)千米。雖然電離層分布不均勻、不同緯度的分布不盡相同、電離層依照太陽(yáng)活動(dòng)周期的變化而變化，但電離層的分布及變化有一定規(guī)律，可以根據(jù)長(zhǎng)期觀測(cè)電離層的數(shù)據(jù)及太陽(yáng)活動(dòng)周期，研究短波天波傳播模型，開發(fā)出相應(yīng)的仿真軟件，利用軟件對(duì)短波信號(hào)在特定時(shí)間的天波傳播路徑進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而評(píng)估短波頻段業(yè)余電臺(tái)通信覆蓋范圍，使通信有的放矢。

2 仿真軟件簡(jiǎn)介

世界各國(guó)一向重視短波信號(hào)天波傳播模型研究，開發(fā)了許多不同的短波信號(hào)傳播預(yù)測(cè)軟件，其中廣泛使用的包括：NTIA/ITS，WPLOTF32，F(xiàn)IELDPLOT，ASAPS，ITUHFBC 等。

NTIA/ITS系列軟件（以下簡(jiǎn)稱ITS軟件）是一款免費(fèi)的短波頻段通信預(yù)測(cè)軟件，適合業(yè)余無(wú)線電愛好者使用。該軟件是美國(guó)電信科學(xué)研究所開發(fā)，包括IECPAC、VOACAP及REC533等軟件，可以進(jìn)行基于頻率或臺(tái)站（包括發(fā)射臺(tái)站和接收臺(tái)站）的相關(guān)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果較為豐富，可靠性也已經(jīng)得到了實(shí)際計(jì)算、運(yùn)用的證明[4]。

3 短波頻段業(yè)余電臺(tái)通信覆蓋范圍預(yù)測(cè)方法

3.1 掌握短波業(yè)余電臺(tái)基本知識(shí)

短波業(yè)余電臺(tái)由收發(fā)信機(jī)、天饋系統(tǒng)、配套電源等組成，調(diào)制方式有AM、FM、SSB、CW等，收發(fā)射天線有全向、定向等多種類型，發(fā)射功率通常為幾十瓦至幾百瓦。我國(guó)分配給短波業(yè)余業(yè)務(wù)為主要業(yè)務(wù)的頻段為1.8-2MHz，3.5-3.9MHz，7-7.2MHz，14-14.35MHz，18.068-18.168MHz，21-21.45MHz，24.89-24.99MHz，28-29.7MHz。

3.2 熟悉仿真軟件及其參數(shù)設(shè)置

ITS軟件是基于頻率、設(shè)備數(shù)據(jù)、短波臺(tái)站等必要數(shù)據(jù)計(jì)算和分析的，可進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)區(qū)域等復(fù)雜的短波傳播計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果可顯示到地理圖上，以可視化的方式來(lái)表征。利用點(diǎn)對(duì)區(qū)域的短波傳播計(jì)算，即可對(duì)短波頻段業(yè)余電臺(tái)通信覆蓋范圍進(jìn)行預(yù)測(cè)。

軟件參數(shù)設(shè)置至關(guān)重要，正確設(shè)置發(fā)射地點(diǎn)的經(jīng)緯度、發(fā)射機(jī)功率、天線參數(shù)、預(yù)測(cè)年月及對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)黑子數(shù)、擬用頻率、信噪比、可靠性等數(shù)據(jù)，進(jìn)而得到可靠的預(yù)測(cè)結(jié)果。值得一提的是，ITS軟件輸入的太陽(yáng)黑子數(shù)并非指某一天的太陽(yáng)黑子數(shù)，而是指通過(guò)擬合得到的相對(duì)穩(wěn)定的太陽(yáng)黑子數(shù)。因此得到的預(yù)測(cè)結(jié)果是針對(duì)某個(gè)月的短波鏈路通信效果，而非單指某一天的聯(lián)通效果。圖1為ITS軟件的覆蓋范圍預(yù)測(cè)功能的參數(shù)設(shè)置界面。

圖1 ITS軟件參數(shù)設(shè)置界面

3.3 短波業(yè)余電臺(tái)通信覆蓋范圍預(yù)測(cè)范例

選取軟件VOAAREA INVERSE，設(shè)置發(fā)射地點(diǎn)經(jīng)緯度、發(fā)射頻率、發(fā)射功率、信噪比、時(shí)間、太陽(yáng)黑子數(shù)、收發(fā)射天線等相關(guān)參數(shù)，對(duì)短波業(yè)余電臺(tái)進(jìn)行鏈路可靠性預(yù)測(cè)仿真計(jì)算，仿真結(jié)果為該電臺(tái)通信覆蓋范圍的預(yù)測(cè)，即某設(shè)定時(shí)間段內(nèi)，信噪比超過(guò)設(shè)定數(shù)值的概率。例如：設(shè)定時(shí)間為0100UTC、頻率為11.9MHz、信噪比為67dB的鏈路可靠性為80%，表示當(dāng)月（30天）在0100UTC，11.9MHz的鏈路信嗓比大于67dB可通信的天數(shù)為總天數(shù)的80%（24天）。短波業(yè)余電臺(tái)參數(shù)設(shè)置范例如表1所示。

參數(shù)設(shè)置后運(yùn)行軟件，其計(jì)算結(jié)果顯在地理圖上，從而得到該短波業(yè)余電臺(tái)通信覆蓋范圍預(yù)測(cè)圖。由圖可知，在陜西發(fā)射頻率為7MHz、功率為100W的短波業(yè)余電臺(tái)在10°E至150°E，0°N至80°N范圍（亞洲和歐洲部分地區(qū)）可保證50%以上的鏈路可靠性，即2018年12月（共31天）的2400UTC，信噪比大于45dB可通信的天數(shù)為總天數(shù)的50%（約15天）；對(duì)亞洲部分地區(qū)，即中國(guó)大部分地區(qū)、蒙古、緬甸、越南等可以保證90%以上的鏈路可靠性，即2018年12月（共31天）的2400UTC，鏈路信嗓比大于45dB可通信的天數(shù)為總天數(shù)的90%（約27天）。圖2為短波業(yè)余電臺(tái)通信覆蓋范圍范例圖。

表1 短波業(yè)余電臺(tái)參數(shù)設(shè)置范例

圖2 短波業(yè)余電臺(tái)通信覆蓋范圍范例圖

4 結(jié)束語(yǔ)

短波通信是業(yè)余無(wú)線電愛好者進(jìn)行遠(yuǎn)程通信的重要手段之一，短波傳播主要利用電離層實(shí)現(xiàn)信息傳輸，由于電離層參數(shù)是時(shí)變的，所以計(jì)算是相當(dāng)復(fù)雜的。業(yè)余無(wú)線電愛好者在通信前利用短波傳播仿真軟件對(duì)通信覆蓋范圍預(yù)測(cè)，得到較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)結(jié)果，在通信前做到心中有數(shù)，不失為一種好方法。