短波天波传播损耗预测与场强预测分析

功 率 Ｐｒ之 比 ，即
ｐ
詈（自由空间，且Ｇ ＝Ｇ １）
ｌ
并根据上式 Ｐｒ的计算 公式 ，得到 自由空间传 播损 耗
； （ ｚ
＾
因此 自由 空 间传 输 损 耗 的分 贝 （ｄＢ）表 示 （ａＢ）＝３２．４５＋２０ｌｇ厂＋２０１ｇ
式 中，频率以ＭＨｚ为单位，有效传播距离 以ｋｍ为单位 。 从 自由空间传 输损耗 Ｌｂｆ计算 公式可 以得出，当 电波频率 提 高一倍 或传播 距离 增加一 倍时 ， 自由空 间传输损 耗增加
式中，Ｌ 为电离层吸收损耗 ； 为在 １００Ｋｍ高处的入射 角；
ｆ为工作频率 （ＭＨｚ）；ｆＨ为在 １００Ｋｍ高处 的磁旋频率 （ＭＨｚ）；
Ｉ为吸收指数；ｎ为路径的跳数 ，公式中所涉及 的各参数可通过 电离层预报和作图等方式得 到。
吸收指数 Ｉ为
信 息通 信
袁 晓波 ：短 波天 波 传 播 损 耗 预 测 与场 强预 测 分 析
与此 同时，电波 自身失去 能量 。它是在天波传输损耗中 占第
二位的因素。短波传 输时，吸收损耗主要发生在 Ｄ层，因 Ｄ层
内中性分子较多，碰撞损耗较大，夜 间 Ｄ层 电子浓度降低，吸 收损耗随之减小，这种 损耗 主要是指非偏移吸收 。而在 Ｅ层
或 Ｆ 层 的发射 吸 收主要 是 指偏 移 吸收 ， 由于 该吸 收很 小
６ｄＢ 。
下 图 为 １４．５ＭＨｚ短 波 信号 ，传输 距 离 从 ６００ｋｍ ￣ ３０００ｋｍ 的 自由 空 间基 本 传 输 损 耗 。
１。２ 电离层 吸收 损耗 Ｌ
电离层吸收损 耗是指电波通过 电离层 时，电离层中的 电 子 、离 子 与 中性 分 子 ，因 受 电波 场 的作 用 ，相 碰 撞 而 产 生热 量 ，
损耗 等 若各项损耗均用分别（ｄＲ）表示，则天波传播的基
本 传 输 损 耗
Ｌ ＝Ｌｈ广卜Ｌ ＋Ｌ ＋ Ｙ （ｄＢ）
它们是工作频率 、传输模式、通信距离和时间的 函数 。
１．１ 自由空 间传输 损耗 Ｌｂｆ 自由空间传输损耗是指 电波能量随传播距离增加而 自然
扩散 的一种现象 ，传播距离越远 ，这种损耗越大 ，是天波传输 损耗 的主要分量 。这里提 出的 自由空 间，是一种理想情况 ，是 指无 限大 的真空环境，即媒介具有均匀、各 向同性、电导率ｔＴ＝Ｏ 、 相对介 电常数Ｅｒ＝１及相对磁导率 ＝１的特点 。下面就 自由空 间传输损耗 Ｌｂｆ进行预测 。
１＝ｆ１＋０．０３７Ｒ）（ｃｏｓ０．８８１ｚ） 式 中，Ｒ为太 阳黑子数，ｘ为两个 １００Ｋｍ高处吸收处 的太 阳天 顶 角 。 １．３ 地面 发射 损耗 ｋ 地面发射损耗是指 由电离层 反射 回到地面 的电波，再由 地面 向上 反射 时发生的 ，这种损耗只发生在两跳 以上的传播 模 式 中 。它 与 电波 的极 化 、频 率 、射 线 仰 角 以及 地 质 情 况 等 因 素有关 。由于 电波经 电离层发射后极化面旋 转且随机变化 ， 入射 地面 时 的 电波 是 杂 乱 极化 的 ，因 此 ，严 格计 算 值 是 有 困 难 的 。 工 程上 处理 的办 法 是 对 圆 极 化 波进 行 计 算 。 假设辐射 的电波是 随机极化 ，则无线 电能量等量分布于 水平极化场和 垂直 极化场 。这个损耗为
设有 一天 线置于 自由空间，在其最大辐射 方向上、距离为 ｄ的接 收点处产生 的场强ｌｅｏＩ（Ｖ／ｍ）为
Ｉ Ｅｏ ｌ：匝
ｄ
式中，Ｐｃ为发射 天线输入 功率（ｗ）；Ｇ 为发射 天线增益 ； ｄ为距离 （ｍ）；Ｅｏ为 自由空间场强振幅值 。有时，还需要计算 接 收天线 的输 出功率。 由接 收天线 的理论可知 ，当接收天线 与来波极化匹配并且阻抗匹配 时，其接收功率 Ｐｒ（ｗ）为
耗和提高接收地点信号质量、收听效果。
ｌ短 波天 波传 播损 耗预测
电波在传输过程中 ，有很多因素对传 输损 耗以及接 收点 场强有影响 ，根据 引起传输损耗 的各种物理 因素 ，将 电波 在整 个传播过程中所引起的基本传输损耗 Ｌ 分为四个部分：自由 空间传输损耗 Ｌｂｆ；电离层吸收损耗 Ｌａ，地面反射损耗 ｋ，附加
（≤ ｌｄＢ），一 般 可 以忽 略 。 电离层吸收损耗与 电波传播路径 中的电子浓度 Ｎ、碰撞率
ｖ、地磁场强度 以及 电波频率等因素有关，然而上述 的电离层
参数—Ｎ、ｖ等难以准确估计。因此在 工程计算 中常采用半经
验 公 式 进 行 计 算 和 预 测 。
６７７．２
． ．
，
渐 备ＳｅＣ 刈
；
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． ：（ ）
式 中 ，Ｓ为 坡 印廷 矢 量 （ｗ，ｍ ）；Ａ 为 接 收天 线 的有 效 面 积 （ｍ ）； Ｐ 为发射 天线的输入功 率 （ｗ）；Ｇｌ、Ｇ 分别为发射天线和接收 天线的增益； 为 自由空间电波波 长（ｍ）。
自由空间传输损耗 是用 自由空 间中两个理想 电源天线 （Ｇ＝１）之 间的传输损耗来定义 的。它定义为：自由空间 中，增 益 ＧＩ：１的发射天线的输入 功率 Ｐ 与 Ｇｆ＝１的接 收天线 的输 出
２０１３年 第 ５期 （总 第 １２７期 ）
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ＩＮＦＯＲＭ ＡＴ１０Ｎ ＆ ＣＯＭ Ｍ ＵＮＩＣＡＴ１０ＮＳ
２０１３ （Ｓｕｍ． Ｎｏ １２７）
短波 天 波传 播 损耗 预 测 与场 强预 测 分析
袁 晓 波 （国家新 闻出版广 电总局 ２０３台，内蒙 呼和浩特 ０１００７０）
摘要：简单介绍 了短波天波传播在 广播通讯 中所起的作用 ，重点阐述 了短波天波传播损耗 和短 波天波场 强的预测分析 方
法 ，为改善接 收效 果提供辅助手段 。
关键词 ：短 波天波传播 ；传播损耗；场强；预测
中图分类号 ：ＴＮ９２５
文献标识码 ｌＡ
文章编号 ：１６７３—１１３１（２０１３）０５—００１１－０２
短波 天波传播 是广播通讯重要手段之 一，它通过 电离层 反射进行传播 ，具有可移动性、低成本和具有不 易摧毁 的中继 系统一电离层等众多宝贵优点，因而使得短波通讯 目前仍然 县有强太的生命力 广泛应用于各种距离的广播通讯、移动通 讯 上 。尤其 是在应 急通讯 中，更是发挥着不可替代 的作用，但 由于传播过程中，电波 比较深入地进入 电离层 ，因而 受到 电离 层的影响较大 ，例如 电离层、地 面等 介质 的传播损耗 ，会 导致 其通 信质量降低，而 限制它 的应用 ，因此在进行短波天波通讯 之前，进 行合 理的短波 天波传播损耗预测 与场 强预测分析是 必不可少的一项工作，通过 预测 可以最大程度地 降低传播损