第3章短波通信系统
短波通信系统的设计与实现
短波通信系统的设计与实现短波通信是一种广域无线电通信方式，适合于长距离和跨区域的通信。
它具有可靠性高、抗干扰能力强等优点，广泛应用于航空、海运、野外探险、应急救援和国防等领域。
本文将介绍短波通信系统的设计与实现。
一、系统设计1. 频率规划短波频率在3 MHz至30 MHz范围内，被分为多个频带。
在频率规划中，需要考虑以下几个因素：（1）频带选择：不同频带具有不同的传播特性，需要根据通信距离、天气条件和使用环境等因素来选择频带。
（2）频率选择：在同一频带内选择频率可以实现多路通信，需要针对不同通信需求选择不同频率。
（3）频率稳定性：短波频率的稳定性对通信质量影响很大，因此需要选择稳定性较好的频率。
2. 信号调制信号调制是将原始信息转换成适合无线电传输的信号形式。
在短波通信中，常用的调制方式有两个：（1）幅度调制（AM）：将原始信息的幅度调节成与载波同步的波形，适用于低速数据传输和语音通信。
（2）频率调制（FM）：将原始信息的频率调节成与载波同步的波形，适用于高速数据传输和无线电广播。
3. 发射机发射机是将调制后的信号送入天线，发射出去的设备。
在短波通信中，发射机应具备以下特点：（1）输出功率大：短波通信需要跨越长距离，因此需要输出功率较大的发射机。
（2）频率稳定：频率稳定性对通信质量影响较大，因此需要选择频率稳定性较好的发射机。
（3）调制灵活：应该具备多种调制方式以适应不同通信需求。
4. 天线天线是收发短波信号的主要设备，其特点对通信质量和传输距离影响较大。
在设计短波通信系统时，需要考虑以下几个因素：（1）频率：天线的设计要根据频率来进行，以达到最佳的阻抗匹配和较高的增益。
（2）方向：对于需要定向收发的情况，应选择定向天线，以增强发送信号和接收信号的方向性。
（3）阻抗匹配：天线与发射机之间的阻抗匹配对信号的传输距离和传输效率有很大影响，应该进行精确匹配。
二、系统实现1. 硬件配置短波通信系统的实现需要使用到多种硬件设备，如信号源、功放、调制器、解调器、天线等。
短波通信（HF）（5篇范文）
短波通信（HF）（5篇范文）第一篇：短波通信(HF)短波通信HF：高频，所指的就是短波波段1600千周--30000千周（180公尺--10公尺）FM：调频，是一种通信方式调频（FM），就是高频载波的频率不是一个常数，是随调制信号而在一定范围内变化的调制方式，其幅值则是一个常数。
与其对应的，调幅就是载频的频率是不变的，其幅值随调制信号而变。
一般干扰信号总是叠加在信号上，改变其幅值。
所以调频波虽然爱到干扰后幅度上也会有变化，但在接收端可以用限幅器将信号幅度上的变化削去，所以调频波的抗干扰性极好，用收音机接收调频广播，基本上听不到杂音。
使载波频率按照调制信号改变的调制方式叫调频。
已调波频率变化的大小由调制信号的大小决定，变化的周期由调制信号的频率决定。
已调波的振幅保持不变。
调频波的波形，就像是个被压缩得不均匀的弹簧，调频波用英文字母FM表示。
载波的瞬时频率按调制信号的变化而变，但振幅不变的调制方式。
载波经调频后成为调频波。
用调频波传送信号可避免幅度干扰的影响而提高通信质量。
广泛应用在通信、调频立体声广播和电视中。
我们习惯上用FM来指一般的调频广播（76-108MHz，在我国为87-108MHz、日本为76-90MHz），事实上FM也是一种调制方式，即使在短波范围内的27-30MHz之间，做为业余电台、太空、人造卫星通讯应用的波段，也有采用调频（FM）方式的。
FM radio即为调频收音机。
FM调频即收音机功能。
作为MP3的一项附加功能，从实用角度来说，现在的MP3这方面做得并不很出色，应该说还不如普通的收音机，在接收范围、精度等等方面还都有差距，只能说是一个有益的补充。
当然，如果你注重这个功能的话，也有做得不错的产品。
而在具体机型上，针对FM，不同产品还有细分，是否可以保存选定的频道、可以保存多少个频道、立体声和普通声道可以自己设定还是由机器来设定。
SSB：单边带话通信在短波（HF）段一般采用占用频带较窄的单边带话，简称SB方式（Single Side Band）。
第3章短波通信系统
➢E层 • 出现在太阳升起时,中午达到最大值， 之后逐渐减小;太阳降落后，对短波传 播不起作用 • 电离开始后可反射高于1.5MHz的短波
➢ES层 (E-sporadic 偶发E层) • 偶尔发生 • 具有很高的电子浓度，能将高于短波 波段的电波反射回来
• 如何利用尚待研究
➢ F层 (反射层) • 白天有两层：F1层和F2层 • F1层夜间消失，常出现于夏季 • F2层电子浓度白天大夜间小、冬大夏小 • 适合远距离短波通信
它是指在实际通信中，能被电离层反射回地面 的最高频率。
对应于电离层各分层的电子密度，都存在一个 相应的最高频率fv，也称为临界频率。
在此频率时，该层对垂直入射的（入射角 φ=00）电波将起到反射作用；而当频率高于fv 时，垂直入射的电波将穿出该层，因此不能 为收发用户提供短波通信链路。
如果电波是以φ>00的入射角斜射电离层，频率为fv的电波不 会穿出该层，而当更高的某一频率fob时才穿出该层。 fob被称为入 射角为φ时的最高可用频率，它可表示为：
由于电离层的电子密度受太阳辐射影响很大，白天 和夜晚的最高可用频率相差甚大，工作频率也需要进行 相应的调整。下图示出了最高可用频率一天内的变化， 作为简单的取值方法，而为了更好的适应电离层参数变 化引起的传输特性随机起伏，实时地选用最佳工作频率 是合适的。下图画出了MUF和FOT及建议选用的日频和 夜频。
fob = fv secj = fv 1+骣 琪 琪 桫2dh' 2
显然， fob ≥ fv。
h’
d
为什么在同一电离层高度上有多个工作频率？
h’
f
h
F
f
d
MUF是电波能返回地面和穿出电离层的临界值。 考虑电离层的结构随时间的变化和保证获得长期稳定 的接收，在确定线路的工作频率时，不是取预报的 MUF值，而是取低于MUF的频率FOT，FOT称为最 佳工作频率(frequency of optimum traffic)。一般情况 下FOT=0.85MUF。选用FOT之后，能保证通信线路 有90%的可通率。由于工作频率较MUF下降了15%， 接收点的场强较工作在MUF时损失了10-20dB,可见 为此付出的代价也是很大的。
短波通信天线系统的优化与设计
短波通信天线系统的优化与设计第一章引言短波通信作为一种重要的无线通信技术，在现代社会中扮演着重要角色。
短波信号可以在大范围内传输，并能克服障碍物的影响，具有抗干扰能力强的优势。
短波通信的天线系统在优化设计中起着至关重要的作用。
本文将重点探讨短波通信天线系统的优化与设计方法及其在实际应用中的意义。
第二章短波通信天线系统的基本原理短波通信天线系统的基本原理包括传输原理和天线系统原理两个方面。
传输原理主要包括调制解调、编码解码和调频等相关内容。
天线系统原理主要涉及天线的基本参数、辐射场图和天线阻抗匹配等。
第三章短波通信天线系统的优化方法3.1 天线形式的优化为了提高短波通信天线系统的性能，可以通过优化天线的形式进行改进。
例如，采用多元天线系统，能够提高天线系统的方向性和增益。
基于相控阵技术的天线系统可以实现波束的形成和指向性的调整，提高信号的传输质量。
此外，近年来，人们也开始研究应用人工智能算法来优化天线的形式，提高天线对信号的接收和发射能力。
3.2 天线位置的优化天线的位置选择对短波通信天线系统的信号传输质量有着重要影响。
合理选择天线的位置和布局，能够减少信号的传输损耗和多径效应的影响。
通过合适的方位角和仰角选择，可以将信号的传输方向调整到最有效的位置。
此外，考虑到环境因素的影响，也需要进行合理的天线高度选择，以最大限度减少天线系统对周围环境的影响。
3.3 天线参数的优化短波通信天线系统的重要参数包括增益、辐射方向图、输入阻抗等。
通过优化这些参数，可以提高天线系统的性能。
增益是衡量天线系统接收和发射能力的重要指标，可以通过改变天线的尺寸和形状来提高增益。
同时，辐射方向图的优化可以使天线系统在特定方向上具有更好的指向性，减少信号的传输损耗。
此外，更好的输入阻抗匹配能够减少信号的反射损耗和回波影响。
第四章短波通信天线系统的设计注意事项4.1 考虑频段要求短波通信天线系统的设计要根据实际应用频段的要求进行。
短波通信
无线电通信技术
01 简介
03 的原理 05 的特点
目录
02 的重要性 04 系统
短波通信是波长在100米～10米之间，频率范围3兆赫～30兆赫的一种无线电通信技术。
简介
短波通信发射电波要经电离层的反射才能到达接收设备，通信距离较远，是远程通信的主要手段。由于电离 层的高度和密度容易受昼夜、季节、气候等因素的影响，所以短波通信的稳定性较差，噪声较大。但是，随着技 术进步，特别是自适应技术、猝发传输技术、数字信号处理技术、差错控制技术、扩频技术，超大规模集成电路 技术和微处理器的出现和应用，使短波通信进入了一个崭新的发展阶段，在1988年短波通信设备的销售额达到了 其历史最高水平。同时短波通信设备使用方便，组灵活，价格低廉，抗毁性强等固有优点，仍然是支撑短波通信 战略地位的重要因素 。
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的特点
短波按照国际无线电咨询委员会（CCIR，现在的ITU-R），的划分是指波长在l00m~l0m，频率为3MHz~30MHz 的电磁波。利用短波进行的无线电通信称为短波通信，又称高频（HF）通信。实际上，为了充分利用短波近距离 通信的优点，短波通信实际使用的频率范围为1.5MHz~30MHz 。
其次，在山区、戈壁、海洋等地区，超短波覆盖不到，主要依靠短波。
另外，与卫星通信相比，短波通信不用支付话费，运行成本低。
的原理
由于短波频率在3~30兆赫之间，所以它主要利用电离层反射传播，传播距离环绕地球 。
收信机、收信天线和各种终端设备组成。发信机前级和收信机现已全固 态化、小型化。发信天线多采用宽带的同相水平，菱形或对数周期天线，收信天线还可使用鱼骨形和可调的环形 天线阵。终端设备的主要作用是使收发支路的四线系统与常用的二线系统衔接时，增加回声损耗防止振鸣，并提 供压扩功能。
短波通信系统课件
发射机输出的电信号通过馈线传输到天线，然后由天线辐射到空间中。
接收机
接收机是短波通信系统中的另 一重要组成部分，负责接收空 间中的电信号并将其还原为原 始信息。
它通常包括天线、高频放大器、 混频器、解调器和音频放大器 等部分，用于接收和处理电信号。
接收机将天线接收到的电信号 处理后输出，供用户使用。
应急通信是短波通信系统的另一个重 要应用领域。在发生自然灾害、事故 灾难等紧急情况时，由于通信设施可 能受到破坏，因此需要依靠短波通信 系统进行应急通信。
短波通信系统在应急通信中主要用于 各部门之间的协调和信息传递，如消 防、公安、医疗等部门之间的信息传 递和调度，对于保障应急救援工作的 顺利实施具有重要作用。
天线
天线是短波通信系统中用于辐射和接 收电信号的重要设备。
天线的性能对短波通信系统的通信质 量和可靠性有着重要影响。
它通常由金属导线或金属面构成，能 够将电信号转换为电磁波并辐射到空 间中，或者接收空间中的电磁波并将 其转换为电信号。
终端设备
终端设备是短波通信系统中的用 户设备，用于输入和输出信息。
通信距离
通信距离
短波通信系统的通信距离受到多种因素的影 响，如发射功率、天线高度、工作频率、大 气条件等。在理想条件下，短波通信可以达 到数百公里甚至数千公里的距离。
通信质量
通信距离的远近与通信质量有关。在长距离 通信中，信号可能会受到噪声、干扰和多径 效应的影响，导致通信质量下降。为了提高 通信质量，可以采取适当的信号处理和编码 技术。
航海通信
航海通信是短波通信系统的又一个重要应用领域。在航海领域中，由于船舶经常 处于海洋之中，远离陆地，因此需要依靠短波通信系统进行海上通信。
短波通信系统在航海通信中主要用于船舶与岸上控制中心之间的通信，如航行调 度、气象信息传输、紧急情况报告等，对于保障航海安全和航行顺利具有重要意 义。
短波通信系统和超短波通信系统
智能化发展
随着人工智能和大数据技术的应用，短波通信系统和超短波通信系统的智能化发展成为未来的重要趋 势。通过引入智能化技术，可以实现自适应调制解调、自适应天线调整、自适应信道选择等功能，进 一步提高通信系统的性能和可靠性。
智能化发展还可以实现通信系统的自主管理和维护，减少人工干预和故障率，提高整个通信系统的稳 定性和可用性。同时，智能化技术还可以帮助通信系统更好地适应各种复杂环境和应用场景，满足各 种不同的通信需求。
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短波通信系统和超短波通信系统
目录
• 引言 • 短波通信系统 • 超短波通信系统 • 短波通信系统与超短波通信系统的比较 • 未来发展趋势
01 引言
通信系统的定义与分类
通信系统定义
通信系统是实现信息传输和交换的设 备、设施和网络的组合，主要用于传 递信息，满足人们通信交流的需求。
通信系统分类
根据传输媒介和工作频段，通信系统 可分为短波通信系统、超短波通信系 统、微波通信系统、卫星通信系统等 。
超短波通信系统
传输质量相对较稳定，信号不易受到干扰和衰落，适用于高 质量的语音和数据传输。
覆盖范围
短波通信系统
覆盖范围较广，可以实现全球范围内的通信。
超短波通信系统
覆盖范围相对较小，通常只能实现较近距离的通信，适用于局域网或城域网的应用。
05 未来发展趋势
融合发展
短波通信系统与超短波通信系统的融合，可以充分利用两者的优势，提高通信的 可靠性和稳定性。例如，在复杂环境中，超短波通信系统可以提供稳定的通信链 路，而在远程通信中，短波通信系统则具有更好的穿透能力和覆盖范围。
短波和超短波解读
CDMA2000： 这也是3G通信标准之一，在几年前中国发放3G牌照的时候，将 这个牌照发放给了中国电信，但因为中国目前所运营的3种3G模式都互 不兼容，所以我们平常市场上支持该模式的手机也比较少。
总的来说，现在市场上的中高端手机普遍都支持两种模式，它们的组合 模式是： 中国移动：GSM、TD-SCDMA 中国联通：GSM、WCDMA 中国电信：CDMA、CDMA2000
这种传播方式是利用对流层及电离层的不均匀性对电波的散射作 用而实现的超视距传播。主要用于超短波和微波的远距离通信。
射线
(a) 电离层
(b)
对流层
(c)
(d)
图 无线电波的主要传播方式 （a） 直射传播; （b） 地波传播; （c） 天波传播; （d） 散射传播
二、短波通信系统
主要依靠天波和地波两种传播方式。
短波通信系统和超短波通信系统
一、 无线电通信
二、 短波通信系统
三、 超短波通信系统
一、无线电通信
定义：无线电通信是指利用无线电波传播信息的通信方式
优点：与有线通信方式相比，无线电通信具有通信建立迅速、 通信距离远、机动灵活和组网容易等优点 缺点：衰落严重，易受天电等外界干扰，容易被截获和窃听等 应用：主要用于电报、电话、传真、广播和电视等各种信息
1 01 0 1 01 1 1 01 2
气温 随高度 变化曲 线 温度
长波可在 D 层反
射下来，在夜晚 由于 D 层消失， 长波将在 E 层反 射； 中波将在 E 层反 射，但在白天 D 层对电波的吸收 较大，故中波仅 能在夜间由 E 层 反射； 短波将在 F 层反 射；而超短波k m
E层 D层 中波 长波 短波
1 00 km 6 0 km～7 0 k m
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称为高频(HF)通信。 短波通信实际使用范围为1.5-30MHz。
短波的应用
短波通信多年来被广泛用于政府、军事、外交、 气象、商业等部门，用以传送语音、文字、图象 、数据等信息。尤其是军事部门，它始终是军事 指挥的重要手段之一。
短波通信军事应用
短波通信设备
数字通信；卫星通信；国际海事卫星通 信（1500-1600MHz）
极高频 EHF
30300GHz
毫米波
10mm-1mm 空间波
在入大气层时的通信；波导通信
Extremely Low Frequency (ELF) Very Low Frequency (VLF)
Radio Navigation & Maritime/Aeronautical Mobile
Low Frequency (LF) Medium Frequency (MF)
AM Radio Broadcast Travellers Information Service
High Frequency (HF) Shortwave Broadcast Radio
Very High Frequency (VHF) Low Band: TV Band 1 - Channels 2-6 Mid Band: FM Radio Broadcast High Band: TV Band 2 - Channels 7-13
丝米波
10~1 dm 10~1 cm 10~1 mm 1000~100um(亚波
1KKm-100Km
空间波为主
海岸潜艇通信；远距离通信；超远距离 导航
低频 LF
30300KHz
长波
10Km-1Km
地波为主
越洋通信；中距离通信；地下岩层通信； 远距离导航
中频 MF 0.3-3MHz 中波
➢ 垂直极化波比水平极化波衰减小 (通常采用辐射垂直极化波的垂直天线)
大地吸收导致传播损耗
场强(V / m)
一）106短波传播的形式
105
104
103
102
101
发射功率1KW
100
垂直天线
10-1
10MHz
1
5 10
50 100
0.15MHz
0.5MHz 1MHz 5MHz 500 1000
d(Km)
概论
第3章 短波通信系统
School of Information Science and Engineering
Shandong University Shandong, China
无线电通信频率划分
段 频段名称 号
频段范围
1
极低频
3~30HZ
2
超低频
30~300HZ
3
特低频
300~3000HZ
特高频 UHF 0.3-3GHz 分米波 1m-0.1m
空间波
小容量微波中继通信；（352-420MHz）； 对流层散射通信（700-10000MHz）；中 容量微波通信（1700-2400MHz）
超高频 SHF 3-30GHz 厘米波 10cm-1cm 空间波
大容量微波中继通信（3600-4200MHz）； 大容量微波中继通信（5850-8500MHz）；
短波通信设备
短波通信的特点
优点 ➢勿需中继站就可实现远距离通信 ➢技术成熟、完善 ➢建设周期短、建设和维护成本低 ➢机动性强、使用灵活 ➢对自然灾害和战争的抗毁性强
缺点及对策
➢ 频带窄、容量小 广泛采用单边带调制技术
➢ 短波天波信道是变参信道 采用实时选频技术
➢多径效应严重导致信号衰落 分集接收技术、扩频技术 时频编码/时频相编码及检测技术
0 KHz to 3 KHz to
3 KHz 30 KHz
9 KHz to 540 KHz
30 KHz to 300 KHz
300 KHz to 3000 KHz
540 KHz to 1630 KHz
1610 KHz ---
3 MHz to 5.95 MHz to
---- -----
30 MHz 26.1 MHz
结论：地波的衰减随着频率的升高而增大，所 以即使使用1000W的发射机，陆上传播距离也 仅为100km左右，所以这种传播形式不宜用作 无线电广播或远距离通信。
电离层
➢大气和人为干扰严重
扩频技术
短波传播方式
电离层
天波
地表面波
地波
地波： 1.5~5 MHz。
直接波 地面反射波
短波通信实际使用范围为1.5~30MHz。
短波地波传播特性
➢ 大地吸收导致传播损耗 ➢ 地面导电性能越好，传播损耗越小 ➢ 电波频率越低，传播损耗越小
(利用地波进行近距离通信的频率范围大约 是1.55MHz)
4 甚低频(VLF)
3~30K
5 低频(LF)
30~300K
6 中频(MF) 300~3000K
7 高频(HF)
3~30M
8 甚高频(VHF) 30~300M
波段名称
极长波 超长波 特长波
甚长波 长波 中波 短波
超短波
在自由空间的波长范围
100000~10000 km 10000~1000 km 1000~100 km
100~10 km(万米波) 10000~1000 m(千米波)
1000~100 m(百米波) 100~10 m(十米波) 10~1 m(米波)
9 特高频(UHF)
10 超高频(SHF)
11 极高频(EHF)
12
至高频
300~3000M 3~30G
30~300G 300~3000G
分米波 微 厘米波 波 毫米波
30 MHz to 300 MHz
54 MHz to
88 MHz
88 MHz to 174 MHz
174 MHz to 216 MHz
短波通信的基本概念
短波(shortwave)的定义 按照CCIR国际无线电咨询委员会(International Radio
Consultative Committee) (1993年起，ITU-R)的规定，短波是 指频率为3-30MHz，波长为100m-10m的无线电波。
1Km-100m
地波与天波
船用通信；业余无线电通信；移动通信； 中距离导航
高频 HF
3-30MHz 短波
100m-10m 天波与地波 远距离短波通信；国际定点通信
甚高频 VHF
30300MHz
米波
10m-1m
空间波
电离层散射（30-60MHz）；流星余迹通 信；人造电离层通信（30-144MHz）；对 空间飞行体通信；移动通信