短波通信原理

短波通信原理（DOC）短波通信原理（doc）短波通信原理尽管当前新型无线电通信系统不断涌现，短波这一古老和传统的通信方式仍然受到全世界普遍重视，不仅没有被淘太，还在快速发展。其原因主要有三：（一）短波是唯一不受网络集线器和主动中继限制的远程通信方式。一旦发生战争或灾难，各种通信网络都可能遭到破坏，卫星也可能受到攻击。无论采用何种通信方式，其抗破坏能力和自主通信能力都是短波无法比拟的；（2）在山区、戈壁、海洋等地区，超短波无法覆盖，主要依靠短波；（三）与卫星通信相比，短波通信不用支付话费，运行成本低。近年来，短波通信技术在世界范围内获得了长足进步。这些技术成果理应被中国这样的短波通信大国所用。用现代化的短波设备改造和充实我国各个重要领域的无线通信网，使之更加先进和有效，满足新时代各项工作的需要，无疑是非常有意义的。本文简要介绍了短波通信的一般概念、优化短波通信的经验以及一些流行的新技术。1.短波通信的一般原理1.1无线电波传播无线电广播、无线电通信、卫星、雷达等都依靠无线电波的传播来实现。无线电波通常指波长在10万米到0.75毫米之间的电磁波。根据电磁波传播的特点，将其分为超长波、长波、中波、短波和超短波几个波段。其中，超长波波长10万〜1万米，频率3〜30kHz；长波波长10000〜1000米，频率30〜300kHz；中波波长为1000m~100m，频率为300khz~1.6mhz；短波波长100m~10m，频率1.6~30mhz；超短波的波长为10m~1mm，频率为30~300000MHz（注：波长小于1m的超短波也称微波）。频率和波长之间的关系是:频率=光速/波长。电波在各种媒介质及其分界面上传播的过程中，由于反射、折射、散射及绕射，其传播方向经历各种变化，由于扩散和媒介质的吸收，其场强不断减弱。为使接收点有足够的场强，必须掌握电波传播的途径、特点和规律，才能达到良好的通信效果。常见的传播方式有：地波（地表面波）传播沿着地球和空气之间的界面传播的无线电波称为表面波，简称地波。地波的传播路径如图1.1所示。其传输路径主要取决于地面的电气特性。在地波传播过程中，由于能量逐渐被地球吸收，会迅速衰减（波长越短，衰减越快），因此传播距离不远。但地波不受气候影响，可靠性高。超长波、长波和中波无线电信号由地波传输。短波短程通信也使用地波传播。直达波传播直射波又称为空间波，是由发射点从空间直线传播到接收点的无线电波。直射波传播距离一般限于视距范围。在传播过程中，它的强度衰减较慢速、超短波和微波通信使用直达波传播。在地面进行直射波通信，其接收点的场强由两路组成：一路由发射天线直达接收天线，另一路由地面反射后到达接收天线，如果天线高度和方向架设不当，容易造成相互干扰（例如电视的重影）。限制直达波通信距离的因素主要是地球表面的弧度以及山脉和建筑物等障碍物。因此，需要尽可能地提升超短波和微波天线。天波传播天波是由天线向高空辐射的电磁波遇到大气电离层折射后返回地面的无线电波。电离层只对短波波段的电磁波产生反射作用，因此天波传播主要用于短波远距离通信。散射传播散射传播是指天线辐射的电磁波投射到低层大气或电离层不均匀介质中，部分到达接收点时产生的散射。散射传播距离长，但效率低，不易操作，应用不广泛。1.2电离层的作用电离层对短波通信起着主要作用，因此是我们研究的重点。电离层是指从距地面大约60公里到2000公里处于电离状态的高空大气层。上疏下密的高空大气层，在太阳紫外线、太阳日冕的软x射线和太阳表面喷出的微粒流作用下，大气气体分子或原子中的电子分裂出来，形成离子和自由电子，这个过程叫电离。产生电离的大气层称为电离层。电离层分为d、e、f1、f2四层。d层高度60~90公里，白天可反射2~9mhz的频率。e层高度85~150公里，这一层对短波的反射作用较小。f层对短波的反射效应最大，分为F1层和F2层。F1层高度为150~200km，仅在白天工作。F2层高度超过200公里，是F层的主体。它支持短波在白天和夜间传播。电离层的浓度对工作频率的影响很大，浓度高时反射的频率高，浓度低时反射的频率低。电离的浓度以单位体积的自由电子数（即电密度）来表示。电离层的高度和浓度随着地区、季节、时间、太阳黑子活动等因素的变化而变化，这就决定了短波通信的频率也必须发生变化。1.3短波频率范围电离层最高可反射40mhz的频率，最低可反射1.5mhz的频率。根据这一特性，短波工作频段被确定为1.6mhz-30mhz°1.4短波传播途径短波有两种基本的传播方式：一种是地波，另一种是天波。如前所述，地波沿地球表面传播，其传播距离取决于地表介质的特性。海面介质的导电性对电波传播最为有利，短波地波信号可沿海面传播约1000公里；地表介质导电性差，无线电波衰减大，不同地表介质的无线电波衰减程度不同（湿土地面衰减小，干砂砾石地面衰减大）。短波信号最多只能沿地面传播几十公里。地波传播不需要频繁改变工作频率，但应考虑障碍物的阻碍，这与天波传播不同。短波传播的主要途径是天波。短波信号由天线发射后，通过电离层反射回地面，然后从地面反射回电离层。它可以被多次反射，因此传播距离很长（数百到数万公里），而且不会被地面障碍物阻挡。但天波非常不稳定。白天波传播过程中，路径衰耗、时间延迟、大气噪声、多径效应、电离层衰落等因素，都会造成信号的弱化和畸变，影响短波通信的效果。2、单边带的概念在无线电通信中，传输信息的载波是特定频率（也称为主频）的载波。那么，信息是如何放在载体上的呢？这会导致什么？调制？这个概念。调制就是将信息的动态波形通过一定的形式加到载体上并发送出去。接收站接收到调制后的载波频率信号后，将恢复信息。调制方式分为振幅调制（以下简称“振幅调制”）、频率调制（以下简称“频率调制”）和相位调制三种。振幅调制通常用于中波和短波，频率调制通常用于超短波。根据国际协议，短波通信必须使用单边带调幅方式（ssb），只有短波广播节目可以使用双边带调幅方式（am）。因此，国内外使用的短波电台都是单边带电台。2.1单边带的定义调幅信号的频谱由中心载波频率和上下边带组成。载波频率和其中一