短波通信的频率预测方法

庄乾波

【摘要】 本文主要根据短波通信的特点以实例分析的形式介绍了短波频率的预测方法，提出了如何恰当地分配短波线路工作频率的原则，为实际工程中解决短波波段用户拥挤、干扰严重等问题提供了较好的借鉴。

【关键词】 短波通信 电离层 频率预测方法

一、前言

短波通信是指利用波长为100～10m（频率为3～30MHz）的电磁波通过电离层的反射所进行的无线电通信。因此在短波天波通信中，工作频率是不能任意选择的，否则就不能建立可靠的通信。它不仅是为了保证现有通信线路的质量和可通率，而且也是新设计一条通信线路时决不可少的一个环节，同时也为区域内的频率管理创造了先决条件。

二、电离层特性

短波传输的介质—电离层由围绕地球，处于不同高度的四个导电层组成，分别为D、E、 F层。其中D层是最低层，也称为吸收层，F层是短波的主要反射层。F层又有F1层和F2层之分。F1层位于地球上空170Km～220Km 高度处，仅在夏季的白天存在，F2层位于地球上空225Km～450Km高度处，白天和夜间都存在。在夜间F2层的电子密度较白天减低了一个数量级。若要保持昼夜短波通信的畅通，工作频率必须昼夜更换，而且在一般情况下，夜间的工作频率要远远低于白天的工作频率。

三、几个参数的定义

3.1 最高可用频率（MUF）

在实际通信中，能被电离层反射回地面的电波的最高频率，称为该线路的最高可用频率，记为MUF。需要指出的是，MUF是指在给定的通信距离之下最高的可用频率，若通信距离变了，对应的MUF值也将发生变化。MUF和电离层的电子密度有关，因此所有影响电离密度的因素都将影响到MUF的数值。

3.2 大圆距离

所谓大圆距离，是指包含通信两点及地球中心的平面与地球表面的交线。它是通信两点之间的最短距离。通常认为电离层与地球表面是同心圆，因此在计算通信两点间的距离时，必须以大圆距离的长度来计算。

四、短波频率预测方法

4.1 F2层最高可用频率的预测

F2层MUF预测的依据是全国无线电管理委员会所提供的频率预测资料。预测资料含有 （太阳黑子数的滑动平均值）为10、100和150三种情况下的288张MUF预测曲线。要确定某月昼夜24小时的MUF需要已知以下参数：（1）该年该月太阳黑子数的预测值 （由全国无线电管理委员会提供）；（2）通信线路的大圆距离；（3）反射点的地理位置；（4）反射点的地方时间（地方时）和北京时间（北京时）的时差。

以上四个参数知道后，就可以根据月份和该月份的 预测值和反射点的地理位置，例如在6月， 预测值为136，反射点的地理位置为（117°E，33°N），则可选7月，= 100和= 150，纬度为30°N≤λ<35°N的2张曲线。根据已求得的地方时和大圆距离，可从中查得对应于=100和=150的两个该时间的MUF，分别用（MUF）100和（MUF）150表示。再根据将 已知值的MUF换算为 预测值的MUF的算图，即可求得与预测值 值（136）相对应的（MUF） 136，此即为在一条具体线路上，6月某时的MUF预测值。按照上述方法分别求得昼夜24小时的MUF。

4.2 E层最高可用频率的预测

E层的高度除临近日出日落的短暂时间内略高外，其层底高度常位于地面以上约110km处，最大电子密度的高度约130km。其临界频率 在夜间小于0.5MHz，而在白天于成比例（为太阳天顶角）。随太阳周期变化。由于夜间E层电子密度稀薄，因此在E层最高可用频率的预测中，只计算白天的MUFE，夜间不予考虑。对于E层MUF的预测，通常采用逼近实际值的半经验公式式中≤150；= 3.4；= 0.49；= 0.00167。由于E层高度比较稳定，因此E层一跳的最远距离为2000km，此时MUF（2000）E = 4.78 根据上面两式即可求出= 2000km时的E层最高可用频率。通常为避免繁杂的计算，可根据以上两个公式绘成曲线每条～MUF（2000）E曲线以太阳天顶角 为参变量。在利用曲线求MUF（2000）E时，首先要求得该月份反射点各地方时的太阳天顶角。根据太阳天顶角查图，就可以求得相应的MUF（2000）E。然后再利用求任意距离的E层最高可用频率的算图，求得 <2000km内，任何大圆距离 的MUF。按照以上方法分别求出北京时5：00～20：00各个钟点的MUF，并绘制成曲线，。若考虑到白天利用E层反射，还可以在9：00～15：03之间选用15.3MHz。

五、结束语

频率预测是进行频率管理的基础，它为以后的频率选择和信道预置提供依据。由于长期频率预测是根据太阳黑子数及季月时间来预测电路的最高可用频率，所以工作频率难以跟踪电离层的变化，因而影响短波通信效果。未来的发展方向将是实时频率预测，该技术对于保障高质量的短波干线通信将起很大作用。

参 考 文 献

[1]沈琪琪，朱德生.短波通信.西安：西安电子科技大学出版社，1997.5

[2]短波场强计算（国内地区）.全国无线电管理委员会办公室，1981.11