高频多跳无线电波的反射衰减的分析

郭家琪

摘 要：在高频率（HF，定义为3-30兆赫），无线电波可以通过多次反射，脱离电离层和地球进行长途旅行（从地球表面的一个点到地球表面的另一个遥远的地方）。低于最高可用频率（MUF）的来自于地面源的高频无线电波从电离层反射回地球之后可能再次反射回电离层，此后可能再次的反射回地球，如此反复，每一次连续跳跃都会使旅行达到更远。在其他因素中，反射表面的特性决定了反射波的强度，以及信号在保持有用信号完整性的情况下最终会传播多远。而且，随着季节，朝夕之间和太阳条件的变化，最高可用频率也有所不同。高于最高可用频率的波频不会经过反射和折射，而是穿过电离层进入太空。在这个问题上，重点集中到海平面之上的反射。经验发现，汹涌的海面上的反射比平静的海面上的反射被减弱的程度更多。海洋湍流将影响海水的电磁梯度，改变海洋的局部介电常数和磁导率，改变反射面的高度和角度。波涛汹涌的海面，浪高、形状和频率变化很快，波的传播方向也可能发生改变。由此可知，多跳高频无线电的可用通信传播范围受近表面反射器的影响很大。电磁波在地表的反射引起能量衰减。

关键词：高频 多跳 反射 能量衰减

中图分类号：TN01 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）05（c）-0041-02

文章对自然环境中复杂的海浪和山区进行了提取，得到部分正弦图像和直线图像，用简单的正弦函数和水平轴来描述。只有这些正弦图像和线性图像在环境中均匀地出现以简化环境，正弦函数的参数才能描述表面的粗糙度。在每次讨论中，都要固定斜率来表示射电反射面的入射角。利用简单的数学公式和物理公式求出周期内的非有效反射部分，从而得到反射器反射公式的表达式。

比较平静海面和湍流海面的反射差异，可以比较它们的电磁损耗。可以用包含所有参数的反射率公式来模拟多跳反射的物理传播特性，建立相应的差分方程。通过MATLAB软件，在可行范围内平等地调整参数值，从而改变无线电波的跳数和传播距离。通过对数据的综合分析，找到方程的合理解。根据这些合理的参数，模拟电波在粗糙海面上的传播，并求解相应的最大通信时间。

1 数据获取

我们所参与的电离层的主要参数，如表1所示。

2 建立模型

在这一部分中，我们将建立一个模型来模拟无线电波传播的距离和强度的变化。首先，对电磁波在海面上的传播进行了模拟，讨论了电磁波、电离层和海平面等各种因素对传播距离和传播强度的影响，得到了合理的结果。然后对该模型进行了改进，并将其应用于在山地和平地传播的电磁波。最后，将该结论应用于海上无线电通信，得出了星载接收机可以在相同的无线电波多跳路径下保持呼叫时间的结论。

模型设计：A：电离层模型B：海洋模型C：山区模式D：平滑地形模型

2.1 电离层和海洋模型

根据电磁场理论，可以得到电离层的衰减系数。

2.2 山区模型

在我们的模型中，我们假设电磁波不能在山谷中传播，而在山坡或山顶上，在满足路径关系时电磁波的入射点可以反射。

山顶：

所以传播方程满足：

3 模型检测

当无线电波发射角变化时，衰减过程和传播距离也会发生变化。角度越大，反射率越高，最大跳跃越大，但每次跳跃的距离越短。这三个参数之间没有线性关系。当无线电反射出平静的海洋时，发射角从20度到80度不等。可以发现，电磁波的强度在低于可用信噪比之前，发射角较小，距离较远，但在2000m的行程后，只能在微弱的强度下传播，在实际情况下，低强度的电磁波很容易被吸收。而高频电磁波在整个传输过程中是很强的，但总传播距离很短。综合考虑，选择初始发射角为56°是合理的。在实际应用中，无线电发射机的发射角受多种自然条件的影响，但也保持在中等水平。通过检测我们还可以得出，平静的海面和波涛汹涌的海面对电磁波的吸收变化很大。

4 模型分析

4.1 优势

（1）该模型的设计符合基本原理，模型结构简单易懂。在分析影响无线电波传播的因素时，每个变量的运算都比较容易。

（2）该模型参数集具有通用性，适用范围广，可以解决一般问题。

（3）该问题是有区别的，模型的效率很高。

4.2 劣势

（1）.在研究过程中，电离层传播过程中无线电波的简化程度过高。

（2）某些参数的确定有些主观。

（3）由于分析时间有限，近地表分布计算具有均匀性和周期性，过于理想化。

5 结语

未来为了提高海洋模型和山区模型的实际效果，我们希望去实地，从综合数据中获得准确的参数。根据实际调查结果，对山区模型进行了修正。增加山区地形分布的随机性，使分析更加全面。对无线电波传播的特殊情况和无线电频率进行了逐一的考虑和分析。将结论应用到生活和生产，模拟参数的结果可以帮助设计发射器根据无线电覆盖区域的景观，选择最佳的发射方向的信号能量。接收方可以优化设备，从而使高频无线电通信更加稳定和方便。

参考文献

[1] 贝朗格，王杰. Write right for the American Mathematical Contest in Modeling [M].Beijing： Higher Edition Press， 2013.

[2] Chapmans.Matlab programming for engineers [M].科學出版社，2003（7）：3-375.