海上超短波通信距离的影响因素分析

广州海格通信集团股份有限公司 韩 晓

本文通过分析影响超短波通信距离的主要因素，得到合理的距离估算方法。指导实际工作，避免不利因素的影响，解决工作中通信距离近的实际问题，从而为飞行提供优质、可靠的通信保障奠定基础。

为保证海上通信系统支持，往往需要新技术的支持，目前的常用技术手段包括微波通信、短波通信以及超短波通信等，不同技术手段之间相互协同、互为备份。超短波作为目前最常用的海上通信手段之一，其频段范围主要在30～300MHz范围内，在实际海上通信应用中可能会受到海浪以及海水的影响，造成超短波被遮挡或者被吸收，引起信号衰减。为保证超短波在海上通信中的传播，其以直达波的形式进行信号传递，并且传播距离一般控制在视距范围内。海上通信涉及到地面岸站以及海上船舶双方，海上传播的信号由通信系统传递，另一端在沿海的山顶建设服务岸基站。为保证双方视距范围能够达到77 km的要求，对传播以及岸基天线的高度具有明确要求，岸基天线高度一般要高于200m，且舰船天线高度需要高于30m。但实际海上短波通信过程中可能还会受到一些不可控因素，包括天气条件、水文条件以及电磁波干扰等，为保证信号的高质量传递，还往往借助飞机进行信号中转，即移动台。移动台也成为海上短波通信必备手段之一，作为新型作战平台在海战中也具有不可替代性，受到研究者和使用者的广泛关注。

1 超短波超视距通信技术简介

对于天线而言，若其架设高度超过了其传播的波长，那么发射天线发出电磁波之后，信号会直接传递到接受点的位置，那么这个距离实际就是视距距离。同时，对于超短波通信而言，还需要保证其频率范围在30～300MHz，在该范围内才数据视距传播方式。对于地球本身的形貌和地面的地形地貌而言，均会影响到电磁波的传播和传递，综合考虑各个因素视野范围的最远距离，往往是通信的最远距离。超短波视距通信具备典型特征，包括地面起伏和地面形貌可能引发信号的衰减，信号传播方式还往往采用直线型的直射波。超短波视距通信的短波间还存在较大差异，并且其具有较高的频率，如果其发射相应的信号和频率，往往能够直接穿过电离层进入到太空当中，不能通过电离层实现向地面的传播，因此为保证其信号传播需要借助空间直射波传播。

2 海上超短波通信距离的影响因素

2.1 视距出现自然障碍

前面指出海上超短波通信往往采用直射波传播的方式，这种传播方式会受到物体以及地形的影响，通信距离需要保障在视距范围内，虽然存在这些限制，但是直射波传播的通信相对稳定，因此得到了较广泛的应用。另外超短波较高的频率往往不会受到工业和天线的干扰，另外其波段范围和其他通信方式相比更宽，能够有效容纳大量电台同时进行工作，这样导致超短波通信技术被导航、雷达以及通信等领域广泛应用。

在理想情况下，超短波地空通信距离与天线高度、飞机高度有关。距离计算公式如下：

式中S为通信距离（Km），H1为天线高度（m），H2为飞机高度（m）。为保障超短波通信的质量和通常，一般需要保障视距范围在0.7以内。另外地球存在一定的曲率并且表面也存在起伏，如果飞行视距范围内存在一些高的山或者建筑物，又或者天线建设的高度相对较低、飞机飞行高度较低等，这些因素的存在就可能导致视距障碍影响正常通信，可能出现联络暂时中断现象。另外飞机在飞行过程中还需要不断进行姿态变换，这也是通信暂时间断现象的重要原因。

2.2 电磁环境不良

电磁环境，是针对于设备和仪器而言，涵盖了其所处和运行的整个环境范围，包括认为电磁因素影响，自然电磁因素影响以及飞机本身电磁因素影响等。为保证超短波通信正常需要保证其具备理想的信噪比，只有保证最佳信噪比才能保证高质量通信距离。可以认为噪声电平就是接收灵敏度降为零时的电平，噪声电平的计算公式为：

噪声电平=接收灵敏度-信纳比-带宽

在常规明话地空通信时，满足接收灵敏度-101dBm（2μv），信纳比10dB，带宽19kHz条件时：

噪声电平（dBm）=-101-10-10lg（19×2×103）=-155.79

式中可以看出，在满足超短波信噪比要求的情况下，噪声电平上升1倍，接收灵敏度就降低3dB，通信距离就降为技术指标要求的0.7倍。结合检测技术、灵敏仪器对出现问题的原因进行检测和鉴别，包括干扰源关停、大数据、电磁屏蔽等技术和方法，对电磁环境进行净化、噪声电平有效降低，最终尽可能保障其工作环境接近理想环境。

2.3 天线方向性和电压驻波比问题

天线往往具有向特定方向进行电磁波辐射的能力，被成为天线的方向性，往往采用方向性系数、方向图等相关指标和方法对方向性进行详细描述。天线运行的理想状态是，其能够实现球形辐射，即实现360°方向辐射，并且不同辐射方向的功率基本相同。但是在实际的天线运行当中和理想情况存在极大差异。天线在飞机上装机之后，飞机本身不规则还存在很多以机翼为代表的附属零件，这种复杂的电磁散射体就会影响天线电磁波的传递，散射作用机制下引起天线辐射方向图畸变，在接收功率和电线辐射中的直接表现是功率下降，通信距离变近。

天线电压驻波比，是反应天线辐射功率（即有效地转换电磁波部分的功率）和输入功率之比，该值的理想值应该是1，但是实际该值一般是永远小于1的。如果在实际天线电压驻波比检查中发现其严重超差时，就可能引起天线辐射功率的降低，在通信距离方面的直接影响是距离近，如果该问题得不到及时处理，问题扩大还可能导致发射机损坏。

2.4 频率偏差

电台收发信机的频率稳定度、准确度在长时间使用后都会发生一些变化，如果这一变化及波动超过了标准和规定的要求范围，就可能引发问题，尤其是频率失谐问题可能产生，最终使通信距离下降，噪声增大。

2.5 接收机/发射机问题

发射机功率下降：发射机功率下降的主要原因有：天线驻波大和使用问题，比如长时间进行功率发射、供电电压发生变化、超大功率长时间使用以及设备散热存在问题等。如果在这一过程中发射机的输出功率出现下降，那么发射机的通信距离也会发生变化及下降。

接收机灵敏度下降：接收灵敏度每下降6dB，通信距离下降一倍。因此灵敏度的下降对通信距离影响非常大。

2.6 馈线损耗增加

馈线，作为重要的信号传输通道，能够保证电台传递的发射功率正常传输到天线，并且还能够实现对天线发出频率的完美接收。因此若存在或出现天线端口与馈线接触不良的情况，就可能引发一些问题进而影响信号传输，典型问题是损耗增大、驻波增加，这两大问题影响了天线有效功率的接收，也影响了天线有效功率的辐射。其中，射频电缆损耗和天线损耗影响最大。对于低损耗的射频电缆正常损耗为0.07dB/m，发射机射频功率经过30m的射频电缆通常损耗2dB左右，射频电缆的优劣直接影响射频功率的传输。射频功率通过射频电缆进行传输，最终经过天线以电磁波形式对外辐射，其中路径损耗为：

式中L为路径损耗，F为工作频率（MHz），S为通信距离（km）。

3 海上超短波通信距离优化策略

3.1 注重塔台天线选址

在进行空地通信时，为保障正常的地空对话和高质量的通信必须要注重电台天线选址，在进行电台天线选址中尤为重要的是应该充分考虑通信和视距范围内的各种潜在影响因素，包括地理条件、水文条件等，对研究范围内的建筑物高度、山谷、水洼、山地等因素及其可能对超短波通信视距的影响进行详细分析，最终保证地面塔台的电台天线高度尽量架高，通常离地15m以上通信效果较好。

3.2 天线涉及优化

天线安装在飞机上之后，由于装机环境发生变化，其方向图参数及增益指标与生产厂家实验室环境存在较大差异，因此方向图检查对于超短波通信质量保证十分重要，另外增益测试同样十分重要，两个参数和指标在标准范围内才能够保证通信距离正常。我国虽然在这一方面进行了大量工作，但和某些国家相比天线装机后测试还处于起步研究阶段，采用的是计算机仿真。

驻波比能反应电台通过天线辐射出去的功率大小，另外结合反射功率大小。如果驻波比发生变化表明电台有效辐射也存在一定的变化，比如驻波比的增大意味着有效辐射功率的降低，也意味着反射功率的增大，这样既影响通信距离，也对发射机可靠性造成影响，新大纲长时间空中飞行，可能损坏发射机。所以定期实施针对性的电压驻波比测试对于超短波通信而言具有极大的重要性。而且这种方法也成为了超短波通信质量检测中重要的方法之一，为保障超短波通信质量需要保证天线电压驻波比≤2.5：1。

3.3 馈线损耗检查

检查主要内容包括：馈线的损耗、馈线与天线的连接头是否紧密、有无虚接、松动、断裂现象，另外，为了减少馈线损耗，应尽可能的缩短馈线的长度和生产厂家采用插入损耗小的馈线电缆

3.4 接收机/发射机指标检查

飞机进行定检时，要对发射机发射功率、调制深度以及发射频率准确度等相关参数和相关指标进行一定的检验及校正。在校验和校正过程中如果发现这些指标参数存在问题，例如发生功率下降、调制度偏小、频率偏差变大等，需要针对出现这些指标参数的问题原因进行分析，在分析的基础上采取对应措施实施指标调整，保证调整后的指标在规定和标准范围内。在条件允许、不影响功放可靠性的前提下，适当提高发射功率，对提高通行距离会具有明显效果。

飞机进行定检时，对设备接收灵敏度等指标进行检查，如发现灵敏度下降，在此种情况下必须要对设备进行及时检查和处理，对于其中出现或者可能潜在的错误指标进行必须要检修，若发现问题或故障的时候进行及时调整和维修，保证参数和指标在标准规定范围内。

3.5 频率准确度检查

在飞机定检过程中，应对收发信机频率准确度进行检查，如发现有频率失谐情况，应对收发信机频率进行重新校正。

结论：海上超短波通信距离受多方面因素的影响，结合实际海上超短波通信的工作经验以及前人研究成果，认为为保证海上超短波通信必须要关注超短波通信距离近的问题，这也是本文的主要工作，通过分析和经验总结最终详析了海上超短波通信距离近问题出现的各种原因，不仅仅从气候条件、大气等因素进行了分析，还结合了设备因素、天线位置、数据传播以及能量损耗等进行了研究。在影响因素详细分析和展开阐述的基础上，这对这些问题和因素介绍了改进的措施和建议，希望本文提出的超短波通信距离近的应对措施和方法能够有效改善海上超短波通信质量，保障高水平、高可靠、优质的通信。