短波通信概述

短波通信概述
短波通信是无线电通信的一种。波长在 50 米~10 米之间,频率范围 6 兆赫~30 兆赫。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。目前,它广泛应用于电报、电话、低速传真通信和广播等方面。 ?? 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 网络枢钮和有源中继体制约的远程通信手段,一旦发生战争 或灾害,各种通信网络都 可能受到破坏,卫星也可能受到攻击。无论哪种通 信方式,其抗毁能力和自主通信能 力与短波无可相比; 二、在山区、戈壁、海洋等地区,超短波覆盖不到,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。
一、短波通信的一般原理
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。无线电波一 般指波长由 100,000 米到 0.75 毫米的电磁波。根据电磁波传播的特性,又分为超长波、长 波、中波、短波、超短波等若干波段,其中:超长波的波长为 100,000 米~10,000 米,频 率 3~30 千赫;长波的波长为 10,000 米~1,000 米,频率 30~300 千赫;中波的波长为 1,000 米~100 米,频率 300 千赫~1.6 兆赫;短波的波长为 100 米~10 米,频率为 1.6~30 兆赫; 超短波的波长为 10 米~1 毫米,频率为 30~300,000 兆赫(注:波长在 1 米以下的超短波又 称为微波)。频率与波长的关系为: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: (1)地波(地表面波)传播
沿大地与空气的分界面传播的电波叫地表面波,简称地波。其传播途径主要取决于地 面的电特性。地波在传播过程中,由于能量逐渐被大地吸收,很快减弱(波长越短,减弱越 快),因而传播距离不远。但地波不受气候影响,可靠性高。超长波、长波、中波无线电信 号,都是利用地波传播的。短波近距离通信也利用地波传播。
(2)直射波传播 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,超短波和微波通信就是 利用直射波传播的。
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)。限制直射波通信距离的因素主要是地球表面弧度和山地、楼房等 障碍物,因此超短波和微波天线要求尽量高架。
(3)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。 (4)散射传播 散射传播是由天线辐射出去的电磁波投射到低空大气层或电离层中不均匀介质
时产生散射,其中一部份到达接收点。散射传播距离远,但是效率低,不易操作,使用并 不广泛。
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 层对短波的反射作用最大,分为 F1 和 F2 两层。 F1 层高度 150~200 公里,只在日间起作用,F2 层高度大于 200 公里,是 F 层的主体,日 间夜间都支持短波传播。
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 随地区、季节、时间、太阳黑子活动等因素的变化而变化,这决定了短波通信的频率也必 须随之改变。
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。
4、短波传播途径
短波的基本传播途径有两个:一个是地波,一个是天波。 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特性。海面介质的
电导特性对于电波传播最为有利,短波地波信号可以沿海面传播 1000 公里左右;陆地表 面介质电导特性差,对电波衰耗大,而且不同的陆地表面介质对电波的衰耗程度不一样(潮 湿土壤地面衰耗小,干燥沙石地面衰耗大)。短波信号沿地面最多只能传播几十公里。地 波传播不需要经常改变工作频率,但要考虑障碍物的阻挡,这与天波传播是不同的。
短波的主要传播途径是天波。短波信号由天线发出后,经电离层反射回地面,又 由地面反射回电离层,可以反射多次,因而传播距离很远(几百至上万公里),而且不受 地面障碍物阻挡。但天波是很不稳定的。在天波传播过程中,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。

二、单边带的概念
在无线电通信中,传送信息的载体是特定频率的载波(也称为主频)。那么信息又是 如何放到载波上的呢?这就引出了“调制”的概念。调制就是将信息的动态波形通过一定形 式加到载波上发送出去,接收台收到被调制的载频信后,再还原信息。调制分为幅度调制 (简称“调幅”)、频率调制(简称“调频”)、相位调制(简称“调相”)三种。中波、短波一 般采用调幅方式,超短波一般采用调频方式。
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。
1.单边带的定义
调幅信号的频谱是由中央载频和上下两个边带组成的。将载频和其中一个边带加以抑 制,剩下的一个边带就成为单边带信号。如果用一个边带再加上部份载频或全部载频,就 成为兼容式调幅信号。
2、单边带的优点
单边带的优点是:(1) 提高了频谱利用率,减少信道拥挤;(2)节省发射功率约四分之 三;(3)减少信道互扰;(4)抗选择性衰落能力强。一部 100W 单边带电台的实际通话效果, 相当于过去 1000W 以上双边带电台。
3、短波单边带主要术语
SSB 载波和一个边带全抑制的单边带话 USB 上边带话 LSB 下边带话 AM 全载波单边带话(全载波兼容式调幅话) J2A 单边带报(用上边带或下边带传送手键报)
优化短波通信的方法
一、改善短波信号质量的三大要素
由于短波传输存在固有弱点,短波信号的质量不如超短波。不过我们可以通过一些途 径改善短波信号质量,使其尽可能接近超短波。改善短波信号质量的三大要素是:正确选 用工作频率;正确选择和架设天地线;选用先进优质的电台和电源等设备。

1. 正确选用工作频率
短波频率和超短波频率的使用性质完全不同。超短波属于视距通信,距离短,可以固 定使用频段内的任何频点;而短波频率则受到电离层变化、通信距离和方向、海拔高度、 天线类型等多种因素的影响和限制。用同一套电台和天线,选用不同频率,通信效果可能 差异很大。
对于有经验的短波工作者来说,选频并不困难,其中有明显的规律性可循。一般来说: 日频高于夜频(相差约一半);远距离频率高于近距离;夏季频率高于冬季;南方地区使 用频率高于北方;等等。另外,在东西方向进行远距离通信时,因为受地球自转影响,最 好采用异频收发才能取得良好通信效果。如果所用的工作频率不能顺畅通信时,可按照以 下经验变换频率: (1)接近日出时,若夜频通信效果不好,可改用较高的频率; (2)接近日落时,若日频通信效果不好,可改用较低的频率; (3)在日落时,信号先逐渐增强,而后突然中断,可改用较低频率; (4)工作中如信号逐渐衰弱,以致消失,可提高工作频率; (5)遇到磁暴时,可选用比平常低一些的频率。
利用计算机测频软件预测可用频率对短波通信很有帮助,是国外经常采用的先进技术 手段。计算机测频系统能够根据太阳黑子活动规律等因素,结合不同地区的历史数据,预 测两点之间在未来一段时期每天各时节的可用频段,具有较高参考价值。
美国、欧盟、澳大利亚政府的计算机测频系统数据比较准确,它们通过分布在全球的 监测点采集和跟踪各种环境参数的变化提供频率依据。其中澳大利亚的 ASPAS 系统面向 全世界提供测频服务,安装和服务费用不高,很有使用价值。
2. 正确选择和架设天线地线
天线和地线是很多短波用户容易忽视的问题。当通信质量不好时,很多人习惯于从电 台上找原因,而实际上信号不良常常源自天线或地线。
短波和超短波使用的天线是完全不同的。超短波通信因为使用频率高,波长短,天线 可以做得很小,通常为直立鞭状天线。而短波通信因使用的频率较低,天线必须做得足够 大才能有效工作。简单的规律是:天线的长度达到所使用频率的 1/2 波长时,天线的效率 最高。
短波天线的理论原理比较高深。短波天线的种类繁多,用途各异,究竟应该选购何种 天线,怎样安装架设才能获得良好的通信效果?根据我们了解和掌握的情况作如下简要介 绍: (1)了解天线的基本工作原理
短波天线分地波天线和天波天线两大类。 地波天线包括鞭状天线、倒 L 形天线、T 形天线等。这类天线发射出的电磁波是全方 向的,并且主要以地波的形式向四周传播,故称全向地波天线,常用于近距离通信。典型 地波天线和 波瓣分布如图 1.2 和图 1.3 所示。地波天线的效率主要看天线的高度和地网的质量。 天线越高、地网质量越好,发射效率越高,当天线高度达到 1/2 波长时,发射效率最高。
图 1.1 典型地波(T 形)天线结构示意图 图 1.2 典型地波天线垂直波瓣分布图
天波天线主要以天波形式发射电磁波,分为定向天线和全向天线两类。典型的定向天

波天线有:双极天线、双极笼形天线、对数周期天线、菱形天线等,它们以一个方向或两 个相反方向发射电磁波,用天线的架设高度来控制发射仰角,其典型波瓣分布如图 3.3、 图 3.4 和图 3.5 所示。典型的全向天波天线有:角笼形天线、倒 V 形天线等。它们是以全 方向发射电磁波,用天线的高度或斜度来控制发射仰角。
图 1.3 典型天波天线(双极天线)结构示意图 图 1.4 典型天波天线水平波瓣分布图 图 1.5 典型天波天线垂直波瓣分布图
天波天线简单的规律为:天线水平振子(一臂的)长度达到 1/2 波长时,水平波瓣主 方向的效率最高;天线高度越高,发射仰角越低,通信距离越远;反之,天线高度越低, 发射仰角越高,通信距离越近;天线高度与波长之比(H/λ )达到二分之一时,垂直波瓣 主方向的效率最高。 (2)按用途选购天线
随着短波通信技术的发展,短波天线出现了很多不同用途的新品种,例如用于短波跳 频的高效能宽带天线;用于为了解决天线架设场地小和多部电台共用一副天线的多馈多模 天线等。选择天线基本的着眼点应该是用途。
近距离固定通信:选择地波天线或天波高仰角天线。 点对点通信或方向性通信:选择天波方向性天线等。 组网通信或全向通信:选择天波全向天线。 车载通信或个人通信: 选择小型鞭状天线。 (3) 正确处理天线价格与质量的关系 俗话讲一分钱一分货。首先同种用途的天线有不同种类,其增益有高低之分。此外同 一种外形的天线,使用不同材料;不同制造工艺,其通信效果的差异是很大的。例如以特 种不锈铜钢复合绞线为振子的天线,比用塑包线为振子的天线高频电磁转换效率高得多。 又例如匹配器所用的磁性材料优劣,对电台与天线的匹配状态影响极大。高性能磁料能够 保证全频段每个频点都能良好匹配;劣质磁料可能造成很多频点甚至整段频率匹配不好, 驻波比过大。使用劣质天线,电台输出的功率可能只送出去不到三分之一甚至更少,通信 效果可想而知。 在投资增加不多的前提下,尽量选用高质量高增益的天线,能够保证长期稳定和优良 的通信效果和延长使用寿命,是很划算的。 (4)介绍二种性能和价格兼优的基站天线 根据多年的对比实验和实际使用经验,我们认为有两种进口天线在性能上能够广泛满 足我国大多数用户的通信要求,而且价格不高,性能价格比好,以下分别介绍: ● 用于全方位通信的三角组合型全向全角天线 我国省级行政区,从省会到边缘地区的距离多数在 1200 公里以内。在这个区域内组 建全省或地区的通信网,中心基站选用这种天线是比较理想的。 这种天线既能照顾 360°全方位,又能照顾近中远各种距离,接收效果好,对改善通信盲 区特别有效,此外它能兼顾垂直极化波和水平极化波,对区域内各种台站的不同种类天线 的兼容性好。 ● 兼顾全向和定向两种用途的高增益三线式天线 三线式天线是国际上近年流行的新型多用途天线,它虽然属于偶极天线类,但其性能 是普通双极天线无法相比的。与普通双极天线相比它有以下优点: 增益高,全频段内驻波比小,而且均匀辐射效率高; 水平架设时不仅在天线宽边方向辐射强,而且在窄边方向也有较强辐射; 架设状态平稳,抗风抗毁能力强; 提供平行和倒 V 两种架设方式,分别支持 2500 公里内定向通信和 2000 公里半径内全

向通信。 以上两种天线的振子材质都是不锈铜钢复合绞线,电磁转换效率高而且经久耐用;其
高性能磁性材料保证了全频段匹配良好。 (5)正确架设天线和连接馈线
选购好合适的天线后,还必须正确地安装架设,才能发挥出最佳效果。 天线的长度和架设规范是不能改变的,但对于某些天线而言,架设的方向和高度是靠 用户自己掌握的,应严格按通信的方向和距离来确定方向和高度。天线的架设位置以开扩 的地面为好,没有条件的单位也可以架在两个楼房之间或楼顶。天线高度指天线发射体与 地面或楼顶的相对高度。架在楼顶时,高度应以楼顶与天线发射体之间的距离计算,不是 按楼顶与地面的高度计算。我们提醒用户,切忌因为架设场地不理想或怕麻烦,就随便把 天线架起来完事,这样做通信效果很可能是不好的。 另一个要点是馈线的选用和布设。馈线是将电台的输出功率送到天线进行发射的唯一 通道,如果馈线不畅通,再好的电台和天线,通信效果也是很差的。馈线分为明馈线和射 频电缆两类。目前 100W~150W 电台一般都使用射频电缆馈电方式。选用射频电缆时要注 意两项指标:一是阻抗为 50 欧姆;二是对最高使用频率的衰耗值要小。一般来讲,射频 电缆直径越粗,衰耗越小,传输功率越大。在实际使用中,100W 级短波单边带电台,常 选用 SYV-50-5 或 SYV-50-7 的射频电缆,必要时也可以选 SYV-50-9 的射频电缆。 天线在进行安装选位和布设时,应尽可能缩短馈线的长度,普通 SYV-50-5 馈线每 1 米造成信号衰减 0.082dB,这意味着 100W 电台功率通过 50 米馈线送达天线时,功率剩下 不到 40W。因此通常要求馈线长度控制在 30 米以内。如果因为场地条件限制必须延长馈 线,则应采用大直径低损耗电缆。另外在布设电缆,应尽量减少弯曲,以降低对射频功率 的损耗,如果必需弯曲,则弯曲角度不得小于 120 度。 (6)电台和天线的匹配 天线、馈线、电台三者之间的匹配必须引起高度重视,否则,虽然电台、天线、馈线 都选得很好,通信效果还是不好。 所谓“匹配”就是要求达到无损耗连接,只有电台、馈线、天线三者保证高频输入输 出阻抗一致,才能实现无损耗连接。多数短波电台的输出/输入阻抗为 50 欧姆,必须选用 阻抗为 50 欧姆的射频电缆与电台匹配。天线的特性阻抗比较高,一般为 600 欧姆左右, 只有宽带天线的特性阻抗稍低一点,大约 200~300 欧姆,因此,天线不能直接与射频电缆 连接,中间必须加阻抗匹配器(也叫单/双变换器)。阻抗匹配器的输入端阻抗必须与射频 电缆的阻抗一致(50 欧姆),输出端阻抗必须与天线的输入阻抗一致(600 欧姆或 200/300 欧姆)。阻抗匹配器的最佳安装位置是与天线连为一体。 自动天线调谐器也是匹配天线和电台阻抗用的。自动天调的输入端与电台连接,输出 端与单极天线连接。自动天调与偶极天线连接时要根据不同产品而定。有些天调要求加单 /双变换器,天调与单/双变换器之间用 50 欧姆射频电缆相连(芯线接天调输出端,外皮接 天调的地端),单/双变换器的双输出端与天线连接;多数新型天调不用加单/双变换器,用 天调的输出端和接地端分别连接偶极天线的两臂,匹配效果更好,而且效率更高。 (7)正确埋设接地体和连接地线 地线是很多用户容易草率处理的问题。短波通信台站的地线是至关重要的,地线实际 上是整个天馈线系统的重要组成部分。我们所说的地线,不是交流供电系统中的电源地或 保安地。这里所说的地线是信号地,也称高频地。信号地一般不能接到电源地或保安地上, 必须单独埋设。埋设接地体时,必须按有关标准进行,接地电阻不应大于 4 欧姆。电台的 接地柱和接地体之间,必须用多股线铜、编织铜线或大截面优良导体连接,才能起到良好 的高频接地作用。而良好的高频接地是减小发射驻波和减小接收噪声的必要前提。

3. 选用先进优质的电台和电源
工作频率和天线地线搞好了,相当于铺了一条“好路”。好路上还要跑“好车”。好车 就是先进优质的电台和电源等设备。 (1)选择电台的原则和标准
怎样评价电台的先进性和优质呢?先进性体现在两个方面:一是电气特性和工艺结 构,这方面先进与否决定了性能指标的优劣和设备的可靠性;二是使用功能,具有多种先 进功能的电台不仅用途更广泛,而且也说明制造者的科技实力。 电气特性涉及的内容很多,这里只简述三个方面: ① 频率特性。好的电台频率稳定性比差的电台高几倍、几十倍甚至几百倍。频率稳定性
高的电台,不但话音清晰,信号等级高,而且是支持高速数传的必要条件。在评价频 率稳定性时要注意两点:一是全频段各频点的稳定性要一致;二是要在很宽的温度范 围内稳定,不能机器一发热就产生频漂。 ② 通道特性。这一特性描述信号在通过高频、中频、低频几个通道后的畸变程度。当进 行短波数传时,这一问题非常突出。使用通道特性差的电台,无论怎样改造,数传速 率都上不去,原因之一就是高速数据脉冲通过不佳的通道后发生明显畸变,使其难以 被识别。 ③ 干扰和抗干扰特性。这方面的性能在技术说明书上都是以 dB(分贝)值表示的,我们 统称为 dB 指标。电台发射方面的 dB 指标不好,说明你传给对方台的信号不好,而且 干扰其它台;电台接收方面的 dB 指标不好,说明自身容易被别人干扰;二者都是不能 容许的。 工艺结构方面,主要看电路集成度和模块化程度。集成度高,可靠性必然高。模块化 除了提高设备可靠性外,还使扩展功能和维修十分便利,是当今电台工艺的主流趋势。 再来看使用功能。社会需求的发展和科技的进步,使短波通信日益向多功能化方向发 展。像用于半自动优选频率的自适应功能和全自动优选频率的自优化功能,用于计算机和 传真机的数据传输功能,用于保密和抗干扰的跳频功能,用于组网通信的数字选呼功能, 用于卫星定位的 GPS 监控功能,用于连接有线网的有线无线转接功能,等等。在具有这些 现代化功能的电台面前,那些只能进行简单通话的电台就显得太原始了。目前在国内有一 种现象,就是很多单位致力于在一些单功能电台上添加数传、自适应等功能。这固然是由 于有大量旧式电台要改造,可能还有造价方面的考虑。但可以肯定这种现象是过渡阶段。 正像现在大家都用 GSM 手机,再也没有人使用土造的手持电话一样,未来的短波领域也 势必普及先进的多功能电台。此外,先进优质电台的售价呈下降趋势,也越来越接近我国 用户的经济承受能力。 哪些电台先进而且优质,要具体分析,但有一点可以肯定:目前国内常见的多数日本 电台,其电性能、可靠性、功能等与欧美和澳大利亚名牌产品不在一个等级上。 澳大利亚柯顿公司首创的 NGT 自优化短波电台,正是先进电台的代表。 (2)电源质量与通信效果的关系 很多人认为只要稳压电源的输出电压和电流的数值符合要求就可以用,这种认识不够 全面。其实有些干扰可能来自电源,有些话音失真也可能是电源动态范围不足所致。数据 传输对电源的要求更严格,如果电源的电磁屏蔽特性不好,输出纹波大,将直接导致数传 工作不正常。功率容量和设计余量也是考核稳压电源优劣的重要依据,有些电源为了降低 生产成本,加强价格竞争能力,把功率容量设计在临界状态,并尽量简化电路,选用低指 标元器件等等。这类电源的技术性能和可靠性肯定是做不高的。 好汽车要用好发动机,好电台要用好电源,道理是相同的。

在选购电源时,一定要挑选功率容量大、输出电压纹波小、电磁屏蔽特性好、电路设 计余量大的静化电源产品。
4、短波通信的常见难点及解决方法
(1) 近距离盲区及解决方法 前节已介绍了天波和地波二种传输途径。一般来说,地波最远可达 30 公里。而天波
从电离层第一次反射落地(第一跳)的最短距离约为 100 公里。可见 30 至 100 公里之间 这一段,地波和天波都够不到,形成了短波通信的“寂静区”,也称为盲区,如图 2.1 所 示。盲区内的通信大多是比较困难的。解决盲区通信主要有两个方法:一是加大电台功率 以延长地波传播距离;二是常用的有效方法就是选用高仰角天线,也称 “高射天线”或 “喷泉天线”。仰角是指天线辐射波辨与地面之间的夹角。仰角越高,电波第一跳落地的 距离越短,盲区越少,当仰角接近 90°时,盲区基本上就不存在了。前文提到的三角组合 型全向全角天线就属于这一类。
图 2.1 电波越距现象及盲区 (2) 车载台的通信困难及解决方法
车载通信一直都是短波通信中的一个难题。车的体积就那么大,没办法架长天线,其 辐射能力怎么也比不上固定台。因此必须从合理设计天线形态和合理选择架设位置等方面 来弥补,尽可能利用车体的反射效应,尽可能增加天线的“电长度”。
车载天线有多种,现在国际上多认为鞭状天线更适合车辆运动中通信,而自动天调应 该安装在车外,最好是与天线鞭结合为一体,也就是常说的自调谐鞭状天线,这种天线因 天调输出端与天线连接的馈线很短,故效率比较高。美军现在就大量使用这种天线。
鞭状天线可选择两种架设形态:①远距离通信时多用直立形态,这时可以利用地面以 下部分的“镜象天线”效应,使天线鞭的电长度比实际架高增加将近一倍。②近距离通信 时通常将天线鞭拉弯俯卧,利用车顶的反射作用增加高仰角辐射分量,改善盲区通信效果。
不管采取何种措施,车载台因天线长度的限制,发射效率肯定不如固定台高,因此实 际通信中常常发现车载台收固定台的信号好,而固定台收车载台的信号不好的现象,为了 弥补这种差异,建议车载台备份野外应急软天线供停车时使用。 国外目前还建议采用加大车载台功率的方法延长地波通信距离,改善盲区。提高车载台功 率需要在原有 100W 电台基础上接续 500W 功率放大器,并相应改用大功率车载天线和大 功率车载电源,这种大功率车载系统是行之有效的。
比较而言,船载通信比车载通信困难少得多。一是因为船体长,有围杆,便于架设天、 地波兼顾的斜天线;二是海面地波传得远而且船离基地台距离也较远,不容易形成通信盲 区。但是船载天线要求抗风强度高,抗腐蚀能力强。 (3) 延长个人携带台通信距离的方法
个人携带台在行进中通信时只能使用短的鞭状天线。一副 3 米长的鞭天线配合 25~50W 电台,一般最远只能通 20 公里。如果要求通得更远,必须换用野外快速型长天线。一种 快速天线是 20 米斜拉型,以最简洁的方法沿地面斜拉架设,最大通信距离可达 1000 公里 以上。如果使用全长 30 米的三角形快速天线,通信距离更远。
以上两种天线也可以用作车载台的备用天线,在停车时换用,能够明显改善盲区内和 远距离的通信效果。

5、短波噪声及消除方法
(1) 插入噪声 在两段话音之间涌现的噪声称为插入噪声,这种噪声消除起来比较容易。现在多数短
波电台和超短波电台都提供可选用的“静噪”功能。打开静噪开关,插入噪声就被抑制了。 但是“静噪”功能不能解决与有用信号混杂在一起的噪声。 (2) 背景混杂噪声
与信号混杂在一起的背景噪声是最令人头痛的,消除起来也是最困难的,必须通过 DSP 数字消噪技术加以解决。从使用类型来看,DSP 数字消噪分为对端消噪和单端消噪两种。 ①对端消噪
所谓对端消噪,就是需要发方电台和收方电台互相配合进行的消噪。其过程是:在发 方,电台对信号和噪声进行大倍率的平等压缩;在收方,电台对信号和噪声进行不平等的 解压,通过这一过程,强化了信号,弱化了噪声,实际消噪效果是比较明显的。但是对端 消噪在实际用中遇到两个困难:一是消噪器要单独适配电台,设备互换性差;二是不配消 噪器的电台参与通信比较困难。这两个问题制约了对端消噪器的推广。 ②单端消噪棗噪声滤除技术
单端消噪只处理本机收到的信号,无须对方台配合,因而完全克服了对端消噪的弊端, 成为消噪技术的发展主流。单端消噪的原理是根据有用信号的声谱对话音进行数字化处 理,从而滤除噪声分量,因此也称为滤噪。目前有单独的滤噪器产品,还有像柯顿 NGT 电台,已经把滤噪器做成了电台的标准功能,消噪效果比较理想,不但滤除了讨厌的噪声, 还可以将几乎被噪声淹没的微弱信号提升 1~2 个等级。 (3) 附加噪声
附加噪声不是来自传播路径或电台本身,而是由于安装电台的地点、位置、安装条件 等方面的原因所产生。例如设台地点周边电磁环境太乱,存在干扰源;地线不合格,导入 本地噪声;车载电台因接地和屏蔽不良而引入本车噪声源等等。附加噪声种类很多,要具 体问题具体解决。
短波通信中的天线选型
短波通信是指波长100-10米(频率为3-30MHz)的电磁波进行的无线电 通信。短波通信传输信道具有变参特性,电离层易受环境影响,处于不断变化当中,因此, 其通信质量,不如其它通信方式如卫星、微波、光纤好。短波通信系统的效果好坏,主要 取决于所使用电台性能的好坏和天线的带宽、增益、驻波比、方向性等因素。近年来短波 电台随着新技术提高发展很快,实现了数字化、固态化、小型化,但天线技术的发展却较 为滞后。由于短波比超短波、卫星、微波的波长长,所以,短波天线体积较大。在短波通 信中,选用一个性能良好的天线对于改善通信效果极为重要。下面简单介绍短波天线如何 选型和几种常用的天线性能。
一、衡量天线性能因素
天线是无线通信系统最基本部件,决定了通信系统的特性。不同的天线有不同的辐射 类型、极性、增益以及阻抗。

1.辐射类型:决定了辐射能量的分配,是天线所有特性中最重要的因素,它包括全向型 和方向型。
2.极性:极性定义了天线最大辐射方向 具有垂直极性,水平天线具有水平极性。
3.增益:天线的增益是天线的基本属性,可以衡量天线的优劣。增益是指定方向上的最 大辐射强度与天线最大辐射强度的比值,通常使用半波双极天线作为参考天线,其它 类型天线最大方向上的辐射强度可以与参考天线进行比较,得出天线增益。一般高增 益天线的带宽较窄。
4.阻抗和驻波比(VSWR):天线系统的输入阻抗直接影响天线发射效率。当驻波比(V SWR)1:1时没有反射波,电压反射比为1。当VSWR大于1时,反射功率也 随之增加。发射天线给出的驻波比值是最大允许值。例如:VSWR为2:1时意味 着,反射功率消耗总发射功率的11%,信号损失0.5dB。VSWR为1.5: 1时,损失4%功率,信号降低0.18dB。
二、几种常用的短波天线
1.八木天线(Yagi Antenna) 八木天线在短波通信中 Hz以上频段,八木天线在理想情况下增益可达到19dB,八木天线应用于窄带和 高增益短波通信,可架设安装在铁塔上 设几个八木天线,八木天线的主要优点是价格便宜。
2.对数周期天线(Log Periodic Antenna) 对数周期天线价格昂 贵,但可以使用在多种频率和仰角上。对数周期天线适合于中、短波通信,利用天波 信号,效率高,接近于发射期望值。与其它高增益天线相比,对数周期天线方向性更 强,对无用方向信号的衰减更大。
3.长线天线(Long-Wire Antennas) 长线天线优点是结构简单,价 格低,增益适中。与八木天线和对极周期天线比,长线天线长度方向性和增益低。但 其优势在于,由于其增益与线长度有关,用户可以找到最佳接收线的长度和角度。通 过比较信号波长,计算出线的长度,非常适合于远距离通信。当线长4倍波长在仰角 为25度时与双极天线比增益高3dB,当线长8倍于波长时,增益高6dB,仰角 下降到18度。
4.车载移动天线(Mobile Antennas) 移动天线一般工作在2.0~2 5MHz频段上,为垂直极性天线,性能与机械特性有关,天线长度较短,在低仰角 工作时,发射效率适中。在通常情况下,车载天线仰角应大于45度,因为天线长度 较短,是低效天线。在汽车上,机械特性限制了天线的选择,但天线可以放置为倒"L" 型,这样增加了天线的垂直辐射面,可以提高发射效率,倒"L"天线适宜用于中短波通 信。
三、常用短波天线性能
方向性天线、简单的双极天线适用于短距离通信,但短波远距离通信信号微弱,甚至 被各种噪音淹没时,天线就需要选择比双极天线增益更高的天线。理想方向性天线在工作 方向上具有很高增益而无用方向上增益为0。 四、不同环境下天线选型

1.固定站间远/近距离通讯 由于固定站间通讯方向是固定不变的,所以一般采用高增益,方向性强的短波天线。
通信距离在1000-3000公里,可使用高增益,低仰角对数周期天线(LP),但 天线价格昂贵。在实践中100W短波自适应电台配这种天线,可基本实现北京至昆明, 乌鲁木齐甚至拉萨全天候通信。如果通信质量要求不是太高也可使用价格相对便宜的天线 如八木天线,长线天线,但长线天线需用天调。距离在600Km以内时采用水平双极天 线可取得较好效果,但水平双极天线占地较大,中心站电台较多不适合布天线阵。 2.固定站与移动站间通讯
由于移动站在运动中,通讯方向不固定,所以中心站的天线应选用全向天线, 例如,多膜短波宽带天线或配有天线调谐器的鞭状天线。多膜天线虽然价格较贵,但是一 个天线竿上可以绕三副天线(两副高仰角天线,一副低仰角天线)远、近距离通信均可兼 顾。中心站也可用鞭状天线,鞭状天线的仰角低,近距(20--100公里)通信困难, 远距离(500--3000公里)只要频率合适,通信效果较好。 移动站天线由于安装面 的限制,多采用鞭状天线,国内有时用栅网、双环、三环天线。远距离通信时,鞭状天线 竖直,近距离通信则可以放置为倒"L"型,这样使用增加了天线的垂直辐射面,可以提高 发射效率。只要天线的发射角、电台的工作频率合适,可以克服短波盲区(3 0--80公里)的通信困难。 3.干扰环境下的天线选型
电台干扰是指工作在当前工作频率附近的无线电台的干扰,其中包括敌方 有意识的电子干扰。由于短波通信的频带非常窄,而且现在短波用户越来越多,因此电台 干扰就成为影响短波通信顺畅的主要干扰源。特别对于军用通信系统,这种情况尤其严重。 电台的干扰与其他自然条件引起的干扰有很大的不同,它带有很大的随机性和不可预测 性。在敌方有意识的电子干扰情况下,采用高增益、方向性强的对数周期天线可取得一定 的效果。当然,克服干扰主要提高短波电台性能(发射功率、接收灵敏度等等)或者采用 频率自适应、短波宽带跳频技术。如果需要数传,调制解调器性能也非常关键,带有交织 功能的串行体制短波高速调制解调器具有良好的抗干扰性能。 4.显示的是根据用户不同增益、仰角的要求选用天线表。
短波通信盲区及解决方法
尽管当前新型无线通信系统不断涌现,短波这一最古老和传统的通信方式仍然受到全 世界的普遍重视,在卫星通信和移动通信快速发展的今天,短波通信不仅没有被淘汰,还 在快速发展。 其原因是:短波通信距离远、抗毁能力和自主通信能力强、运行成本低。
短波通信技术发展状况 近年来,短波通信技术在世界范围内获得了长足进步,出现了很多新电台、新装
备和新技术。其主要特点是: 1.短波电台 短波单边带电台体积越来越小,功能越来越多,性能越来越好,兼容性越来越强。
数字化是短波电台的必然发展趋势。 2.短波天线 短波天线主要是向宽带、全向、无“盲区”、高增益方向发展。体积越来越小,效
率越来越高。现推出了多款新型基站天线和车载天线。 3.频率选择

在频率选择方面,除已广泛使用的 ASAPS 测频系统和 ALE 自适应选频方法外, 又推出了短波全频段实时自适应选频系统和频率管理系统。
4.噪声消除 在抗噪声方面推出了多种静噪、消噪方式,尤其是美国 SGC 公司最近推出的
ADSP2 单端消噪器,可以串接在任何无线电台的收信音频放大电路中或做成消噪扬声器, 消除信道中的背境噪声,使短波电台的收听质量,达到或接近超短波电台的收听水平。
5.组网通信 在组网通信方面,除自适应(ALE)功能中的选呼组网方式外,国外己推出了
CCIR493 数字选呼系,该系使每一部电台分得一个不重复的 ID 码(4~6 位),通过它可组 成万台级的大网,现在澳大利亚生产的短波电台,欧、美生产的部份短波电台,己作为常 规功能,固化于整机中。CCIR493 数字选呼系统可实现单呼、组呼、群呼,收发短信息, 传送 GPS 定位信号,传送警报信号,实现短波/市话网双向自动拨号等功能。
短波通信盲区及解决方法
一、短波传播方式
无线电广播、无线电通信、电视、雷达等都要靠无线电波的传播来实现。 电波在各种媒介质及媒介质分界面上传播的过程,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(表面波)传播,直射波(视距)传播,天波传播,散射传播。 超短波适用直射波传播方式进通信。 短波的基本传播途径有两种: A、地波(表面波)传播。 B、天波传播。天波传播是短波通信的主要传输方式。 1、地波传播 沿大地与空气的分界面传播的电波,叫地面波或表面波,简称地波。地波的传播 途径如图 1-1 所示。其传播途径主要取决于地面的电特性。地波在传播过程中,由于部份 能量被大地吸收,很快减弱,波长越短,减弱越快,因而传播距离不远。但地波不受气候 影响,可靠性高。通常,超长波、长波、中波无线电通信,利用地波传播。 2、天波传播 天波是指由天线向高空辐射的电磁波受到天空电离层反射或折射后返回地面的 无线电波。传播途径如图 1-2 所示。 天波是短波的主要传播途径。短波信号由天线发出后,经电离层反射回地面,又 由地面反射回电离层,可以多次反射,因而传播距离很远(可上万公里),而且不受地面 障碍物阻挡。但天波传播的最大弱点是信号很不稳定的,处理不好会影响通信效果。随着 无线电通信新技术的不断涌现,天波传播弱点对短波通信的影响,正在逐步被克服。 3、 通信盲区 上面已介绍了地波和天波两种传播方式。一般来说,地波的传播距离可达 20~30 公里,而天波从电离层第一次反射落地(第一跳)的最短距离约为 80~100 公里,可见 20 至 100 公里之间这一段,地波和天波都够不到,形成了短波通信的“寂静区”,也称为盲区, 如图 1-3 所示。盲区内的通信大多是比较困难的。车载 台由于天线的限制,均存在通信 盲区问题。

二、解决通信盲区的方法
1、常用方法: 一是加大电台功率以延长地波传播距离;二是常用的有效方法就是选用高仰角天线,
也称“高射天线”或“喷泉天线”,缩短天波第一跳落地的距离。仰角是指天线辐射波瓣与地 面之间的夹角。仰角越高,电波第一跳落地的距离越短,盲区越少,当仰角接近 90°时, 盲区基本上就不存在了。
在新式天线未出现之前,我们常用低架双极天线来解决近距离通信盲区问题,效果也 不错。
2、三线式天线是目前效果较好的短波基站无盲区天线 澳大利亚月光公司生产的 FD-230 系列三线式宽带短波天线,已在我国推广使用较长
时间,据我们反复测试和用户实际使用情况反映,该天线不用接天调,增益高,架设方便, 通信效果好。水平架设使用,兼顾远、中、近距离通信(我们的用户最远的通 1 万 3 千公 里);倒 V 架设使用,实现中、近距离无盲区通信。该天线目前正在武警系统、陆海空三 军及二炮、公安系统、人防系统、林业部门、交通部门等单位大量推广使用。国内已有不 少三线宽带天线仿制品,但关键部件的质量和性能与国外产品还有不少差距。
3、ML-90 天线是目前国内最好的车载无盲区短波天线 长期以来,近距离通信盲区一直困扰着短波车载通信。人们尝试了各种天线,虽有不
同程度的改善,但无法从根本上解决问题。现在由澳大利亚科麦克公司发明的 ML-90 车载 电磁环天线完全解决了近距离通信盲区问题。
ML-90 天线采用单电磁环振子配合新式自动天调,其特殊结构和特殊调谐原理,使天 线产生强力的垂直幅射分量,天波信号以喷泉方式向空中幅射,大大缩短了经电离层第一 次反射落地(第一跳)电波的最短距离,使天波传播的最近距离与地波传播的最远距离衔 接,从而完全消除了近距离通信盲区。
ML-90 天线在 100 公里范围内没有通信盲区,信号等级可达 3~5 分;600 公里范围内 信号等级可达 2~4 分;1000 公里范围内信号等级可达 1~3 分。
4、7006 宽带软天线是便携式电台理想的无盲区天线 7006 天线结构轻巧,便于携带,能快速架设和收集。不需天调,2~30MHZ 范围内均
能良好配谐。适合个人携带电台、车载台、野外临时基站使用。它的全向通信半径可达 1000 公里,在 600 公里范围内能进行可靠通信。
短波通信新技术与新体制
短波无线电利用地波或低电离层进行几十公里到几百公里的中、近距离通信,利用 电离层反射进行数千乃至上万公里的远距离通信。短波电台既可用于大型固定台(站), 也可用于车载、舰载、机载或背负移动通信。短波通信设备简单,造价低廉,使用灵活机 动,坚固耐用是最基本的军事通信手段,世界各国都不遗余力地进行研究。由于电离层是 一种典型的时变传输媒介,存在瑞利衰落、多径效应、多普勒频移等复杂时变因素,使收 端码元在时间上展宽,包络发生畸变,因而数据传输产生码间干扰和误码。短波信道是带

宽受限的信道,射频频谱非常拥挤,信道间互相干扰严重。传统的短波通信以单边带(SSB) 电话为主,兼容低速数据和电报。六十年代卫星通信问世后,短波通信一度处于发展低潮。 随着微型计算机、移动通信和微电子技术的迅猛发展,促进了短波通信技术的更新,八十 年代以来,人们利用微处理器、数字信号处理(DSP)、自适应技术、跳频技术,不断提高 短波通信的质量和数据传输速率,增强自动化、新业务功能,提高自适应与抗干扰能力, 使现代短波通信重新焕发青春。各国竞相推出和装备各种短波自适应和跳频电台,我国也 研制出了短波自适应通信系统、频率管理预报系统、跳频系列电台。为适应信息时代数据 信息量飞速增长、电磁环境进一步恶化,短波通信必须提高数传速率和抗干扰能力,有效 利用短波频率资源,提高频带利用率,加强网络建设。
实时选频与自适应技术实时选频采用实时信道评估技术,探测电离层传输和噪声干扰 情况,即实时发射探测信号,根据收端对收到的探测信号处理结果进行信道评估,实现自 动选择最佳工作频率。
一、实时选频系统目前有两类:
(1)自适应频率管理系统-在短时间内,对全频段快速扫描和探测,不断预报各频率可用情 况。
(2)频率自适应系统-融探测与通信为一体,采用收发双方可靠呼应技术、线路质量分析 (LQA)技术和自动线路建立(ALE)技术,使短波通信频率随信道条件变化而自适应 地改变,确保通信始终在质量最佳信道上进行。自适应选频能充分利用频率资源、降低 传输损耗、减少多径影响,避开强噪声与电台干扰,提高通信链路的可靠性。短波模拟 通信已普遍采用自适应实时选频。自适应技术指实时或频繁地利用各种探测技术,根据 探测结果自动调整设备参数,达到最佳通信效果。短波自适应通信的核心是自动选择最 佳的工作频率,自动选用无线电信道和自适应数据传输。运用自适应选频、收发、调制 解调、编码、均衡以及天线等多种自适应技术,在严重干扰条件下,短波通信自动改变 工作频率、数传速率、调制方式、编码和纠错编码方式、最大限度地降低误码率。 跳频(FH)是指载频按照数字码系统规定的时-频图形,使频率相应跳变的一种扩频
技术,可以对抗多径干扰、邻道干扰、人为瞄准式干扰,提高通信的保护性和可靠性,传 统的短波慢跳频跳速为 10-100H/S。自适应技术与跳频技术相结合,实现自适应跳频,能 在质量良好的信道上进行跳频,跳频信道驻留时间可随意变动。
二、短波跳频有两种自适应方式:
(1)频率自适应跳频:基于对信道参数的探测,并适应信道质量的变化,自动在最佳频率集 上进行。
(2)干扰自适应跳频:基于对信道中干扰信号参数的估计,采用干扰自适应抑制和自动躲避 干扰的跳频。完整的自适应跳频通信系统,包括频率自适应和功率自适应控制,自适 应跳频控制器完成跳频序列产生、被干扰频点的检测与自动更换、跳频同步及跟踪、 信令协议及执行;自适应功率控制根据信道误码测量结果,自动调整输出功率,实现 以最小的发射功率获得正常通信效果。 自适应数据终端,在数据传输过程中,运 用选择自动请求重发(ARQ),使数传更可靠。自适应控制数据吞吐量是通过实时选择 信道,调节帧长、调制解调速率、交织时延和发射功率量级,以获得最大数据吞吐量。 窄带高性能调制解调短波窄带高速数传,按调制方式分为多音并行和单音串行两

种体制。单音并行体制:在话音通带内,把高速串行信道分裂成多个低速并行信道, 以若干个副载波在基带有效带宽内并行传输信息,接收机输出的多路数据信息,分路 后分别进行数据解调,得到多路低速数据信号,经过重新组合恢复成高速数据流。每 个副载波承载的数据率相当低,码元长度相对于多径时延已足够大,能抗多径衰落影 响。常用的多音有 16、39、52 音,每个单音受 QPSK/8PSK 调制。目前最高数据速率 为 2.4kb/s。新型多音并行调制解调器采用 FEC、分集、多普勒频移校正和 DSP 技术。 单音串行体制:在一个话路带宽内,串行发送高速数据信号。发送端采用 8PSK 调制, 接收端采用高效自适应均衡、序列检测和信道估值综合技术,消除了多径传播和信道 畸变引起的码间制串扰,串行制不存在功率分散问题,在相同传输速率下,误码率比 并行制改善 1-2 数量级,大大提高了传输质量,数传速率高达 9.6kb/s。格状编码调制 (TCM)是一种不牺牲带宽有效性,而提供功率有效性,并与信道编码相结合的调制 技术。编码器和调制器级联后产生的编码序列,具有最大的欧几里德自由距离,使编 码对系统性能的改善达到最大;充分利用接收到的信道信息,在解调时,对接收信号 进行软判决最大似然译码,从而得到系统的总体最佳性能。采用 TCM 技术的并行或串 行调制解调器,明显优于纠错编码与调制各自独立的并行/串行解调器。


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