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                                                     关于短波电波传播的初步知识

 

       短波通信受许多因素的影响,在弄明白这些之前,首先要知道电离层和太阳活动是如何影响它的。下面的介绍中,你可以知道怎么会存在世界范围的无线电传播,可以知道如何得到有关太空的天气信息(例如SFI,K index,A index等等)以及如何使用他们。当然介绍的都是一些初步的知识,有关短波传播的详细信息可以从其他地方得到,例如“ARRL HANDBOOK”等。  

 

     太阳不但是地球上万物的能量来源,同时它也使全球范围的短波通信成为可能。太阳的辐射对于地球上方的电离层起着至关重要的作用。太阳黑子(也就是太阳表面温度比较低的地方)是太阳电磁辐射活动增强的表现。太阳辐射给电离层(可以反、折射电波)带来了“离子”。每天的太阳黑子数都不相同,但它的活动符合11年的活动周期。                                                                   

      在下图所示的太阳黑子活动图中,我们可以清楚地看到太阳活动是按照11年为一个周期循环的。在太阳黑子的高峰年,通常能听到很多平时不容易听到的小功率电台。同时太阳黑子的数目的变化还存在着一个27天的变化周期,这主要是由于太阳的自转所引起的。当然,地球的倾斜自转轴以及椭圆的公转轨道(也造成了四季的变化)也影响着传播,简单的说就是地球上的白天和黑夜以及四季的变化,都会对传播产生影响。

一般来说高于10MHZ的频率在白天可用,而晚上则是低于10MHZ的频率。预测真正的最高可用频率(MUF)是一门牵涉到很多因素的艺术。

 

      太阳耀斑能释放出令人难以置信的大量的离子和频谱非常宽的电磁波能量。耀斑一般出现在太阳黑子的附近,而且一般只持续1~2分钟。根据所产生的X射线的多少,耀斑被分为X级、C级和M级(其中最大的耀斑称为X级。各级别之间的关系是:1X=10C=100M)。只能持续很短时间的耀斑能对电离层产生持续长达几天的影响。

 

     太阳辐射使大气层中的氧原子和氮原子失去了电子,形成离子。进而这些电离化的气体在地球上空30~250英里的范围内形成了4个不同的离子层。这些层通称为电离层。有了电离层对于短波信号的折射作用,才使远距离通信成为可能。

      D层是电离层中最靠近地面的一层。它在中午的时候电离程度最高,但是它的离子也很容易丢失。这一层只是吸收无线电信号的能量,而不是反射他们。D层电离化的程度越高,吸收无线电波的能力越强。

 

      跟D层相类似,在没有阳光照射的时候,E层失去它的离子的速度很快,因此它主要在白天影响传播。但是E层不像D层那样吸收较低频率的短波信号的能量而让较高频率的通过,E层可以把电波反射回地面。通常来说,在晚上E层非常弱,无线电信号都能穿透它。在某些时候,突发的E层甚至可以将VHF信号反射回地面。

 

      F1和F2层合称为F层。其实它们在夜间确实是合在一起的。对于远距离短波通信来说F层是最为重要的。F层在白天和晚上都存在,只是在晚上F层比较薄。也由于这个原因,F层在白天能把比较高的频率反射回地面,而到了晚上就让较高的频率通过。一般来说,在晚上可以把10~15MHZ的信号反射回地面。

 

      在晚上,D层消失,E层也变得很弱。F1和F2层合到了一起。由于没有了D层的吸收作用,我们可以开始使用较低的无线电频率。这也是为什么你可以在晚上听到很多国外的中波广播的原因。而那些在白天可以被反射的电波,在晚上则穿过了不够厚的F层。

 

      能被F层反射的最高频率被称为最高可用频率(MUF)。使用接近最高可用频率(MUF)的频率是一个很明智的选择。因为低于这个频率的将被吸收得多,而高于这个频率的又容易穿透电离层。有的时候,最高可用频率(MUF)甚至降到了5MHZ以下,这一般是由于电离层的扰动或者是F层过于稀薄。同样,太阳周期的最低点也会造成这种情况。

 

      当前电离层的条件直接影响着不同频率的无线电波的传播。太阳黑子可以使电离层的反射短波信号的能力增强。而太阳流又会使电离层扰动――导致电磁暴。骚动的电离层会吸收短波的信号,而不是传播信号。下面我们来看看这些参数。

 

      太阳黑子数:太阳黑子数越高,说明太阳的离子辐射增强,离子辐射可以增加电离层反射短波信号的能力。在11年的周期内,太阳黑子的数目可能在0到200以上的范围内变化。

 

      太阳流密度:跟太阳黑子数相类似,太阳流密度值是无线电信号的一个实际测量值。一般每天在2800MHZ(10.7cm)测量一次。从太阳来的无线电噪音越高,说明太阳的离子辐射越强,这跟太阳黑子数有相互关系。太阳流密度值的范围在60到300之间。60意味着没有太阳黑子。

A指数描述的是过去24小时的地磁条件。它的变化范围在0~400之间。不过通常很少可以看到A指数达到75或者是100的情况。一般情况下,A指数在5~50之间变化。低于10地值表明非常适合短波通信。较高的A指数意味着无线电波将被电离层风暴吸收很多能量。

 

      K指数与A指数类似,不过它反映的是前3个小时的情况,它的值得范围在0~9之间变化。数字越小说明电离层越安静。K指数是相当重要的。当K指数上升的时候,就可以估计到传播情况将会变坏,尤其是两极地区。

 

      从哪里可以得到最新的太阳和地磁指数的数据呢?WWVWWVH每个小时都提供这些数据,但由于在我国有BPM的存在,要接收WWVWWVH不是很容易。这种情况下通过互联网查询是最简单的方法。

 

http://spaceweather.com/

 

http://oh2aq.kolumbus.com/dxs/

 

      那么有没有什么现成的软件可以预测当天或者是更长一段时间内的短波传播呢?我通常使用的是W6ELProp 2.0http://www.qsl.net/w6elprop/),只要输入从互联网上获得的当日的SFIK指数以及目标地的经纬度(其实一般只要输入对方的呼号前缀就可以了)就可以算出一天内的传播情况。实践说明它的计算结果相当有用,我就是靠它的计算结果,用LONG PATH9L1DX(位于非洲的西部,ZONE 35,相当稀有)成功完成联络的,现在已经收到确认卡片。

图就是一个简单的实例,显示的是当时南京到塞拉里昂的传播预测。一般来说,显示20DB左右的信号就比较容易通联,当然,可用度越高越好(如图所示的A或B)。


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