[科普中国]-短波传播

波长在200～10米（相应频率为 1.5～30 兆赫）范围内的无线电波的传播。短波可以沿地面以地波方式传播，也可通过电离层反射以天波方式传播。一次反射（一跳）可传输4000千米，多次反射甚至可作环球传播。天波传播受电离层特性的影响。短波首次跨越海洋传播是1921年由业余无线电爱好者实现的，比G.马可尼实现中波跨越海洋传播晚 20 年。

简介由于短波传播距离远，经济方便，很快在通信和广播领域超过了中波传播的地位。在实现了卫星通信的现代，它仍然广泛用于远距离通信和广播。短波传播的理论基础是磁离子理论。根据电离层的结构和变化规律可对短波传播特性进行预测和预报。在工程应用中，人们最关心的短波传播特性是电波射线轨迹、传播模式、可用频率和场强计算等。根据电离层传播理论，不是所有短波都能从电离层反射而折回地面的。较高频率的短波要从较高电子密度分布的电离层才能反射折回地面。

特点短波1就是指波长从200m到10m范围内的电波。它可用地表波和电离层波来传播。短波用地表波传播时，由于地表波的衰减随着频率的升高而增加，对通常应用的发射功率来说，传播距离一般不超过几十公里，故只适用予小电台。短波用电离层波来传播时，由于电离层的吸收随着频率的升高而减小，对短波的吸收不大，故可借电离层对电波的一次或多次反射以进行远距离通信。短波用电离层波传播时，在大多数情况下，E层的电子浓度不足以使电波反射回来，电波穿过E层在F层反射。短波用电离层波传播时，需正确的选择工作频率。因此，选用工作频率时，应尽量接近电波能折回的最高频率，通常取最高频率的80～90 %作为工作频率。这样，一力面避免了当电离层变化时电波有穿过电离层的可能，另一方面，频率若取得太高，电波深入反射层的距离加大，有时反而使总吸收增大，也不一定恰当。由于电离层的情况昼夜不同，因此实际工作时白天与晚上需采用不同的工作频率，通常，一昼夜改变2～3次。因F层的电子浓度白天比晚上大。可以反射较高的频率，故白天用较高的频率，晚上用较低的频率。更换频率对于电波的吸收影响不大，因晚上虽运用的频率降低，但吸收会加大，然而晚上E层的电子浓度较小，陡吸收减少。短波用电离层波传播时，电波比较深入地通过电离层，因此受电离层变化的影响较大，信号较不稳定。

应用在中国,北京至南极洲长城站的2.2万多公里的通信中，短波仍是主要通信手段之一（见彩图）。近年，建立在实时电离层信道测量基础上的实时选频系统的出现，使短波通信误码率降至10-5,显示出短波通信仍有较强的生命力。

短波传播的理论基础是磁离子理论。根据电离层的结构和变化规律可对短波传播特性进行预测和预报（见电离层电波传播预报和电离层骚扰预报）。在工程应用中，人们最关心的短波传播特性是电波射线轨迹、传播模式、可用频率和场强计算等。

轨迹电波射线轨迹 当无方向性天线辐射的电波的频率大于电离层临界频率时，其能量会沿不同的传播路径向远处传播，即不同的波束有不同的电波射线轨迹（见图）。电波波束 1沿地面传播，因绕射作用而能到达离发射点几十至几百公里的地区，称为地波。其他仰角的电波波束均进入电离层。垂直入射电离层的波束9,因频率大于临界频率而穿透电离层不折回地面。略微倾斜的波束8、7经电离层折射后也穿过电离层。波束6的仰角较小,在电离层滑行后可能到达很远的地面,这种路径常称为彼得森射线。波束5的仰角更小，可以折回地面,但距离较近。波束4到达一个最近的距离，这个距离称为跳距。当仰角再小时，电波到达距离反而又远了。当仰角接近地面切线方向时，电波可到达4000公里左右的地方。跳距附近电波能量比较集中，这种现象称为跳距聚焦。在大于跳距的距离上，均可能有两个仰角的波束同时到达,仰角大的称高波,仰角小的称低波。波束4中高波和低波重合。由图可见,存在着一个天波和地波均不能到达的区域，称为寂静区。当电离层不断变化时，一定频率的电波传播距离、跳距和寂静区都会发生相应的变化。

传播模式传播模式 电离层呈多层结构，由发射点发出的同一电波波束经电离层反射到达一定距离的接收点的传播路径通常多于两个，称为多径传播或多模式传播。到达接收点的不同模式传播的电波有不同的时延和相位，这是引起短波场强衰落的主要原因之一（见多径效应）。短波地波属于绕射传播模式，而天波传播模式多样而复杂。通常以mXnY形式标记传播模式,X、Y代表反射层,m、n代表不同层反射次数。例如,1F表示F层一跳模式,1E2F表示E层一跳、F层二跳的混合模式。此外，还有高、低波模式和不经地面反射而经 Es层反射的M模式等。跨极区和跨赤道传播还有其他特殊传播模式。与几百公里或上万公里的电路相比，3000～5000公里电路的传播模式比较少，也比较简单。但是，对于一条电路来说，通常是一条路径损耗最小的模式起主要传输作用，这条路径也可能不是跳数最小的路径，因为路径损耗与路径沿途的环境条件有关。

可用频率根据电离层传播理论，不是所有短波都能从电离层反射而折回地面的。较高频率的短波要从较高电子密度分布的电离层才能反射折回地面。对于一定电子密度分布的电离层和一定的收、发距离,能反射折回地面的电波有一个频率最大值,称为最高可用频率(MUF)，它随收发间距离的减小而变低。因此，收、发在同一点时，所能反射折回地面的电波的最高频率是这一电子密度分布的电离层所对应的MUF中最低的,称为电离层临界频率。如果收、发间距离一定，发射频率较低，接收点可以收到有一定时延差的高、低角波;随着频率变高,高低角波时延差缩小以至渐变至零，高低角波重合；若频率再升高，则接收点落入跳距以内，完全收不到发射信号。因此，一定距离的电路能传播的频率必有一个上限，这个上限频率称为该电路的最高可用频率。另外，电波经电离层传播的能量还会被电离层吸收，吸收大小通常与频率平方成反比。频率较低，则信号电平因吸收增大而降低。当电平降低到刚能满足最低接收信噪比要求时，所用的频率称为该电路的最低可用频率 (LUF)。由此可见，短波传播为减少吸收应尽可能用高的频率。但一般只能用到0.85MUF的频率，因为若用MUF，只要电离层稍有变化，电波就穿出电离层而不折回。所以,0.85MUF的频率称为最佳可用频率。

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学