郭家琪

摘 要：在高頻率（HF，定義為3-30兆赫），無線電波可以通過多次反射，脫離電離層和地球進(jìn)行長(zhǎng)途旅行（從地球表面的一個(gè)點(diǎn)到地球表面的另一個(gè)遙遠(yuǎn)的地方）。低于最高可用頻率（MUF）的來自于地面源的高頻無線電波從電離層反射回地球之后可能再次反射回電離層，此后可能再次的反射回地球，如此反復(fù)，每一次連續(xù)跳躍都會(huì)使旅行達(dá)到更遠(yuǎn)。在其他因素中，反射表面的特性決定了反射波的強(qiáng)度，以及信號(hào)在保持有用信號(hào)完整性的情況下最終會(huì)傳播多遠(yuǎn)。而且，隨著季節(jié)，朝夕之間和太陽條件的變化，最高可用頻率也有所不同。高于最高可用頻率的波頻不會(huì)經(jīng)過反射和折射，而是穿過電離層進(jìn)入太空。在這個(gè)問題上，重點(diǎn)集中到海平面之上的反射。經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，洶涌的海面上的反射比平靜的海面上的反射被減弱的程度更多。海洋湍流將影響海水的電磁梯度，改變海洋的局部介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，改變反射面的高度和角度。波濤洶涌的海面，浪高、形狀和頻率變化很快，波的傳播方向也可能發(fā)生改變。由此可知，多跳高頻無線電的可用通信傳播范圍受近表面反射器的影響很大。電磁波在地表的反射引起能量衰減。

關(guān)鍵詞：高頻 多跳 反射 能量衰減

中圖分類號(hào)：TN01 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）05（c）-0041-02

文章對(duì)自然環(huán)境中復(fù)雜的海浪和山區(qū)進(jìn)行了提取，得到部分正弦圖像和直線圖像，用簡(jiǎn)單的正弦函數(shù)和水平軸來描述。只有這些正弦圖像和線性圖像在環(huán)境中均勻地出現(xiàn)以簡(jiǎn)化環(huán)境，正弦函數(shù)的參數(shù)才能描述表面的粗糙度。在每次討論中，都要固定斜率來表示射電反射面的入射角。利用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式和物理公式求出周期內(nèi)的非有效反射部分，從而得到反射器反射公式的表達(dá)式。

比較平靜海面和湍流海面的反射差異，可以比較它們的電磁損耗?？梢杂冒袇?shù)的反射率公式來模擬多跳反射的物理傳播特性，建立相應(yīng)的差分方程。通過MATLAB軟件，在可行范圍內(nèi)平等地調(diào)整參數(shù)值，從而改變無線電波的跳數(shù)和傳播距離。通過對(duì)數(shù)據(jù)的綜合分析，找到方程的合理解。根據(jù)這些合理的參數(shù)，模擬電波在粗糙海面上的傳播，并求解相應(yīng)的最大通信時(shí)間。

1 數(shù)據(jù)獲取

我們所參與的電離層的主要參數(shù)，如表1所示。

2 建立模型

在這一部分中，我們將建立一個(gè)模型來模擬無線電波傳播的距離和強(qiáng)度的變化。首先，對(duì)電磁波在海面上的傳播進(jìn)行了模擬，討論了電磁波、電離層和海平面等各種因素對(duì)傳播距離和傳播強(qiáng)度的影響，得到了合理的結(jié)果。然后對(duì)該模型進(jìn)行了改進(jìn)，并將其應(yīng)用于在山地和平地傳播的電磁波。最后，將該結(jié)論應(yīng)用于海上無線電通信，得出了星載接收機(jī)可以在相同的無線電波多跳路徑下保持呼叫時(shí)間的結(jié)論。

模型設(shè)計(jì)：A：電離層模型B：海洋模型C：山區(qū)模式D：平滑地形模型

2.1 電離層和海洋模型

根據(jù)電磁場(chǎng)理論，可以得到電離層的衰減系數(shù)。

2.2 山區(qū)模型

在我們的模型中，我們假設(shè)電磁波不能在山谷中傳播，而在山坡或山頂上，在滿足路徑關(guān)系時(shí)電磁波的入射點(diǎn)可以反射。

山頂：

所以傳播方程滿足：

3 模型檢測(cè)

當(dāng)無線電波發(fā)射角變化時(shí)，衰減過程和傳播距離也會(huì)發(fā)生變化。角度越大，反射率越高，最大跳躍越大，但每次跳躍的距離越短。這三個(gè)參數(shù)之間沒有線性關(guān)系。當(dāng)無線電反射出平靜的海洋時(shí)，發(fā)射角從20度到80度不等?？梢园l(fā)現(xiàn)，電磁波的強(qiáng)度在低于可用信噪比之前，發(fā)射角較小，距離較遠(yuǎn)，但在2000m的行程后，只能在微弱的強(qiáng)度下傳播，在實(shí)際情況下，低強(qiáng)度的電磁波很容易被吸收。而高頻電磁波在整個(gè)傳輸過程中是很強(qiáng)的，但總傳播距離很短。綜合考慮，選擇初始發(fā)射角為56°是合理的。在實(shí)際應(yīng)用中，無線電發(fā)射機(jī)的發(fā)射角受多種自然條件的影響，但也保持在中等水平。通過檢測(cè)我們還可以得出，平靜的海面和波濤洶涌的海面對(duì)電磁波的吸收變化很大。

4 模型分析

4.1 優(yōu)勢(shì)

（1）該模型的設(shè)計(jì)符合基本原理，模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易懂。在分析影響無線電波傳播的因素時(shí)，每個(gè)變量的運(yùn)算都比較容易。

（2）該模型參數(shù)集具有通用性，適用范圍廣，可以解決一般問題。

（3）該問題是有區(qū)別的，模型的效率很高。

4.2 劣勢(shì)

（1）.在研究過程中，電離層傳播過程中無線電波的簡(jiǎn)化程度過高。

（2）某些參數(shù)的確定有些主觀。

（3）由于分析時(shí)間有限，近地表分布計(jì)算具有均勻性和周期性，過于理想化。

5 結(jié)語

未來為了提高海洋模型和山區(qū)模型的實(shí)際效果，我們希望去實(shí)地，從綜合數(shù)據(jù)中獲得準(zhǔn)確的參數(shù)。根據(jù)實(shí)際調(diào)查結(jié)果，對(duì)山區(qū)模型進(jìn)行了修正。增加山區(qū)地形分布的隨機(jī)性，使分析更加全面。對(duì)無線電波傳播的特殊情況和無線電頻率進(jìn)行了逐一的考慮和分析。將結(jié)論應(yīng)用到生活和生產(chǎn)，模擬參數(shù)的結(jié)果可以幫助設(shè)計(jì)發(fā)射器根據(jù)無線電覆蓋區(qū)域的景觀，選擇最佳的發(fā)射方向的信號(hào)能量。接收方可以優(yōu)化設(shè)備，從而使高頻無線電通信更加穩(wěn)定和方便。

參考文獻(xiàn)

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