廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司 韓 曉

本文通過分析影響超短波通信距離的主要因素，得到合理的距離估算方法。指導(dǎo)實(shí)際工作，避免不利因素的影響，解決工作中通信距離近的實(shí)際問題，從而為飛行提供優(yōu)質(zhì)、可靠的通信保障奠定基礎(chǔ)。

為保證海上通信系統(tǒng)支持，往往需要新技術(shù)的支持，目前的常用技術(shù)手段包括微波通信、短波通信以及超短波通信等，不同技術(shù)手段之間相互協(xié)同、互為備份。超短波作為目前最常用的海上通信手段之一，其頻段范圍主要在30～300MHz范圍內(nèi)，在實(shí)際海上通信應(yīng)用中可能會受到海浪以及海水的影響，造成超短波被遮擋或者被吸收，引起信號衰減。為保證超短波在海上通信中的傳播，其以直達(dá)波的形式進(jìn)行信號傳遞，并且傳播距離一般控制在視距范圍內(nèi)。海上通信涉及到地面岸站以及海上船舶雙方，海上傳播的信號由通信系統(tǒng)傳遞，另一端在沿海的山頂建設(shè)服務(wù)岸基站。為保證雙方視距范圍能夠達(dá)到77 km的要求，對傳播以及岸基天線的高度具有明確要求，岸基天線高度一般要高于200m，且艦船天線高度需要高于30m。但實(shí)際海上短波通信過程中可能還會受到一些不可控因素，包括天氣條件、水文條件以及電磁波干擾等，為保證信號的高質(zhì)量傳遞，還往往借助飛機(jī)進(jìn)行信號中轉(zhuǎn)，即移動臺。移動臺也成為海上短波通信必備手段之一，作為新型作戰(zhàn)平臺在海戰(zhàn)中也具有不可替代性，受到研究者和使用者的廣泛關(guān)注。

1 超短波超視距通信技術(shù)簡介

對于天線而言，若其架設(shè)高度超過了其傳播的波長，那么發(fā)射天線發(fā)出電磁波之后，信號會直接傳遞到接受點(diǎn)的位置，那么這個(gè)距離實(shí)際就是視距距離。同時(shí)，對于超短波通信而言，還需要保證其頻率范圍在30～300MHz，在該范圍內(nèi)才數(shù)據(jù)視距傳播方式。對于地球本身的形貌和地面的地形地貌而言，均會影響到電磁波的傳播和傳遞，綜合考慮各個(gè)因素視野范圍的最遠(yuǎn)距離，往往是通信的最遠(yuǎn)距離。超短波視距通信具備典型特征，包括地面起伏和地面形貌可能引發(fā)信號的衰減，信號傳播方式還往往采用直線型的直射波。超短波視距通信的短波間還存在較大差異，并且其具有較高的頻率，如果其發(fā)射相應(yīng)的信號和頻率，往往能夠直接穿過電離層進(jìn)入到太空當(dāng)中，不能通過電離層實(shí)現(xiàn)向地面的傳播，因此為保證其信號傳播需要借助空間直射波傳播。

2 海上超短波通信距離的影響因素

2.1 視距出現(xiàn)自然障礙

前面指出海上超短波通信往往采用直射波傳播的方式，這種傳播方式會受到物體以及地形的影響，通信距離需要保障在視距范圍內(nèi)，雖然存在這些限制，但是直射波傳播的通信相對穩(wěn)定，因此得到了較廣泛的應(yīng)用。另外超短波較高的頻率往往不會受到工業(yè)和天線的干擾，另外其波段范圍和其他通信方式相比更寬，能夠有效容納大量電臺同時(shí)進(jìn)行工作，這樣導(dǎo)致超短波通信技術(shù)被導(dǎo)航、雷達(dá)以及通信等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

在理想情況下，超短波地空通信距離與天線高度、飛機(jī)高度有關(guān)。距離計(jì)算公式如下：

式中S為通信距離（Km），H1為天線高度（m），H2為飛機(jī)高度（m）。為保障超短波通信的質(zhì)量和通常，一般需要保障視距范圍在0.7以內(nèi)。另外地球存在一定的曲率并且表面也存在起伏，如果飛行視距范圍內(nèi)存在一些高的山或者建筑物，又或者天線建設(shè)的高度相對較低、飛機(jī)飛行高度較低等，這些因素的存在就可能導(dǎo)致視距障礙影響正常通信，可能出現(xiàn)聯(lián)絡(luò)暫時(shí)中斷現(xiàn)象。另外飛機(jī)在飛行過程中還需要不斷進(jìn)行姿態(tài)變換，這也是通信暫時(shí)間斷現(xiàn)象的重要原因。

2.2 電磁環(huán)境不良

電磁環(huán)境，是針對于設(shè)備和儀器而言，涵蓋了其所處和運(yùn)行的整個(gè)環(huán)境范圍，包括認(rèn)為電磁因素影響，自然電磁因素影響以及飛機(jī)本身電磁因素影響等。為保證超短波通信正常需要保證其具備理想的信噪比，只有保證最佳信噪比才能保證高質(zhì)量通信距離?？梢哉J(rèn)為噪聲電平就是接收靈敏度降為零時(shí)的電平，噪聲電平的計(jì)算公式為：

噪聲電平=接收靈敏度-信納比-帶寬

在常規(guī)明話地空通信時(shí)，滿足接收靈敏度-101dBm（2μv），信納比10dB，帶寬19kHz條件時(shí)：

噪聲電平（dBm）=-101-10-10lg（19×2×103）=-155.79

式中可以看出，在滿足超短波信噪比要求的情況下，噪聲電平上升1倍，接收靈敏度就降低3dB，通信距離就降為技術(shù)指標(biāo)要求的0.7倍。結(jié)合檢測技術(shù)、靈敏儀器對出現(xiàn)問題的原因進(jìn)行檢測和鑒別，包括干擾源關(guān)停、大數(shù)據(jù)、電磁屏蔽等技術(shù)和方法，對電磁環(huán)境進(jìn)行凈化、噪聲電平有效降低，最終盡可能保障其工作環(huán)境接近理想環(huán)境。

2.3 天線方向性和電壓駐波比問題

天線往往具有向特定方向進(jìn)行電磁波輻射的能力，被成為天線的方向性，往往采用方向性系數(shù)、方向圖等相關(guān)指標(biāo)和方法對方向性進(jìn)行詳細(xì)描述。天線運(yùn)行的理想狀態(tài)是，其能夠?qū)崿F(xiàn)球形輻射，即實(shí)現(xiàn)360°方向輻射，并且不同輻射方向的功率基本相同。但是在實(shí)際的天線運(yùn)行當(dāng)中和理想情況存在極大差異。天線在飛機(jī)上裝機(jī)之后，飛機(jī)本身不規(guī)則還存在很多以機(jī)翼為代表的附屬零件，這種復(fù)雜的電磁散射體就會影響天線電磁波的傳遞，散射作用機(jī)制下引起天線輻射方向圖畸變，在接收功率和電線輻射中的直接表現(xiàn)是功率下降，通信距離變近。

天線電壓駐波比，是反應(yīng)天線輻射功率（即有效地轉(zhuǎn)換電磁波部分的功率）和輸入功率之比，該值的理想值應(yīng)該是1，但是實(shí)際該值一般是永遠(yuǎn)小于1的。如果在實(shí)際天線電壓駐波比檢查中發(fā)現(xiàn)其嚴(yán)重超差時(shí)，就可能引起天線輻射功率的降低，在通信距離方面的直接影響是距離近，如果該問題得不到及時(shí)處理，問題擴(kuò)大還可能導(dǎo)致發(fā)射機(jī)損壞。

2.4 頻率偏差

電臺收發(fā)信機(jī)的頻率穩(wěn)定度、準(zhǔn)確度在長時(shí)間使用后都會發(fā)生一些變化，如果這一變化及波動超過了標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定的要求范圍，就可能引發(fā)問題，尤其是頻率失諧問題可能產(chǎn)生，最終使通信距離下降，噪聲增大。

2.5 接收機(jī)/發(fā)射機(jī)問題

發(fā)射機(jī)功率下降：發(fā)射機(jī)功率下降的主要原因有：天線駐波大和使用問題，比如長時(shí)間進(jìn)行功率發(fā)射、供電電壓發(fā)生變化、超大功率長時(shí)間使用以及設(shè)備散熱存在問題等。如果在這一過程中發(fā)射機(jī)的輸出功率出現(xiàn)下降，那么發(fā)射機(jī)的通信距離也會發(fā)生變化及下降。

接收機(jī)靈敏度下降：接收靈敏度每下降6dB，通信距離下降一倍。因此靈敏度的下降對通信距離影響非常大。

2.6 饋線損耗增加

饋線，作為重要的信號傳輸通道，能夠保證電臺傳遞的發(fā)射功率正常傳輸?shù)教炀€，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)對天線發(fā)出頻率的完美接收。因此若存在或出現(xiàn)天線端口與饋線接觸不良的情況，就可能引發(fā)一些問題進(jìn)而影響信號傳輸，典型問題是損耗增大、駐波增加，這兩大問題影響了天線有效功率的接收，也影響了天線有效功率的輻射。其中，射頻電纜損耗和天線損耗影響最大。對于低損耗的射頻電纜正常損耗為0.07dB/m，發(fā)射機(jī)射頻功率經(jīng)過30m的射頻電纜通常損耗2dB左右，射頻電纜的優(yōu)劣直接影響射頻功率的傳輸。射頻功率通過射頻電纜進(jìn)行傳輸，最終經(jīng)過天線以電磁波形式對外輻射，其中路徑損耗為：

式中L為路徑損耗，F(xiàn)為工作頻率（MHz），S為通信距離（km）。

3 海上超短波通信距離優(yōu)化策略

3.1 注重塔臺天線選址

在進(jìn)行空地通信時(shí)，為保障正常的地空對話和高質(zhì)量的通信必須要注重電臺天線選址，在進(jìn)行電臺天線選址中尤為重要的是應(yīng)該充分考慮通信和視距范圍內(nèi)的各種潛在影響因素，包括地理?xiàng)l件、水文條件等，對研究范圍內(nèi)的建筑物高度、山谷、水洼、山地等因素及其可能對超短波通信視距的影響進(jìn)行詳細(xì)分析，最終保證地面塔臺的電臺天線高度盡量架高，通常離地15m以上通信效果較好。

3.2 天線涉及優(yōu)化

天線安裝在飛機(jī)上之后，由于裝機(jī)環(huán)境發(fā)生變化，其方向圖參數(shù)及增益指標(biāo)與生產(chǎn)廠家實(shí)驗(yàn)室環(huán)境存在較大差異，因此方向圖檢查對于超短波通信質(zhì)量保證十分重要，另外增益測試同樣十分重要，兩個(gè)參數(shù)和指標(biāo)在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)才能夠保證通信距離正常。我國雖然在這一方面進(jìn)行了大量工作，但和某些國家相比天線裝機(jī)后測試還處于起步研究階段，采用的是計(jì)算機(jī)仿真。

駐波比能反應(yīng)電臺通過天線輻射出去的功率大小，另外結(jié)合反射功率大小。如果駐波比發(fā)生變化表明電臺有效輻射也存在一定的變化，比如駐波比的增大意味著有效輻射功率的降低，也意味著反射功率的增大，這樣既影響通信距離，也對發(fā)射機(jī)可靠性造成影響，新大綱長時(shí)間空中飛行，可能損壞發(fā)射機(jī)。所以定期實(shí)施針對性的電壓駐波比測試對于超短波通信而言具有極大的重要性。而且這種方法也成為了超短波通信質(zhì)量檢測中重要的方法之一，為保障超短波通信質(zhì)量需要保證天線電壓駐波比≤2.5：1。

3.3 饋線損耗檢查

檢查主要內(nèi)容包括：饋線的損耗、饋線與天線的連接頭是否緊密、有無虛接、松動、斷裂現(xiàn)象，另外，為了減少饋線損耗，應(yīng)盡可能的縮短饋線的長度和生產(chǎn)廠家采用插入損耗小的饋線電纜

3.4 接收機(jī)/發(fā)射機(jī)指標(biāo)檢查

飛機(jī)進(jìn)行定檢時(shí)，要對發(fā)射機(jī)發(fā)射功率、調(diào)制深度以及發(fā)射頻率準(zhǔn)確度等相關(guān)參數(shù)和相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行一定的檢驗(yàn)及校正。在校驗(yàn)和校正過程中如果發(fā)現(xiàn)這些指標(biāo)參數(shù)存在問題，例如發(fā)生功率下降、調(diào)制度偏小、頻率偏差變大等，需要針對出現(xiàn)這些指標(biāo)參數(shù)的問題原因進(jìn)行分析，在分析的基礎(chǔ)上采取對應(yīng)措施實(shí)施指標(biāo)調(diào)整，保證調(diào)整后的指標(biāo)在規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。在條件允許、不影響功放可靠性的前提下，適當(dāng)提高發(fā)射功率，對提高通行距離會具有明顯效果。

飛機(jī)進(jìn)行定檢時(shí)，對設(shè)備接收靈敏度等指標(biāo)進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)靈敏度下降，在此種情況下必須要對設(shè)備進(jìn)行及時(shí)檢查和處理，對于其中出現(xiàn)或者可能潛在的錯誤指標(biāo)進(jìn)行必須要檢修，若發(fā)現(xiàn)問題或故障的時(shí)候進(jìn)行及時(shí)調(diào)整和維修，保證參數(shù)和指標(biāo)在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)。

3.5 頻率準(zhǔn)確度檢查

在飛機(jī)定檢過程中，應(yīng)對收發(fā)信機(jī)頻率準(zhǔn)確度進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)有頻率失諧情況，應(yīng)對收發(fā)信機(jī)頻率進(jìn)行重新校正。

結(jié)論：海上超短波通信距離受多方面因素的影響，結(jié)合實(shí)際海上超短波通信的工作經(jīng)驗(yàn)以及前人研究成果，認(rèn)為為保證海上超短波通信必須要關(guān)注超短波通信距離近的問題，這也是本文的主要工作，通過分析和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)最終詳析了海上超短波通信距離近問題出現(xiàn)的各種原因，不僅僅從氣候條件、大氣等因素進(jìn)行了分析，還結(jié)合了設(shè)備因素、天線位置、數(shù)據(jù)傳播以及能量損耗等進(jìn)行了研究。在影響因素詳細(xì)分析和展開闡述的基礎(chǔ)上，這對這些問題和因素介紹了改進(jìn)的措施和建議，希望本文提出的超短波通信距離近的應(yīng)對措施和方法能夠有效改善海上超短波通信質(zhì)量，保障高水平、高可靠、優(yōu)質(zhì)的通信。