一文解析電離層無線電傳播

電離層傳播是無線電頻譜的中頻和高頻部分使用的主要無線電傳播模式。

使用電離層進行高頻傳播背后的基本概念很容易理解，對它的研究不僅引人入勝，而且對以任何方式參與高頻無線電通信的任何人都非常有用。

使用高頻電離層無線電傳播，可以聽到全球其他電臺的聲音并與之交談，但了解傳播模式及其變化方式意味著可以選擇正確的時間以獲得最佳結果。

HF電離層傳播應用

利用高頻通過電離層傳播，可以在全球范圍內聽到無線電信號——正是這種通信形式首先開辟了許多通往無法進入地區的全球鏈接，并實現了國際廣播。

使用電離層的高頻傳播也用于海上雙向無線電通信，盡管它們現在使用衛星通信。

高頻無線電還用于廣播、飛機的備份以及各種其他形式的點對點無線電通信，包括軍事。

盡管高頻無線電通信不像以前那樣廣泛使用，但它仍然很重要。

業余無線電愛好者或業余無線電愛好者也廣泛使用電離層的HF傳播，通常以低功率和適度的天線系統與地球上的遙遠點建立無線電通信。

高頻傳播和天波

當通過電離層使用高頻傳播時，無線電信號離開地球表面的發射無線電天線并傳播到電離層，其中一些被返回地球。

電離層無線電傳播

的基本概念 注意信號在進入電離層時是如何折射的

出于顯而易見的原因，遠離地球表面的無線電信號被稱為天波。如果它們被送回地球，那么電離層可以（非常簡單地）被視為一個巨大的反射面，環繞著地球，使信號能夠傳播比原本可能更遠的距離。

當然，這是一個很大的過度簡化，因為頻率、一天中的時間和許多其他參數控制著反射，或者更準確地說，控制著信號折射回地球。

HF傳播和電離層區域

在電離層內，影響無線電波的電離水平各不相同。有些地區的電離水平高于其他地區。因此，通常認為電離層內有幾層。更準確地說，有許多區域，因為電離水平不會降低到零，而是有幾個電離峰。

主要地區詳情如下：

D區：當天波離開地球表面并向上傳播時，它在電離層中到達的第一個感興趣區域稱為 D 區域。該區域在信號通過時衰減信號。衰減水平取決于頻率。低頻比高頻衰減得更多。

E區：一旦信號通過 D 區域，它們就會到達 E 區域。盡管信號仍有一點衰減，但該區域會反射信號，或者更準確地折射信號，有時足以將它們返回地面。折射水平隨著頻率的增加而降低，因此更高頻率的信號可能會通過該區域并進入下一個區域。E區對于HF譜的低端甚至MF譜的HF傳播非常重要。

F區：F 區域或層是使 HF 傳播能夠提供全球通信的區域或層。設法通過 D 和 E 區域的信號將到達 F 區域。同樣，這起到了折射信號的作用，它們可以返回地球。在白天，這個區域通常一分為二，稱為 F1 和 F2 區域。

HF 傳播跳躍距離和跳躍區

當信號向電離層傳播并遠離地球表面時，由于顯而易見的原因，它們被稱為天波。

當它們從地球表面向電離層移動時，它們實際上只是由于它們在到達電離層之前行進的距離而衰減。

然而，在靠近地面傳播的信號確實會受到一定程度的衰減，具體取決于傳輸的頻率。這些聲音很快就會減弱到聽不到的地步。

在更遠的距離上，一旦信號被反射，或者更正確地折射回地球，就可以再次聽到信號。

使用高頻傳播時，通?？梢苑奖愕囟x所涉及的一些距離。

跳躍距離：使用 HF 通過電離層傳播的信號的跳躍距離是地球表面從發射器發射到電離層并由電離層向下折射的無線電信號到它們返回地球并被接收的點之間的距離。

跳過區域：當信號在頻譜的 HF 部分傳輸時，它們只會通過地波在發射器周圍延伸一小半徑。除此之外，在天波返回地球之前，它們都聽不到。跳過區或靜默區是無法接收無線電傳輸的區域。該區域位于地波覆蓋的區域和天波首先返回地球的區域之間。

HF傳播和頻率選擇

HF傳播的一個關鍵方面是使用正確的頻率。傳播可能使通信能夠與一個區域存在，而與另一個區域不存在。

由于較高頻率的信號可以穿過較低頻率的區域，因此不同頻率的信號將傳播不同的距離。當使用HF通過電離層傳播時。由于較高的頻率往往被較高的區域反射，因此由于幾何形狀，這些區域能夠達到更遠的距離。

HF傳播圈中使用了幾個定義：

最低可用頻率 LUF：LUF 是接收場強度足以在一天中的特定時間提供所需信噪比的最低頻率。

最大可用頻率 MUF：MUF是最高信號頻率，可用于在給定時間通過電離層的反射在兩點之間傳輸。

臨界頻率：電離層中給定層或區域的臨界頻率是垂直向上傳播的信號被反射回地面的最高頻率。這很好地表明了電離層的狀態。

最佳工作頻率：最佳工作頻率是預計在一個月中 90% 的天數中可用于指定路徑和時間的最高有效頻率。

D層、E層和F層的電離層反射

多重反射

雖然如前所述，使用F區域可以到達相當遠的距離，但就其本身而言，這并不能解釋這樣一個事實，即使用HF與電離層的傳播，經常從地球的兩側聽到無線電信號。

發生這種情況是因為信號能夠經歷多次“反射”。一旦信號從電離層返回地球，它們就可以被地球表面向上反射回來，并且它們能夠再次受到電離層的“反射”。自然地，信號在每次“反射”時的強度都會降低，并且還發現地球的不同區域以不同的方式反射無線電信號。

正如可以預料的那樣，海面是一個非常好的反射器，而沙漠地區則非常貧瘠。這意味著被太平洋或大西洋“反射”回電離層的信號將比使用撒哈拉沙漠或澳大利亞紅色中心的信號更強。

具有多次電離層反射的 HF 傳播

實際上，電離層的狀態并不像我們想象的那樣干凈和臨床，并且有很多方法可以多次反射信號，達到很長的距離，有時被電離層反射到另一個反射上。有時它們可能在層或區域之間通過管道。

無線電傳播和信號損耗

不僅僅是地球表面和反射將損耗引入信號路徑。事實上，損耗的主要原因是D區，即使對于頻譜HF部分的頻率也是如此。

造成這種情況的原因之一是，電離層每次反射時，信號都必須通過D區兩次。這意味著，為了獲得最佳的信號強度，信號路徑必須使要使用的跳數最少。這通常是使用接近最大頻率的頻率來實現的，該頻率可以支持使用電離層傳播進行通信，從而使用電離層中的最高區域。

除此之外，D區引入的衰減水平也降低了。這意味著，例如，如果可以在兩個頻率上支持傳播，則20 MHz上的無線電信號將比10 MHz上的無線電信號更強。在嘗試建立雙向無線電通信時，這可能是一個關鍵因素。

太陽和HF的傳播

電離層中的電離主要是由來自太陽的輻射引起的。因此，太陽的狀態和從太陽接收到的輻射控制著電離層的狀態和HF的傳播。

關于太陽和從太陽接收到的輻射有幾個關鍵主題。

太陽報：太陽是一顆迷人的恒星 - 發現它的一切是迷人的，它本身就是正確的。盡管如此，我們的太陽是產生電離層的主要輻射源。

太陽黑子和太陽黑子周期：太陽黑子是太陽表面比周圍區域涼爽一點的區域。它們的存在導致發射的輻射水平更高，因此會影響 HF 傳播。

太陽黑子在太陽表面被識別已經很多年了，一旦信號長距離傳播的方式開始被理解，它們對無線電傳播的影響就被注意到了。研究發現，太陽黑子與高頻無線電傳播和無線電通信的條件之間存在相關性。

太陽干擾：太陽表面不時發生大規模的擾動。 太陽耀斑和日冕物質拋射，CME也會導致輻射水平增加，進而影響HF的傳播。

輻射水平的較小增加可以改善高頻無線電條件，但隨著它們的增加，它甚至會導致高頻無線電停電。

太陽擾動的明顯跡象可能是兩極可見的極光。對于大型太陽擾動，兩極的電離水平顯著增加，并且可以允許VHF的一些專業傳播模式，從而允許在這些頻率下建立無線電通信。在這里，電臺將天線指向北方，通?？梢栽谙喈旈L的距離內聽到反射。

使用電離層的高頻傳播仍然被廣泛用作無線電通信的一種形式。雖然不如衛星通信可靠，但它并沒有那么昂貴，并且可以在衛星通信失敗時提供有用的備份。

高頻傳播還廣泛用于廣播、軍事和許多其他需要遠距離通信的組織。HF傳播也被能夠在全球范圍內進行通信的業余無線電愛好者廣泛使用。

在某些情況下，可以使用低功率水平和簡單的天線來建立遠距離的無線電通信。

因此，使用電離層的高頻傳播可能會無限期地作為無線電通信技術的一種形式使用。

審核編輯：黃飛