📻 短波通信原理科普

1. 短波通信原理

短波通信，也称高频通信，是波长为10〜100m，频率范围为3〜30MHz的一种无线电通信技术。与长、中波一样，短波可以靠表面波和天波传播。由于短波频率较高，地面吸收较强，用表面波传播时，衰减很快，在一般情况下，短波的表面波传播的距离只有几十公里，不适合进行远距离通信和广播。与表面波相反，频率增高，天波在电离层中的损耗却减小。因此可利用电离层对天波的一次或多次反射进行远距离无线电通信。短波利用天波反射实现远距离通信。天波发射信号由天线发出后射向电离层，经电离层反射回地面，又由地面反射回电离层，可以反射多次，不受地面阻碍物阻挡，因而传播距离很远(几百至上万千米)。

短波利用地波实现短距离通信。当地面障碍物与地波的波长相当时，容易阻挡无线电传播，导致短波最多只能沿地面传播几十千米。短波传播示意图如图所示：

2. 无线电波常见传播方式

无线电波有四种主要传播方式，即地波、直射波、天波和散射波。

地波（地表面波）：沿大地与空气的分界面传播的电波叫地表面波，简称地波。这是沿地球表面传播的无线电波。其传播途径主要取决于地面的电特性。地波在传播过程中，由于能量逐渐被大地吸收，很快减弱（波长越短，减弱越快），因而传播距离不远。但地波不受气候影响，可靠性高。超长波、长波、中波无线电信号，都是利用地波传播的。短波近距离通信也利用地波传播。

直射波（空间波）：直射波又称为空间波，是由发射点从空间直线传播到接收点的无线电波。直射波传播距离一般限于视距范围。在传播过程中，它的强度衰减较慢，超短波和微波通信就是利用直射波传播的。在地面进行直射波通信，其接收点的场强由两路组成：一路由发射天线直达接收天线，另一路由地面反射后到达接收天线，如果天线高度和方向架设不当，容易造成相互干扰（如电视的重影）。限制直射波通信距离的因素主要是地球表面弧度和山地、楼房等障碍物，因此超短波和微波天线要求尽量高架。

天波（电离层波）：天波是由天线向高空辐射的电磁波遇到大气电离层折射后返回地面的无线电波。电离层只对短波波段的电磁波产生反射作用，因此天波传播主要用于短波远距离通信。

散射传播：散射传播是由天线辐射出去的电磁波投射到低空大气层或电离层中不均匀介质时产生散射，其中一部份到达接收点。散射传播距离远，但是效率低，不易操作，使用并不广泛。

3.与卫星通信、地面微波等相比，短波通信有着许多显著的优点：

1. 低成本远距离通信：短波通信不需要建立中继站即可实现远距离通信，因而建设和维护费用低，建设周期短，且短波通信不用支付话费，运行成本低。
2. 设备灵活机动：通信设备简单，体积小，容易隐蔽，可以根据使用要求固定设置，进行定点固定通信；也可以背负或装入车辆、舰船、飞行器中进行移动通信；便于改变工作频率以躲避敌人干扰和窃听，破坏后容易恢复。
3. 组网快速：电路调度容易，临时组网方便、迅速，具有很大的使用灵活性。
4. 抗毁能力强：对自然灾害或战争的抗毁能力强。短波是唯一不受网络枢纽和有源中继体制约束的远程通信手段，一旦发生战争或灾害，各种通信网络都可能受到破坏，卫星也可能受到攻击。无论哪种通信方式，其抗毁能力和自主通信能力与短波都无法相比。

4.当然，短波通信也存在一些明显的缺点：

1. 频段窄、容量小：可供使用的频段窄，通信容量小。按照国际规定，每个短波电台占用3.7kHz的频率宽度，而整个短波频段可利用的频率范围只有28.5MHz。为了避免相互间的干扰，全球只能容纳7700多个可通信道，通信空间十分拥挤，并且3kHz通信频带宽度在很大程度上限制了通信的容量和数据传输的速率。
2. 信道不稳定（变参信道）：短波的天波信道是变参信道，信号传输稳定性差。短波无线电通信主要是依赖电离层进行远距离信号传输的，电离层作为信号反射媒质的弱点是参量的可变性很大，它的特点是路径损耗、延时散布、噪声和干扰都随昼夜、频率、地点不断变化。一方面，电离层的变化使信号产生衰落，衰落的幅度和频次不断变化；另一方面，天波信道存在着严重的多径效应，造成频率选择性衰落和多径延时。选择性衰落使信号失真，多径延时使接收信号在时间上扩散，成为短波链路传输的主要限制。
3. 噪声干扰严重：大气和工业无线电噪声干扰严重。随着工业电气化的发展，短波频段工业电气辐射的无线电噪声干扰平均强度很高，加上大气无线电噪声和无线电台间的干扰，大气和工业无线电噪声主要集中在无线电频谱的低端，随着频率的升高，强度逐渐降低。

📡 知识拓展 短波通信至今仍是航空、海事、军事、应急通信和业余无线电不可或缺的手段。