電離層傳播是無(wú)線電頻譜的中頻和高頻部分使用的主要無(wú)線電傳播模式。

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

使用高頻電離層無(wú)線電傳播，可以聽到全球其他電臺(tái)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(shí)間以獲得最佳結(jié)果。

HF電離層傳播應(yīng)用

利用高頻通過電離層傳播，可以在全球范圍內(nèi)聽到無(wú)線電信號(hào)——正是這種通信形式首先開辟了許多通往無(wú)法進(jìn)入地區(qū)的全球鏈接，并實(shí)現(xiàn)了國(guó)際廣播。

使用電離層的高頻傳播也用于海上雙向無(wú)線電通信，盡管它們現(xiàn)在使用衛(wèi)星通信。

高頻無(wú)線電還用于廣播、飛機(jī)的備份以及各種其他形式的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線電通信，包括軍事。

盡管高頻無(wú)線電通信不像以前那樣廣泛使用，但它仍然很重要。

業(yè)余無(wú)線電愛好者或業(yè)余無(wú)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(tǒng)與地球上的遙遠(yuǎn)點(diǎn)建立無(wú)線電通信。

高頻傳播和天波

當(dāng)通過電離層使用高頻傳播時(shí)，無(wú)線電信號(hào)離開地球表面的發(fā)射無(wú)線電天線并傳播到電離層，其中一些被返回地球。

電離層無(wú)線電傳播

的基本概念 注意信號(hào)在進(jìn)入電離層時(shí)是如何折射的

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

當(dāng)然，這是一個(gè)很大的過度簡(jiǎn)化，因?yàn)轭l率、一天中的時(shí)間和許多其他參數(shù)控制著反射，或者更準(zhǔn)確地說，控制著信號(hào)折射回地球。

HF傳播和電離層區(qū)域

在電離層內(nèi)，影響無(wú)線電波的電離水平各不相同。有些地區(qū)的電離水平高于其他地區(qū)。因此，通常認(rèn)為電離層內(nèi)有幾層。更準(zhǔn)確地說，有許多區(qū)域，因?yàn)殡婋x水平不會(huì)降低到零，而是有幾個(gè)電離峰。

主要地區(qū)詳情如下：

D區(qū)：當(dāng)天波離開地球表面并向上傳播時(shí)，它在電離層中到達(dá)的第一個(gè)感興趣區(qū)域稱為 D 區(qū)域。該區(qū)域在信號(hào)通過時(shí)衰減信號(hào)。衰減水平取決于頻率。低頻比高頻衰減得更多。

E區(qū)：一旦信號(hào)通過 D 區(qū)域，它們就會(huì)到達(dá) E 區(qū)域。盡管信號(hào)仍有一點(diǎn)衰減，但該區(qū)域會(huì)反射信號(hào)，或者更準(zhǔn)確地折射信號(hào)，有時(shí)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(hào)可能會(huì)通過該區(qū)域并進(jìn)入下一個(gè)區(qū)域。E區(qū)對(duì)于HF譜的低端甚至MF譜的HF傳播非常重要。

F區(qū)：F 區(qū)域或?qū)邮鞘?HF 傳播能夠提供全球通信的區(qū)域或?qū)?。設(shè)法通過 D 和 E 區(qū)域的信號(hào)將到達(dá) F 區(qū)域。同樣，這起到了折射信號(hào)的作用，它們可以返回地球。在白天，這個(gè)區(qū)域通常一分為二，稱為 F1 和 F2 區(qū)域。

HF 傳播跳躍距離和跳躍區(qū)

當(dāng)信號(hào)向電離層傳播并遠(yuǎn)離地球表面時(shí)，由于顯而易見的原因，它們被稱為天波。

當(dāng)它們從地球表面向電離層移動(dòng)時(shí)，它們實(shí)際上只是由于它們?cè)诘竭_(dá)電離層之前行進(jìn)的距離而衰減。

然而，在靠近地面?zhèn)鞑サ男盘?hào)確實(shí)會(huì)受到一定程度的衰減，具體取決于傳輸?shù)念l率。這些聲音很快就會(huì)減弱到聽不到的地步。

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

使用高頻傳播時(shí)，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(hào)的跳躍距離是地球表面從發(fā)射器發(fā)射到電離層并由電離層向下折射的無(wú)線電信號(hào)到它們返回地球并被接收的點(diǎn)之間的距離。

跳過區(qū)域：當(dāng)信號(hào)在頻譜的 HF 部分傳輸時(shí)，它們只會(huì)通過地波在發(fā)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(qū)或靜默區(qū)是無(wú)法接收無(wú)線電傳輸?shù)膮^(qū)域。該區(qū)域位于地波覆蓋的區(qū)域和天波首先返回地球的區(qū)域之間。

HF傳播和頻率選擇

HF傳播的一個(gè)關(guān)鍵方面是使用正確的頻率。傳播可能使通信能夠與一個(gè)區(qū)域存在，而與另一個(gè)區(qū)域不存在。

由于較高頻率的信號(hào)可以穿過較低頻率的區(qū)域，因此不同頻率的信號(hào)將傳播不同的距離。當(dāng)使用HF通過電離層傳播時(shí)。由于較高的頻率往往被較高的區(qū)域反射，因此由于幾何形狀，這些區(qū)域能夠達(dá)到更遠(yuǎn)的距離。

HF傳播圈中使用了幾個(gè)定義：

最低可用頻率 LUF：LUF 是接收?qǐng)鰪?qiáng)度足以在一天中的特定時(shí)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(hào)頻率，可用于在給定時(shí)間通過電離層的反射在兩點(diǎn)之間傳輸。

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

最佳工作頻率：最佳工作頻率是預(yù)計(jì)在一個(gè)月中 90% 的天數(shù)中可用于指定路徑和時(shí)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(qū)域可以到達(dá)相當(dāng)遠(yuǎn)的距離，但就其本身而言，這并不能解釋這樣一個(gè)事實(shí)，即使用HF與電離層的傳播，經(jīng)常從地球的兩側(cè)聽到無(wú)線電信號(hào)。

發(fā)生這種情況是因?yàn)樾盘?hào)能夠經(jīng)歷多次“反射”。一旦信號(hào)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(hào)在每次“反射”時(shí)的強(qiáng)度都會(huì)降低，并且還發(fā)現(xiàn)地球的不同區(qū)域以不同的方式反射無(wú)線電信號(hào)。

正如可以預(yù)料的那樣，海面是一個(gè)非常好的反射器，而沙漠地區(qū)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(hào)將比使用撒哈拉沙漠或澳大利亞紅色中心的信號(hào)更強(qiáng)。

具有多次電離層反射的 HF 傳播

實(shí)際上，電離層的狀態(tài)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(hào)，達(dá)到很長(zhǎng)的距離，有時(shí)被電離層反射到另一個(gè)反射上。有時(shí)它們可能在層或區(qū)域之間通過管道。

無(wú)線電傳播和信號(hào)損耗

不僅僅是地球表面和反射將損耗引入信號(hào)路徑。事實(shí)上，損耗的主要原因是D區(qū)，即使對(duì)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(shí)，信號(hào)都必須通過D區(qū)兩次。這意味著，為了獲得最佳的信號(hào)強(qiáng)度，信號(hào)路徑必須使要使用的跳數(shù)最少。這通常是使用接近最大頻率的頻率來實(shí)現(xiàn)的，該頻率可以支持使用電離層傳播進(jìn)行通信，從而使用電離層中的最高區(qū)域。

除此之外，D區(qū)引入的衰減水平也降低了。這意味著，例如，如果可以在兩個(gè)頻率上支持傳播，則20 MHz上的無(wú)線電信號(hào)將比10 MHz上的無(wú)線電信號(hào)更強(qiáng)。在嘗試建立雙向無(wú)線電通信時(shí)，這可能是一個(gè)關(guān)鍵因素。

太陽(yáng)和HF的傳播

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

關(guān)于太陽(yáng)和從太陽(yáng)接收到的輻射有幾個(gè)關(guān)鍵主題。

太陽(yáng)報(bào)：太陽(yáng)是一顆迷人的恒星 - 發(fā)現(xiàn)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(yáng)是產(chǎn)生電離層的主要輻射源。

太陽(yáng)黑子和太陽(yáng)黑子周期：太陽(yáng)黑子是太陽(yáng)表面比周圍區(qū)域涼爽一點(diǎn)的區(qū)域。它們的存在導(dǎo)致發(fā)射的輻射水平更高，因此會(huì)影響 HF 傳播。

太陽(yáng)黑子在太陽(yáng)表面被識(shí)別已經(jīng)很多年了，一旦信號(hào)長(zhǎng)距離傳播的方式開始被理解，它們對(duì)無(wú)線電傳播的影響就被注意到了。研究發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)黑子與高頻無(wú)線電傳播和無(wú)線電通信的條件之間存在相關(guān)性。

太陽(yáng)干擾：太陽(yáng)表面不時(shí)發(fā)生大規(guī)模的擾動(dòng)。 太陽(yáng)耀斑和日冕物質(zhì)拋射，CME也會(huì)導(dǎo)致輻射水平增加，進(jìn)而影響HF的傳播。

輻射水平的較小增加可以改善高頻無(wú)線電條件，但隨著它們的增加，它甚至?xí)?dǎo)致高頻無(wú)線電停電。

太陽(yáng)擾動(dòng)的明顯跡象可能是兩極可見的極光。對(duì)于大型太陽(yáng)擾動(dòng)，兩極的電離水平顯著增加，并且可以允許VHF的一些專業(yè)傳播模式，從而允許在這些頻率下建立無(wú)線電通信。在這里，電臺(tái)將天線指向北方，通?？梢栽谙喈?dāng)長(zhǎng)的距離內(nèi)聽到反射。

使用電離層的高頻傳播仍然被廣泛用作無(wú)線電通信的一種形式。雖然不如衛(wèi)星通信可靠，但它并沒有那么昂貴，并且可以在衛(wèi)星通信失敗時(shí)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(yuǎn)距離通信的組織。HF傳播也被能夠在全球范圍內(nèi)進(jìn)行通信的業(yè)余無(wú)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(jiǎn)單的天線來建立遠(yuǎn)距離的無(wú)線電通信。

因此，使用電離層的高頻傳播可能會(huì)無(wú)限期地作為無(wú)線電通信技術(shù)的一種形式使用。

審核編輯：黃飛