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[摘 要]本文主要针对我台某短波发射场强在预定收测范围内效果整体不佳的情况，结合自身工作实际谈几点思考，希望对于改善收测效果起到一定的作用。
[关键词]场强 辐射范围 工作频率 电离层 幅频特性
中图分类号：TN827.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0208-02
一、前言
对于我台某短波广播信号在预定收测范围接收效果不佳的情况，主要讨论可能存在的原因主要从发射场强的辐射范围是否存在偏差；工作频率选择是否得当；传播媒质电离层是否在短时间存在不规则变化；辐射场强随频率的变化情况四个方面。本文针对以上四个可能存在的问题逐一作简要讨论，分析问题的可能性，为接下来解决实际问题提供理论基础。
二、可能原因分析
（一）是否是由于发射天线的设计高度和臂长不合理而引起水平面和垂直面上的辐射范围的偏差
由于发射点至接收点距离从290千米到470千米不等，但都属于近距离传输，所以一般讨论电离层一次反射的情况。
H面方向的辐射范围：
已知发射频率6115KHz所用天线架高H为20.3米，所以最大辐射仰角，经测算，6115频率在H面的半功率波瓣宽度约为45度（如图1a），所以分别取上下半功率点为15度和60度。查得电离层高度分别为：D层60—80千米，E层100—120千米，层200—220千米，层250—400千米。
分别讨论上下功率点仰角对应各层电离层极限范围所产生的辐射范围。
取辐射仰角为最小半功率点15度时，
，，， ，，，
取辐射仰角为最大半功率点60度时，
，，，，，，（以上单位均为km）。
通过计算，如在D层反射，辐射范围为[69.4，592.6 km]，
如在E层反射，辐射范围为[115.6 km，888.9 km]，
如在层反射，辐射范围为[231.2 km，1629.6 km]，
如在层反射，辐射范围为[289.4 km，2963 km]。
其余频点4900KHz，4940KHz，9505KHz垂直面上覆盖范围计算同上，结果均能覆盖目标区域。所以可以得出结论，垂直面方向上的覆盖范围不存在偏差。
水平面半功率波瓣宽度均达到以上（见图1b），正相基本全部覆盖，天线正向为正对预定收测点，所以水平面辐射范围也不存在偏差。那么，我们就可排除辐射范围的偏差引起的场强收测不佳问题。
（二）是否天线工作频率的选择不当
工作频率的选择是影响短波通信质量的关键性问题之一。若选用频率过高，虽然电离层的吸收小，但电波容易穿出电离层；若选用频率太低，虽然能被电离层反射，但电波将受到电离层的强烈吸收。一般来说，选择工作频率应根据下述原则考虑：
1.不能高于最高可用频率。是指当工作距离一定时，能被电离层反射回来的最高频率
最高可用频率与电离层的电子密度及电波入射角有关。电子密度越大，值越高。而电子密度随年份、季节、昼夜、地点等因素而变化，所以也随这些因素变化。其次，对于一定的电离层高度，通信距离越远，也越高。这是因为通信距离越远，其电波入射角就越大，由正割定律可知频率可以用的高些。
2.不能低于最低可用频率
在短波电波传播中，频率越低，电离层吸收越大，接收点信号电平越低。由于短波波段的噪声是以外部噪声为主，而外部噪声—人为噪声、天电噪声等的噪声电平却随着频率的降低而增强，结果是信噪比变坏。通常定义能保证所需的信噪比的频率为最低可用频率，以表示。
也与电子密度有关，白天电离层的电子密度大，对电波的吸收就大，所以就高些。另外还与发射机功率、天线增益、接收机灵敏度等因素有关。
由以上讨论可知，工作频率应低于最高可用频率，以保证信号能被反射到接收点，而高于最低可用频率，以保证有足够的信号强度，即
根据公式，可得出我台所用4900KHz，4940KHz， 6115KHz、9505KHz几个频点，均在最高可用频率和最低可用频率之间，可见工作频率的选择并无不当。
3.是否为电离层的变化引起的接收效果不佳
首先必须知道，短波天波传播时，电波比较深入地进入电离层，受电离层的影响较大，信号不稳定。
（1）衰落现象严重
衰落现象是指接收点信号振幅忽大忽小，无次序不规则的变化现象。由于电离层电子密度及高度不断变化，使得多条路径传来的电波不能保持固定的相位关系，因此接收点场强振幅总是不断变化，这种变化是随机的，而且变化很快，故称为快衰落。
（2）多径时延效应
多径时延是指多径传输中最大的传输时延与最小的传输时延之差，以τ表示，其大小与通信距离、工作频率、时间等有关。
（3）静区
在短波电离层传播的情况下，有些地区天波和地波都收不到，而在离发射机较近或较远的地区均可收到信号，这种现象称为越距，收不到任何信号的地区称为静区，也称哑区。静区是一个围绕发射机的某一环形地带（设发射天线水平面是无方向性的），如图2。
产生静区的原因是：一方面短波的地面波传播因受地面吸收，随距离的增加衰减较快，设其能达到的最远距离为r1；另一方面对天波传播来说，则因距离太近，射线仰角太大，电波穿出电离层而没有天波到达。出现天波的最近距离，就是静区的外边界r2。
频率越低，地面波能传播更远的距离，天波可以到达更近的距离，因而静区范围缩小。增大发射功率，也可以使地面波传播更远的距离，使静区范围缩小。
对于短波小功率近距离通信（0～300km），通常选用较低的工作频率，并采用主要向高空辐射的天线（又称高射天线），我台就采用此类天线。由于所用频率较低，寂静区范围很小，预定收测范围300到500公里的距离范围不在寂静区内。 （4）电离层骚扰的影响
在收听短波信号时，即使收、发设备都正常，有时也会出现信号突然中断现象，这往往是由于电离层暴或电离层骚扰引起的。当太阳表面突然出现耀斑时，太阳辐射出强大的紫外线和大量的带电粒子，使电离层的正常结构遭到破坏，使F层的电子浓度减小，临界频率下降，D层的吸收增大，因而使得最高可用频率下降，最低可用频率上升，造成可用频谱变窄的情况。变窄的程度要视电离层骚扰的强度而定。最近一两年为太阳活动性增强的年份，所以电离层骚扰的影响不能排除。
为了防止电离层暴的影响，通常可采取的措施是：进行电离层暴的预测预报，以便事先采取适当措施；选择较低工作频率，当发生信号突然中断时，立即使用较低工作频率利用E层反射；增大发射机功率，使反射回地面的电波增强；在电离层暴最严重时刻，若利用以上方法尚不能恢复正常时，可采用转播方法以绕过暴变地区。
所以不能排除电离层的骚扰引起效果不佳的可能性。
（四）是否由于设备本身幅频特性的限制，收测场强的幅度大小会随发射频率的变化而变化，从而产生不同频率辐射的场强值变化很大
由于设备幅频特性不便直接计算，主要通过实际测量描点，划出幅频特性曲线来讨论一个设备的幅频特性，要回答这个问题，所以需要讨论天线的幅频特性，建议通过实地收测实验来确定是否是由于天线的幅频特性引起的信号强度变化。具体操作如下：
（一）拆除天线反射幕。
（二）在预定接收点关于反射点对称的反向镜像点上进行收测场强。
（三）对所测数据进行分析，可以粗略估算出预定收测范围内几个点的场强值随频率和方向的变化情况，有利于进一步分析在预定收测点收测不佳的情况。
这里需要说明的是由于反射幕的拆除，会使场型有略微的变化，方向图主射束波瓣宽度会变窄，信号强度也会相应减小，经测算，最大辐射方向上的场强在拆除反射幕后会相应减小2dB—3dB。在用测量值估算预定收测点场强值时需增大波瓣宽度和最大辐射方向上的场强值。
三、结束语
综上所述，对我台短波场强在预定收测范围接收效果不佳的问题，可能的原因主要可以得出：1、电离层骚扰产生的影响，需要我们加强电离层监控，进一步了解近两年电离层活动情况。2、设备本身的幅频特性的限制，造成不同频率的幅度值变化很大，可以通过实地收测与反向收测实验对此进行进一步论证。
参考文献
[1] 张铮著，天线与电波传播，西安电子科技大学出版社（2003）第042882号。
[2] 盛振华著，电磁场微波技术与天线，西安电子科技大学出版社。
[3] 苏英智著，中短波电波传播和天线，无线电台管理局出版。
[关键词]场强 辐射范围 工作频率 电离层 幅频特性
中图分类号：TN827.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0208-02
一、前言
对于我台某短波广播信号在预定收测范围接收效果不佳的情况，主要讨论可能存在的原因主要从发射场强的辐射范围是否存在偏差；工作频率选择是否得当；传播媒质电离层是否在短时间存在不规则变化；辐射场强随频率的变化情况四个方面。本文针对以上四个可能存在的问题逐一作简要讨论，分析问题的可能性，为接下来解决实际问题提供理论基础。
二、可能原因分析
（一）是否是由于发射天线的设计高度和臂长不合理而引起水平面和垂直面上的辐射范围的偏差
由于发射点至接收点距离从290千米到470千米不等，但都属于近距离传输，所以一般讨论电离层一次反射的情况。
H面方向的辐射范围：
已知发射频率6115KHz所用天线架高H为20.3米，所以最大辐射仰角，经测算，6115频率在H面的半功率波瓣宽度约为45度（如图1a），所以分别取上下半功率点为15度和60度。查得电离层高度分别为：D层60—80千米，E层100—120千米，层200—220千米，层250—400千米。
分别讨论上下功率点仰角对应各层电离层极限范围所产生的辐射范围。
取辐射仰角为最小半功率点15度时，
，，， ，，，
取辐射仰角为最大半功率点60度时，
，，，，，，（以上单位均为km）。
通过计算，如在D层反射，辐射范围为[69.4，592.6 km]，
如在E层反射，辐射范围为[115.6 km，888.9 km]，
如在层反射，辐射范围为[231.2 km，1629.6 km]，
如在层反射，辐射范围为[289.4 km，2963 km]。
其余频点4900KHz，4940KHz，9505KHz垂直面上覆盖范围计算同上，结果均能覆盖目标区域。所以可以得出结论，垂直面方向上的覆盖范围不存在偏差。
水平面半功率波瓣宽度均达到以上（见图1b），正相基本全部覆盖，天线正向为正对预定收测点，所以水平面辐射范围也不存在偏差。那么，我们就可排除辐射范围的偏差引起的场强收测不佳问题。
（二）是否天线工作频率的选择不当
工作频率的选择是影响短波通信质量的关键性问题之一。若选用频率过高，虽然电离层的吸收小，但电波容易穿出电离层；若选用频率太低，虽然能被电离层反射，但电波将受到电离层的强烈吸收。一般来说，选择工作频率应根据下述原则考虑：
1.不能高于最高可用频率。是指当工作距离一定时，能被电离层反射回来的最高频率
最高可用频率与电离层的电子密度及电波入射角有关。电子密度越大，值越高。而电子密度随年份、季节、昼夜、地点等因素而变化，所以也随这些因素变化。其次，对于一定的电离层高度，通信距离越远，也越高。这是因为通信距离越远，其电波入射角就越大，由正割定律可知频率可以用的高些。
2.不能低于最低可用频率
在短波电波传播中，频率越低，电离层吸收越大，接收点信号电平越低。由于短波波段的噪声是以外部噪声为主，而外部噪声—人为噪声、天电噪声等的噪声电平却随着频率的降低而增强，结果是信噪比变坏。通常定义能保证所需的信噪比的频率为最低可用频率，以表示。
也与电子密度有关，白天电离层的电子密度大，对电波的吸收就大，所以就高些。另外还与发射机功率、天线增益、接收机灵敏度等因素有关。
由以上讨论可知，工作频率应低于最高可用频率，以保证信号能被反射到接收点，而高于最低可用频率，以保证有足够的信号强度，即
根据公式，可得出我台所用4900KHz，4940KHz， 6115KHz、9505KHz几个频点，均在最高可用频率和最低可用频率之间，可见工作频率的选择并无不当。
3.是否为电离层的变化引起的接收效果不佳
首先必须知道，短波天波传播时，电波比较深入地进入电离层，受电离层的影响较大，信号不稳定。
（1）衰落现象严重
衰落现象是指接收点信号振幅忽大忽小，无次序不规则的变化现象。由于电离层电子密度及高度不断变化，使得多条路径传来的电波不能保持固定的相位关系，因此接收点场强振幅总是不断变化，这种变化是随机的，而且变化很快，故称为快衰落。
（2）多径时延效应
多径时延是指多径传输中最大的传输时延与最小的传输时延之差，以τ表示，其大小与通信距离、工作频率、时间等有关。
（3）静区
在短波电离层传播的情况下，有些地区天波和地波都收不到，而在离发射机较近或较远的地区均可收到信号，这种现象称为越距，收不到任何信号的地区称为静区，也称哑区。静区是一个围绕发射机的某一环形地带（设发射天线水平面是无方向性的），如图2。
产生静区的原因是：一方面短波的地面波传播因受地面吸收，随距离的增加衰减较快，设其能达到的最远距离为r1；另一方面对天波传播来说，则因距离太近，射线仰角太大，电波穿出电离层而没有天波到达。出现天波的最近距离，就是静区的外边界r2。
频率越低，地面波能传播更远的距离，天波可以到达更近的距离，因而静区范围缩小。增大发射功率，也可以使地面波传播更远的距离，使静区范围缩小。
对于短波小功率近距离通信（0～300km），通常选用较低的工作频率，并采用主要向高空辐射的天线（又称高射天线），我台就采用此类天线。由于所用频率较低，寂静区范围很小，预定收测范围300到500公里的距离范围不在寂静区内。 （4）电离层骚扰的影响
在收听短波信号时，即使收、发设备都正常，有时也会出现信号突然中断现象，这往往是由于电离层暴或电离层骚扰引起的。当太阳表面突然出现耀斑时，太阳辐射出强大的紫外线和大量的带电粒子，使电离层的正常结构遭到破坏，使F层的电子浓度减小，临界频率下降，D层的吸收增大，因而使得最高可用频率下降，最低可用频率上升，造成可用频谱变窄的情况。变窄的程度要视电离层骚扰的强度而定。最近一两年为太阳活动性增强的年份，所以电离层骚扰的影响不能排除。
为了防止电离层暴的影响，通常可采取的措施是：进行电离层暴的预测预报，以便事先采取适当措施；选择较低工作频率，当发生信号突然中断时，立即使用较低工作频率利用E层反射；增大发射机功率，使反射回地面的电波增强；在电离层暴最严重时刻，若利用以上方法尚不能恢复正常时，可采用转播方法以绕过暴变地区。
所以不能排除电离层的骚扰引起效果不佳的可能性。
（四）是否由于设备本身幅频特性的限制，收测场强的幅度大小会随发射频率的变化而变化，从而产生不同频率辐射的场强值变化很大
由于设备幅频特性不便直接计算，主要通过实际测量描点，划出幅频特性曲线来讨论一个设备的幅频特性，要回答这个问题，所以需要讨论天线的幅频特性，建议通过实地收测实验来确定是否是由于天线的幅频特性引起的信号强度变化。具体操作如下：
（一）拆除天线反射幕。
（二）在预定接收点关于反射点对称的反向镜像点上进行收测场强。
（三）对所测数据进行分析，可以粗略估算出预定收测范围内几个点的场强值随频率和方向的变化情况，有利于进一步分析在预定收测点收测不佳的情况。
这里需要说明的是由于反射幕的拆除，会使场型有略微的变化，方向图主射束波瓣宽度会变窄，信号强度也会相应减小，经测算，最大辐射方向上的场强在拆除反射幕后会相应减小2dB—3dB。在用测量值估算预定收测点场强值时需增大波瓣宽度和最大辐射方向上的场强值。
三、结束语
综上所述，对我台短波场强在预定收测范围接收效果不佳的问题，可能的原因主要可以得出：1、电离层骚扰产生的影响，需要我们加强电离层监控，进一步了解近两年电离层活动情况。2、设备本身的幅频特性的限制，造成不同频率的幅度值变化很大，可以通过实地收测与反向收测实验对此进行进一步论证。
参考文献
[1] 张铮著，天线与电波传播，西安电子科技大学出版社（2003）第042882号。
[2] 盛振华著，电磁场微波技术与天线，西安电子科技大学出版社。
[3] 苏英智著，中短波电波传播和天线，无线电台管理局出版。