一文解析电离层无线电传播

电离层传播是无线电频谱的中频和高频部分使用的主要无线电传播模式。

使用电离层进行高频传播背后的基本概念很容易理解，对它的研究不仅引人入胜，而且对以任何方式参与高频无线电通信的任何人都非常有用。

使用高频电离层无线电传播，可以听到全球其他电台的声音并与之交谈，但了解传播模式及其变化方式意味着可以选择正确的时间以获得最佳结果。

HF电离层传播应用

利用高频通过电离层传播，可以在全球范围内听到无线电信号——正是这种通信形式首先开辟了许多通往无法进入地区的全球链接，并实现了国际广播。

使用电离层的高频传播也用于海上双向无线电通信，尽管它们现在使用卫星通信。

高频无线电还用于广播、飞机的备份以及各种其他形式的点对点无线电通信，包括军事。

尽管高频无线电通信不像以前那样广泛使用，但它仍然很重要。

业余无线电爱好者或业余无线电爱好者也广泛使用电离层的HF传播，通常以低功率和适度的天线系统与地球上的遥远点建立无线电通信。

高频传播和天波

当通过电离层使用高频传播时，无线电信号离开地球表面的发射无线电天线并传播到电离层，其中一些被返回地球。

电离层无线电传播

的基本概念 注意信号在进入电离层时是如何折射的

出于显而易见的原因，远离地球表面的无线电信号被称为天波。如果它们被送回地球，那么电离层可以（非常简单地）被视为一个巨大的反射面，环绕着地球，使信号能够传播比原本可能更远的距离。

当然，这是一个很大的过度简化，因为频率、一天中的时间和许多其他参数控制着反射，或者更准确地说，控制着信号折射回地球。

HF传播和电离层区域

在电离层内，影响无线电波的电离水平各不相同。有些地区的电离水平高于其他地区。因此，通常认为电离层内有几层。更准确地说，有许多区域，因为电离水平不会降低到零，而是有几个电离峰。

主要地区详情如下：

D区：当天波离开地球表面并向上传播时，它在电离层中到达的第一个感兴趣区域称为 D 区域。该区域在信号通过时衰减信号。衰减水平取决于频率。低频比高频衰减得更多。

E区：一旦信号通过 D 区域，它们就会到达 E 区域。尽管信号仍有一点衰减，但该区域会反射信号，或者更准确地折射信号，有时足以将它们返回地面。折射水平随着频率的增加而降低，因此更高频率的信号可能会通过该区域并进入下一个区域。E区对于HF谱的低端甚至MF谱的HF传播非常重要。

F区：F 区域或层是使 HF 传播能够提供全球通信的区域或层。设法通过 D 和 E 区域的信号将到达 F 区域。同样，这起到了折射信号的作用，它们可以返回地球。在白天，这个区域通常一分为二，称为 F1 和 F2 区域。

HF 传播跳跃距离和跳跃区

当信号向电离层传播并远离地球表面时，由于显而易见的原因，它们被称为天波。

当它们从地球表面向电离层移动时，它们实际上只是由于它们在到达电离层之前行进的距离而衰减。

然而，在靠近地面传播的信号确实会受到一定程度的衰减，具体取决于传输的频率。这些声音很快就会减弱到听不到的地步。

在更远的距离上，一旦信号被反射，或者更正确地折射回地球，就可以再次听到信号。

使用高频传播时，通常可以方便地定义所涉及的一些距离。

跳跃距离：使用 HF 通过电离层传播的信号的跳跃距离是地球表面从发射器发射到电离层并由电离层向下折射的无线电信号到它们返回地球并被接收的点之间的距离。

跳过区域：当信号在频谱的 HF 部分传输时，它们只会通过地波在发射器周围延伸一小半径。除此之外，在天波返回地球之前，它们都听不到。跳过区或静默区是无法接收无线电传输的区域。该区域位于地波覆盖的区域和天波首先返回地球的区域之间。

HF传播和频率选择

HF传播的一个关键方面是使用正确的频率。传播可能使通信能够与一个区域存在，而与另一个区域不存在。

由于较高频率的信号可以穿过较低频率的区域，因此不同频率的信号将传播不同的距离。当使用HF通过电离层传播时。由于较高的频率往往被较高的区域反射，因此由于几何形状，这些区域能够达到更远的距离。

HF传播圈中使用了几个定义：

最低可用频率 LUF：LUF 是接收场强度足以在一天中的特定时间提供所需信噪比的最低频率。

最大可用频率 MUF：MUF是最高信号频率，可用于在给定时间通过电离层的反射在两点之间传输。

临界频率：电离层中给定层或区域的临界频率是垂直向上传播的信号被反射回地面的最高频率。这很好地表明了电离层的状态。

最佳工作频率：最佳工作频率是预计在一个月中 90% 的天数中可用于指定路径和时间的最高有效频率。

D层、E层和F层的电离层反射

多重反射

虽然如前所述，使用F区域可以到达相当远的距离，但就其本身而言，这并不能解释这样一个事实，即使用HF与电离层的传播，经常从地球的两侧听到无线电信号。

发生这种情况是因为信号能够经历多次“反射”。一旦信号从电离层返回地球，它们就可以被地球表面向上反射回来，并且它们能够再次受到电离层的“反射”。自然地，信号在每次“反射”时的强度都会降低，并且还发现地球的不同区域以不同的方式反射无线电信号。

正如可以预料的那样，海面是一个非常好的反射器，而沙漠地区则非常贫瘠。这意味着被太平洋或大西洋“反射”回电离层的信号将比使用撒哈拉沙漠或澳大利亚红色中心的信号更强。

具有多次电离层反射的 HF 传播

实际上，电离层的状态并不像我们想象的那样干净和临床，并且有很多方法可以多次反射信号，达到很长的距离，有时被电离层反射到另一个反射上。有时它们可能在层或区域之间通过管道。

无线电传播和信号损耗

不仅仅是地球表面和反射将损耗引入信号路径。事实上，损耗的主要原因是D区，即使对于频谱HF部分的频率也是如此。

造成这种情况的原因之一是，电离层每次反射时，信号都必须通过D区两次。这意味着，为了获得最佳的信号强度，信号路径必须使要使用的跳数最少。这通常是使用接近最大频率的频率来实现的，该频率可以支持使用电离层传播进行通信，从而使用电离层中的最高区域。

除此之外，D区引入的衰减水平也降低了。这意味着，例如，如果可以在两个频率上支持传播，则20 MHz上的无线电信号将比10 MHz上的无线电信号更强。在尝试建立双向无线电通信时，这可能是一个关键因素。

太阳和HF的传播

电离层中的电离主要是由来自太阳的辐射引起的。因此，太阳的状态和从太阳接收到的辐射控制着电离层的状态和HF的传播。

关于太阳和从太阳接收到的辐射有几个关键主题。

太阳报：太阳是一颗迷人的恒星 - 发现它的一切是迷人的，它本身就是正确的。尽管如此，我们的太阳是产生电离层的主要辐射源。

太阳黑子和太阳黑子周期：太阳黑子是太阳表面比周围区域凉爽一点的区域。它们的存在导致发射的辐射水平更高，因此会影响 HF 传播。

太阳黑子在太阳表面被识别已经很多年了，一旦信号长距离传播的方式开始被理解，它们对无线电传播的影响就被注意到了。研究发现，太阳黑子与高频无线电传播和无线电通信的条件之间存在相关性。

太阳干扰：太阳表面不时发生大规模的扰动。 太阳耀斑和日冕物质抛射，CME也会导致辐射水平增加，进而影响HF的传播。

辐射水平的较小增加可以改善高频无线电条件，但随着它们的增加，它甚至会导致高频无线电停电。

太阳扰动的明显迹象可能是两极可见的极光。对于大型太阳扰动，两极的电离水平显着增加，并且可以允许VHF的一些专业传播模式，从而允许在这些频率下建立无线电通信。在这里，电台将天线指向北方，通常可以在相当长的距离内听到反射。

使用电离层的高频传播仍然被广泛用作无线电通信的一种形式。虽然不如卫星通信可靠，但它并没有那么昂贵，并且可以在卫星通信失败时提供有用的备份。

高频传播还广泛用于广播、军事和许多其他需要远距离通信的组织。HF传播也被能够在全球范围内进行通信的业余无线电爱好者广泛使用。

在某些情况下，可以使用低功率水平和简单的天线来建立远距离的无线电通信。

因此，使用电离层的高频传播可能会无限期地作为无线电通信技术的一种形式使用。

审核编辑：黄飞