干扰短波通信的自然环境因素

范志群

【摘要】 短波通信受各种自然环境因素和人为因素的影响，本文主要分析了太阳活动、电离层、多径传播、地理环境等自然因素对短波通信的干扰。

【关键词】 短波通信 太阳活动 电离层干扰

无线电通信系统的作用距离不仅取决于通信系统本身的各项性能参数，还受各种自然环境因素的影响。短波通信同样受太阳活动、电离层状态变化、季节变化、传输途径、地理环境等自然环境因素的制约。

一、太阳活动对短波通信的影响

太阳活动是太阳大气中局部区域各种活动的总称。太阳黑子是太阳活动的基本标志，当太阳黑子增多变大时，其它太阳活动也随之变得猛烈，耀斑、日珥、日冕物质喷发等各种现象也将出现，此时太阳黑子、耀斑、日珥会严重干扰短波通信。

二、电离层对短波通信的影响

短波通信以电离层反射传播为主。电离层对短波信号的影响与电子密度有关联。地球高空大气受太阳光中的紫外线和X射线辐射而处于电离状态。这些电离化的气体在地球上空60-1000多公里的范围内形成D、E、F1、F2四层。D层：高度60-90公里，厚约1公里；E层：高度90-140公里，厚约25公里；F1层：高度140-200公里，厚约20公里；F2层：高度200-1000公里之间。

影响短波通信的主要是D、F两层。D层是吸收层在最低下，白天存在，晚上正负离子逐渐结合而消失，太阳直射时最好。D层会吸收低频短波信号的能量，因其电子密度达不到反射短波通信信号的要求。D层吸收电波的能力随着电离程度变高而加强。

E层是把电波反射回地面，电离程度高于D层。与D层相类似，E层白天存晚上非常弱，短波信号都能穿透它。太阳活动剧烈时，突发的E层能将短波信号反射回地面。

F1和F2反射层，合称F层。F层是电离层中最高反射信号距离最远。其中F2层与磁层相接，常沿地磁方向延伸。短波信号主要依赖F层，尤其F2层是短波重要的反射媒介。

夜晚，D层消失，E层也变得很弱。F1和F2层合到了一起。由于没有D层，较低频率短波信号不会被吸收。由于电离层变薄，晚上较高频率短波通信信号不被反射反而可能因此穿透变薄后的F层。

电离层和太阳活动对短波通信的影响是关联的。太阳黑子爆发可以使电离层反射信号能力增加；而太阳耀斑、日珥等又会造成对地球电离层的突然骚扰及电离层暴影响着短波通信联络质量，直到无法保持联络。

1、电离层突然骚扰对短波通信的影响。太阳耀斑爆发产生的高能紫外线和X射线以光速传播，约8分钟到达地球，使电离层D产生强烈电离，使较高频短波信号遭强烈吸收，严重时全波段的高频信号被吸收殆尽，此即所谓电离层骚扰。突发电离层骚扰使高频信号的低端部分先中断，频率越低，遭受的吸收越强。

2、电离层暴对短波通信的影响。太阳活动剧烈时，除了紫外线和X射线增强外，还喷射出大量的高能带电微粒子流干扰地球磁场，当其穿过磁层到达电离层时，平时的电子分布产生重大偏离，从而破坏电离层状态。这种电离层物理参量对正常状态的重大偏离就是电离层暴。F层、E层、D层会依次受到电离层暴影响，最为明显的是F2层。我们把垂直透射波的最高可反射频率称为临界频率，那么电离层暴通常可分为3类：一是正相电离层暴，F2层的临界频率比常规值增大，多发生于赤道地区上空；二是F2层的临界频率小于才常规值的是负相电离层暴，它较长时间存在于中高纬度地区；三是当F2层的临界频率在正常值上下波动时为双相电离层暴。电离层暴尤其是负相电离层暴，使短波高频信号超过了电离层F所能反射的频率极限飞向宇宙空间，严重干扰短波通信。电离层暴导致可用的最大频率数值突然下降，而电离层骚扰会导致可用的最小频率数值变大，他们同时发生导致可用短波频率段变窄，直到全波段无法传输信号。

三、多径传播对短波通信的影响

短波信号传输是一种多径传播，因为其信号分散在很大区域范围的电离层内，导致反射时存在着多种传播路径。接收天线检测到的短波传输信号，相位相同时相加，相反时则相抵，造成多径衰落，从而影响短波通信。

多径时延效应是多径传播产生的。短波信号传递途中，有各种不同的传播途径存在时间差异，传播途径本身又随着时间而改变，传输到终端的短波信号延时就不同。多径时延指各路传输信号最长延时与最短延时之时间差，多径现象分为微分多径和分离多径。微分多径时延很小，由电离层不均匀导致；二是由不同跳跃次数及高、低角度的射线等形式产生的分离多径，其传播时延很大。多径时延大小还与频率、通信距离、时间等因素有关，当短波通信信号频率接近电台的最高频率时，传播路径减少，路径时延较小；其频率很低时，传播路径增多，多径时延相应的增大。多径时延会造成码元畸变，对短波通信造成影响。

四、地理环境对短波通信的影响

短波在近距离通信时信号沿地表传播，在地球表面产生电荷，进而形成地电流，其能量就会被大地电阻吸收。大地对电流的阻碍还与短波信号频率密切相关。地球表面对短波信号的损耗随着频率大小成一定正比关系。因此，短波近距离通信时应尽量避免使用短波高频端而采用低频端。endprint