电离层异常变化对短波通信的影响分析

李洪顺

摘 要

在短波通信当中，电离层对短波通信的质量存在着重要的影响，在本文当中，笔者从两个方面介绍了电离层异常对短波通信产生的影响，即太阳活动与人工干扰。

【关键词】电离层 异常 短波通信 影响

1 引言

短波通信技术是通过波长较短的电磁波（波长为10m～100m），利用电离层进行反射从而实现远距离的通信，由于短波通信具有低成本、操作性强等特点被广泛的运用在军事、气象等方面当中。同时在短波通信当中电离层充当一种中继站的功能，而电离层并不会被摧毁，因此，特别是在军事领域当中具有极为重要的地位。电离层是指大气层在高能粒子作用下因为电离作用而产生的一种等离子区域，太阳活动与人工干扰会对电离层的浓度产生一定的影响，从而使得通信的质量产生变化。

2 太阳活动对电离层产生的影响分析

在太阳活动当中，由于太阳的电磁辐射会产生较为明显的变化从而导致短波通信所收到的信号中存在着大量的噪音，通信质量会明显的下降，严重时甚至会完中断。太阳活动对电离层产生的影响主要包括以下几个方面的内容。

2.1 太阳黑子

太阳黑子是在太阳表面，一种不断旋转并运动的物质，其能够产生一定强度的磁场，同时太阳黑子往往也会喷射出一定量的带电粒子，这些粒子在到达地磁场之后，会在地磁场的影响下发生曲线运动，并且会螺旋式下落移动到两极的上空当中，因此，在地球的两极地区会受到严重的干扰。F2层是电离层的最外层，因此，受到太阳黑子影响最为严重。F2层受太阳黑子影响有如下变化：

（1）电子浓度减小；

（2）虚高增高；

（3）层中出现过渡性的变化迅速的分层现象（电子堆积形式）；

（4）电离层变成湍流形式，电波的反射完全消失，持续时间可达数小时甚至数天；

（5）FZ层临界频率下降，D层的吸收增加。

2.2 太阳耀斑

太阳耀斑是太阳活动的一种主要形式，在地球上能够看到太阳色球层的局部增亮现象。太阳耀斑的范围与太阳黑子的数量以及磁场梯度有着非常紧密的联系。太阳耀斑爆发时会产生较高强度的X射线以及大量的紫外线，并以光速向地球运行，从而使得白昼部分的出现明显的增强，尤其是D层的离子浓度可能会在短期内增长约10倍左右。从而导致中波被完全吸收，甚至部分短波也被吸收，导致通信质量受到严重的影响，甚至造成完全的通信中断。

2.3 磁暴

在太阳耀斑爆发之时，等离子会以较快的速度向地球方向运动，在到达地球之后会进一步的压缩地球的磁场，从而使得地磁场在短期内的磁场强度明显增强，发生磁暴的现象，并进一步导致F层的急剧扩张，从而影响短波通信的质量。

2.4 电离层突然骚扰

太阳在没有活动时期所射出的X射线一般都是在10A以上，但是在太阳耀斑爆发时，其射出的X射线一般都是在8A以下，在到达地球之后被地球的大气层所吸收，进一步增大D层的等离子浓度，从而导致地球阳面的通信中断。这种现象被称为电离层的突然干扰。电离层的突然干扰会对短波通信的质量造成明显的影响，在电离层骚扰期，由于存在着较强的吸收，从而使得短波通信的可用频带明显缩短，同时通信信号也会很快衰落，从而造成通信质量的下降。

3 人工扰动对电离层产生的影响分析

人工扰动电离层是指采用人工的方式，对电离层局部的性质加以改造，从而使得其能够进行人工运用，人工扰动电离层所产生的电磁效应会对电离层产生一定的影响，从而使得通信信号明显下降。

3.1 电离层突然骚扰

如果在电离层的F层当中，释放一定量的气体，就可以将原子性的O+转变成为分子性质的离子，而在正常情况下分子性离子与电子的复核系数一般都较大，从而使得电离层的电子复合速度明显增强，这就必然导致电子的数量明显减少，从而使得通信的质量受到明显的影响。1973年，在发射土星火箭时由于火箭的燃烧气体的影响，从而在电离层当中产生了一个大洞，在极短的时间内就使得太平洋地区的通信完全中断。目前引起电离层突然骚扰典型的做法是采用小型火箭或航天器运载化学物质改变电离层中的电子密度。

3.2 大功率高频电波加热电离层

如果在地面上产生较大功率的电磁波并射入电离层之后，电离层当中的电子由于共振作用的影响，其运动速度明显增强，在与离子或者中型离子的碰撞过程当中，使得重离子的能量不断增强，从而使得温度增强，较为显著的改变当地的电离层的质量，同时也会影响电磁波在空间内的传输。大功率高频电波加热电离层同时还会使得电磁波发生变化，从而使得通信内容产生严重的干扰。

4 结语

短波通信由于其自身属性，具有较为广泛的运用。在短波通信当中，作为信息传播的中介，电离层的质量会对通信质量产生严重的影响。在本文当中，笔者结合自己的实际工作经验，从两个方面分析了电离层异常变化对通信质量的影响，希望能对短波通信的建设工作有所帮助。

参考文献

[1]孙凤娟，柳文，李铁成.电离层信道特征参数对短波通信质量影响的试验分析[J].中国电子科学研究院学报，2012（05）：496-501.

[2]王睿，张海勇，杨曦，阮旻智.自然环境对短波通信的影响[J].舰船科学技术，2008（05）：87-88+91.

[3]陶应龙.高空核爆炸对电离层影响的数值模拟研究[D].北京：清华大学，2010.