HF天线信号传播与损耗分析

李家兴 曾琪思 张兴锐

摘 要： 本文主要研究了3MHZ-30MHZ频段内的100W高频信号经过电离层反射到平静海面、动态海面、崎岖山区等不同介质平面上电波传播特性，计算出了电波在不同介质平面下所能进行的最大跳数，然后对不同介质平面下电波传播特性进行了比较。最后通过动荡补偿模型消除了航船动荡对航船天线所产生的影响，提高了航船接收通信的可靠性，确定出了航船能够进行有效通信的时间。

关键词： 高频电波；多跳；动荡补偿；不同介质平面；有效通信

1.引言

短波在不同地形上的传播是非常复杂的，信号通过电离层又反射到不同的介质平面，然后又通过介质平面反射到电离层，在不断的反射过程当中信号会相应的衰减，信号在不断的跳跃过程当中进行传播从而实现信号的覆盖。

多跳信号在不断的传播过程会有很大的损失，有效计算信号所能够覆盖的范围是非常重要的，这是因为在信号覆盖的范围内能够给目标实现定位。比如在海上航向的航船就需要进行准确的定位，否则一点发生失联可能会造成意想不到的后果。

海上航行的舰船在海面上不断动荡，对信号的接收质量有一定的影响，为了能够持续平稳的接收信号需要在船体的信号接收太上设计信号补偿设备。

2.不同介质平面的传播模型

2.1 平静海面

这种损耗是在多跳传输时海面反射产生的，由于电波经电离层反射后极化面旋转且随机变化，入射海面时的电波是杂乱极化的，因此，严格计算Lg值是有困难的，本文的处理办法是对圆极化波进行计算。假设入射电波是圆极化波，即水平极化分量和垂直极化分量相等，则平静海面反射损耗为：

2.2 粗糙海面

对于粗糙海面的反射问题，考虑在光滑海平面的基础上进行修正，根据国际无线电顾问委员会[2]得到具体的修正因子ρ计算公式如下：

2.3 山区

本文将山的左斜面进行角度纠正后可视为平地反射损耗，即当电波射入山地某一点时，发生的损耗Lmou与光滑地面发生的损耗一致，为了使损耗值更加精确，我们引入有效系数：

3.船体晃动补偿角

本文考虑船载天线平台没有工作的情况，船体扰动角速度为wd，船体扰动耦合到稳定平台方位框架坐标系OXaYaZa上的角速度分别为wxd，wyd，wzd，此时船体坐标系OXdYdZd和稳定平台方位框架系统OXaYaZa的关系如图1所示。

4.结论

天线信号经过不同的反射介质都会发生衰减，并且衰减的强度与反射面的粗糙程度以及坡度有很大的关系。反射面介质越粗糙，信号就越容易发生漫反射现象，这个过程當中就将损失相当多的一部分能量。通过对比，发现在海面上的信号衰减小于山区所产生的衰减。除此之外，在传播过程当中经历越多的障碍物信号就会发生很严重的衰减，比如在崎岖山区就将导致比较大的信号衰减，为了使信号的覆盖相对较大，山区部分可以采用绕射方式进行信号传播。船体的平动和摇摆对船载天线平台的影响，可由天线稳定平台的俯仰和方位的角速度补偿量和来补偿，进而提高航船接收通信的可靠性。

参考文献

[1]宋铮，张建华.天线与电波传播.西安电子科技大学出版社，2016：243-261.

[2]Ying Wang， Jian Gu. Research and Simulation Analysis on Sea Surface Wave Reflectance. Electronic Design Engineering， 2016（3）.

[3]Qing Hu， Hong Tang， Yukun Yao， Zengshan Tian. Theory of Telecommunication Transmission. Publishing House of Electronics Industry， 2013：169-171.

[4]Jian Luo. Research on Stablization and Tracking Tecnologies for Antenna Platform Mounted on Ship.2015（6）.

[5] Xiaoping Tian， Jihua Lu. Shortwave propagation over oceans and HF propagation Prediction model. Beijing Institute of Techology.