海上超短波通信距離的影響因素分析

廣州海格通信集團股份有限公司 韓 曉

本文通過分析影響超短波通信距離的主要因素，得到合理的距離估算方法。指導實際工作，避免不利因素的影響，解決工作中通信距離近的實際問題，從而為飛行提供優質、可靠的通信保障奠定基礎。

為保證海上通信系統支持，往往需要新技術的支持，目前的常用技術手段包括微波通信、短波通信以及超短波通信等，不同技術手段之間相互協同、互為備份。超短波作為目前最常用的海上通信手段之一，其頻段范圍主要在30～300MHz范圍內，在實際海上通信應用中可能會受到海浪以及海水的影響，造成超短波被遮擋或者被吸收，引起信號衰減。為保證超短波在海上通信中的傳播，其以直達波的形式進行信號傳遞，并且傳播距離一般控制在視距范圍內。海上通信涉及到地面岸站以及海上船舶雙方，海上傳播的信號由通信系統傳遞，另一端在沿海的山頂建設服務岸基站。為保證雙方視距范圍能夠達到77 km的要求，對傳播以及岸基天線的高度具有明確要求，岸基天線高度一般要高于200m，且艦船天線高度需要高于30m。但實際海上短波通信過程中可能還會受到一些不可控因素，包括天氣條件、水文條件以及電磁波干擾等，為保證信號的高質量傳遞，還往往借助飛機進行信號中轉，即移動臺。移動臺也成為海上短波通信必備手段之一，作為新型作戰平臺在海戰中也具有不可替代性，受到研究者和使用者的廣泛關注。

1 超短波超視距通信技術簡介

對于天線而言，若其架設高度超過了其傳播的波長，那么發射天線發出電磁波之后，信號會直接傳遞到接受點的位置，那么這個距離實際就是視距距離。同時，對于超短波通信而言，還需要保證其頻率范圍在30～300MHz，在該范圍內才數據視距傳播方式。對于地球本身的形貌和地面的地形地貌而言，均會影響到電磁波的傳播和傳遞，綜合考慮各個因素視野范圍的最遠距離，往往是通信的最遠距離。超短波視距通信具備典型特征，包括地面起伏和地面形貌可能引發信號的衰減，信號傳播方式還往往采用直線型的直射波。超短波視距通信的短波間還存在較大差異，并且其具有較高的頻率，如果其發射相應的信號和頻率，往往能夠直接穿過電離層進入到太空當中，不能通過電離層實現向地面的傳播，因此為保證其信號傳播需要借助空間直射波傳播。

2 海上超短波通信距離的影響因素

2.1 視距出現自然障礙

前面指出海上超短波通信往往采用直射波傳播的方式，這種傳播方式會受到物體以及地形的影響，通信距離需要保障在視距范圍內，雖然存在這些限制，但是直射波傳播的通信相對穩定，因此得到了較廣泛的應用。另外超短波較高的頻率往往不會受到工業和天線的干擾，另外其波段范圍和其他通信方式相比更寬，能夠有效容納大量電臺同時進行工作，這樣導致超短波通信技術被導航、雷達以及通信等領域廣泛應用。

在理想情況下，超短波地空通信距離與天線高度、飛機高度有關。距離計算公式如下：

式中S為通信距離（Km），H1為天線高度（m），H2為飛機高度（m）。為保障超短波通信的質量和通常，一般需要保障視距范圍在0.7以內。另外地球存在一定的曲率并且表面也存在起伏，如果飛行視距范圍內存在一些高的山或者建筑物，又或者天線建設的高度相對較低、飛機飛行高度較低等，這些因素的存在就可能導致視距障礙影響正常通信，可能出現聯絡暫時中斷現象。另外飛機在飛行過程中還需要不斷進行姿態變換，這也是通信暫時間斷現象的重要原因。

2.2 電磁環境不良

電磁環境，是針對于設備和儀器而言，涵蓋了其所處和運行的整個環境范圍，包括認為電磁因素影響，自然電磁因素影響以及飛機本身電磁因素影響等。為保證超短波通信正常需要保證其具備理想的信噪比，只有保證最佳信噪比才能保證高質量通信距離?？梢哉J為噪聲電平就是接收靈敏度降為零時的電平，噪聲電平的計算公式為：

噪聲電平=接收靈敏度-信納比-帶寬

在常規明話地空通信時，滿足接收靈敏度-101dBm（2μv），信納比10dB，帶寬19kHz條件時：

噪聲電平（dBm）=-101-10-10lg（19×2×103）=-155.79

式中可以看出，在滿足超短波信噪比要求的情況下，噪聲電平上升1倍，接收靈敏度就降低3dB，通信距離就降為技術指標要求的0.7倍。結合檢測技術、靈敏儀器對出現問題的原因進行檢測和鑒別，包括干擾源關停、大數據、電磁屏蔽等技術和方法，對電磁環境進行凈化、噪聲電平有效降低，最終盡可能保障其工作環境接近理想環境。

2.3 天線方向性和電壓駐波比問題

天線往往具有向特定方向進行電磁波輻射的能力，被成為天線的方向性，往往采用方向性系數、方向圖等相關指標和方法對方向性進行詳細描述。天線運行的理想狀態是，其能夠實現球形輻射，即實現360°方向輻射，并且不同輻射方向的功率基本相同。但是在實際的天線運行當中和理想情況存在極大差異。天線在飛機上裝機之后，飛機本身不規則還存在很多以機翼為代表的附屬零件，這種復雜的電磁散射體就會影響天線電磁波的傳遞，散射作用機制下引起天線輻射方向圖畸變，在接收功率和電線輻射中的直接表現是功率下降，通信距離變近。

天線電壓駐波比，是反應天線輻射功率（即有效地轉換電磁波部分的功率）和輸入功率之比，該值的理想值應該是1，但是實際該值一般是永遠小于1的。如果在實際天線電壓駐波比檢查中發現其嚴重超差時，就可能引起天線輻射功率的降低，在通信距離方面的直接影響是距離近，如果該問題得不到及時處理，問題擴大還可能導致發射機損壞。

2.4 頻率偏差

電臺收發信機的頻率穩定度、準確度在長時間使用后都會發生一些變化，如果這一變化及波動超過了標準和規定的要求范圍，就可能引發問題，尤其是頻率失諧問題可能產生，最終使通信距離下降，噪聲增大。

2.5 接收機/發射機問題

發射機功率下降：發射機功率下降的主要原因有：天線駐波大和使用問題，比如長時間進行功率發射、供電電壓發生變化、超大功率長時間使用以及設備散熱存在問題等。如果在這一過程中發射機的輸出功率出現下降，那么發射機的通信距離也會發生變化及下降。

接收機靈敏度下降：接收靈敏度每下降6dB，通信距離下降一倍。因此靈敏度的下降對通信距離影響非常大。

2.6 饋線損耗增加

饋線，作為重要的信號傳輸通道，能夠保證電臺傳遞的發射功率正常傳輸到天線，并且還能夠實現對天線發出頻率的完美接收。因此若存在或出現天線端口與饋線接觸不良的情況，就可能引發一些問題進而影響信號傳輸，典型問題是損耗增大、駐波增加，這兩大問題影響了天線有效功率的接收，也影響了天線有效功率的輻射。其中，射頻電纜損耗和天線損耗影響最大。對于低損耗的射頻電纜正常損耗為0.07dB/m，發射機射頻功率經過30m的射頻電纜通常損耗2dB左右，射頻電纜的優劣直接影響射頻功率的傳輸。射頻功率通過射頻電纜進行傳輸，最終經過天線以電磁波形式對外輻射，其中路徑損耗為：

式中L為路徑損耗，F為工作頻率（MHz），S為通信距離（km）。

3 海上超短波通信距離優化策略

3.1 注重塔臺天線選址

在進行空地通信時，為保障正常的地空對話和高質量的通信必須要注重電臺天線選址，在進行電臺天線選址中尤為重要的是應該充分考慮通信和視距范圍內的各種潛在影響因素，包括地理條件、水文條件等，對研究范圍內的建筑物高度、山谷、水洼、山地等因素及其可能對超短波通信視距的影響進行詳細分析，最終保證地面塔臺的電臺天線高度盡量架高，通常離地15m以上通信效果較好。

3.2 天線涉及優化

天線安裝在飛機上之后，由于裝機環境發生變化，其方向圖參數及增益指標與生產廠家實驗室環境存在較大差異，因此方向圖檢查對于超短波通信質量保證十分重要，另外增益測試同樣十分重要，兩個參數和指標在標準范圍內才能夠保證通信距離正常。我國雖然在這一方面進行了大量工作，但和某些國家相比天線裝機后測試還處于起步研究階段，采用的是計算機仿真。

駐波比能反應電臺通過天線輻射出去的功率大小，另外結合反射功率大小。如果駐波比發生變化表明電臺有效輻射也存在一定的變化，比如駐波比的增大意味著有效輻射功率的降低，也意味著反射功率的增大，這樣既影響通信距離，也對發射機可靠性造成影響，新大綱長時間空中飛行，可能損壞發射機。所以定期實施針對性的電壓駐波比測試對于超短波通信而言具有極大的重要性。而且這種方法也成為了超短波通信質量檢測中重要的方法之一，為保障超短波通信質量需要保證天線電壓駐波比≤2.5：1。

3.3 饋線損耗檢查

檢查主要內容包括：饋線的損耗、饋線與天線的連接頭是否緊密、有無虛接、松動、斷裂現象，另外，為了減少饋線損耗，應盡可能的縮短饋線的長度和生產廠家采用插入損耗小的饋線電纜

3.4 接收機/發射機指標檢查

飛機進行定檢時，要對發射機發射功率、調制深度以及發射頻率準確度等相關參數和相關指標進行一定的檢驗及校正。在校驗和校正過程中如果發現這些指標參數存在問題，例如發生功率下降、調制度偏小、頻率偏差變大等，需要針對出現這些指標參數的問題原因進行分析，在分析的基礎上采取對應措施實施指標調整，保證調整后的指標在規定和標準范圍內。在條件允許、不影響功放可靠性的前提下，適當提高發射功率，對提高通行距離會具有明顯效果。

飛機進行定檢時，對設備接收靈敏度等指標進行檢查，如發現靈敏度下降，在此種情況下必須要對設備進行及時檢查和處理，對于其中出現或者可能潛在的錯誤指標進行必須要檢修，若發現問題或故障的時候進行及時調整和維修，保證參數和指標在標準規定范圍內。

3.5 頻率準確度檢查

在飛機定檢過程中，應對收發信機頻率準確度進行檢查，如發現有頻率失諧情況，應對收發信機頻率進行重新校正。

結論：海上超短波通信距離受多方面因素的影響，結合實際海上超短波通信的工作經驗以及前人研究成果，認為為保證海上超短波通信必須要關注超短波通信距離近的問題，這也是本文的主要工作，通過分析和經驗總結最終詳析了海上超短波通信距離近問題出現的各種原因，不僅僅從氣候條件、大氣等因素進行了分析，還結合了設備因素、天線位置、數據傳播以及能量損耗等進行了研究。在影響因素詳細分析和展開闡述的基礎上，這對這些問題和因素介紹了改進的措施和建議，希望本文提出的超短波通信距離近的應對措施和方法能夠有效改善海上超短波通信質量，保障高水平、高可靠、優質的通信。