淺談超短波電臺(tái)遠(yuǎn)距離通信布點(diǎn)選擇

郭德譽(yù)，楊 杰

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十研究所，上海 200333）

1 引言

隨著現(xiàn)代化科技的高速發(fā)展，現(xiàn)代化的戰(zhàn)爭(zhēng)其實(shí)已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄐ偶夹g(shù)的戰(zhàn)爭(zhēng)。在軍事通信領(lǐng)域存在著眾多的通信方式，微波通信、激光通信、光纖通信、衛(wèi)星通信等。其中超短波電臺(tái)通信在戰(zhàn)術(shù)軍事通信領(lǐng)域中有著大量的實(shí)際需求，但是在實(shí)際應(yīng)用中超短波的特性使其對(duì)通信環(huán)境有較高的要求。

2 超短波電臺(tái)布點(diǎn)考慮因素

超短波是指頻率從30 ～300MHz 的無(wú)線電波。由于其相應(yīng)的波長(zhǎng)在1 ～10m 區(qū)間內(nèi)，所以也常被成為“米波”。該波段電波除了應(yīng)用于電視、廣播、導(dǎo)航和移動(dòng)通信中，還廣泛地應(yīng)用于雷達(dá)和戰(zhàn)術(shù)通信中。

超短波電臺(tái)通信傳播是視距傳播，是指發(fā)射天線和接收天線處于相互能看見的視線距離內(nèi)的傳播方式，發(fā)射天線和接收天線之間實(shí)際上有三條路徑傳播電波，即直射波路徑、地面波路徑和地面反射波路徑。對(duì)于超短波來(lái)說(shuō)，地面波衰減極快，在距發(fā)射天線數(shù)公里之外，就已經(jīng)很弱了；至于地面反射波，地面略有凹凸不平或者傳播途中的任何障礙都會(huì)對(duì)傳播產(chǎn)生影響，因而很難加以適當(dāng)?shù)睦?。所以視距傳播主要是依靠直射波這條路徑。因此影響超短波傳播的環(huán)境因素主要是視距內(nèi)的障礙物。超短波電臺(tái)的使用頻率為30MHz ～87.975MHz，因?yàn)槌滩▊鞑サ奈锢硖匦员举|(zhì)是視距傳播，所以超短波電臺(tái)通信布點(diǎn)前首先要了解地形條件、電磁環(huán)境以及超短波在傳輸過(guò)程中的路徑損耗。

2.1 地形條件

像光線一樣超短波傳播距離不僅受視距的限制，還要受高山和高大建筑物的影響。其物理特性決定了其通信能力適合于準(zhǔn)平坦地形（起伏在20米以下，起伏變化緩慢），易被野外環(huán)境中的建筑物、高山（起伏80 ～700米）、丘陵（起伏40 ～80米）、河流堤壩、密林等阻擋和吸收。但是當(dāng)超短波遇到遮擋時(shí)，如建筑物和高山時(shí)會(huì)有一定的繞射能力。

由此可知在實(shí)際應(yīng)用中若需要在丘陵、山區(qū)、阻擋物附近通信，則天線一定要選擇在地理位置的高處，天線與阻擋物要有一定的距離和仰角[1]。通信雙方盡可能選擇在通視條件下進(jìn)行。

2.2 電磁環(huán)境

超短波電臺(tái)工作在30 ～87.975MHz，決定了其通信能力易受到電磁環(huán)境的影響。電磁環(huán)境的影響一般包括工業(yè)設(shè)備的運(yùn)行（電焊、汽油發(fā)電機(jī)、變電站、高壓電線等）、各種大功率電子設(shè)備（如噪聲抑制較差的雷達(dá)、無(wú)線中繼臺(tái)等）和車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行等。這些干擾源產(chǎn)生的頻譜正好處于超短波跳頻電臺(tái)的工作頻率范圍內(nèi)，若這些干擾達(dá)到一定強(qiáng)度，就會(huì)干擾附近超短波跳頻電臺(tái)的正常接收。

信噪比（SNR，Signal-NoiseRatio）是接收機(jī)端接收到的有用信號(hào)與干擾噪聲的比例。有用信號(hào)是發(fā)射機(jī)發(fā)送的傳播損耗后的信號(hào)強(qiáng)度，而干擾噪聲有自然輻射、軍用設(shè)備和民用設(shè)施電磁輻射等諸多來(lái)源。S/N為接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)與環(huán)境噪聲之比（即信噪比，單位為dB），以實(shí)際接收地點(diǎn)的電磁環(huán)境強(qiáng)度為N（以頻譜儀測(cè)試為準(zhǔn)），S 為接收信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)，可以更好更準(zhǔn)確的反應(yīng)出實(shí)際情況的電磁干擾。通常在進(jìn)行超短波電臺(tái)通信時(shí)，會(huì)使用綜合測(cè)試儀的掃頻功能對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行測(cè)試。

因此超短波電臺(tái)通信時(shí)雙方一般選擇遠(yuǎn)離這些干擾的環(huán)境，若一定要在電磁環(huán)境復(fù)雜的情況下工作，盡量選擇比較良好的頻率點(diǎn)（或頻段），從而改善通信效果，減少損耗，改變電磁環(huán)境，以滿足信噪比傳輸要求。在電磁環(huán)境不良又沒(méi)有檢測(cè)設(shè)備的情況下則需要經(jīng)常測(cè)試并經(jīng)常更換超短波電臺(tái)的工作頻點(diǎn)。

2.3 通信距離理論分析與計(jì)算

超短波電臺(tái)發(fā)射功率：50W

即：10lg（50×103）=47dBm，超短波電臺(tái)天線增益一般以-5dBm 計(jì)算。

無(wú)線電波在不同地理區(qū)域（城市、城郊、鄉(xiāng)村、山區(qū)等）有著不同的傳播特性和數(shù)學(xué)模型，用這些模型去實(shí)際應(yīng)用時(shí)，還需根據(jù)具體地理位置和實(shí)地勘測(cè)的場(chǎng)強(qiáng)值進(jìn)行修正。因此，到目前為止，還沒(méi)有準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述超短波通信實(shí)際的傳播特性。一般情況下，我們用Egli 模型來(lái)描述超短波傳播損耗：

式中Lb為電波傳輸損耗，單位是dBm；f 為電波頻率，單位是MHz；d 為傳播距離，單位是km；Hd中心臺(tái)（或主臺(tái)）天線高度，單位是m；Hm從臺(tái)天線高度，單位是m[2]。

因此，在電臺(tái)功率、天線高度、天線增益、通信距離、使用頻率、靈敏度已知的情況下，到達(dá)接收端的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)：

在實(shí)際的系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中，鏈路電平計(jì)算應(yīng)保證接收信號(hào)功率在性能門限（性能門限是保證系統(tǒng)性能所必須的接收信號(hào)電平值）之上一定的數(shù)值，作為衰落影響的儲(chǔ)備，以保證接收信號(hào)電平低于中斷門限值的概率。

2.4 應(yīng)用案例

根據(jù)超短波傳輸?shù)奶匦?，選擇的地點(diǎn)需視野比較開闊，場(chǎng)地比較空曠。用地圖查看，上海松江區(qū)、奉賢區(qū)、寶山區(qū)和崇明區(qū)都比較符合超短波傳輸特性的要求，由于參加此次試驗(yàn)的車輛眾多所以需要的場(chǎng)地較大，通過(guò)地圖找尋最終選擇了長(zhǎng)興島的兩岸如下圖1所示，圖中A 點(diǎn)與B 點(diǎn)、C 點(diǎn)、D 點(diǎn)隔江相望，無(wú)任何遮擋，相當(dāng)適合超短波的傳輸，場(chǎng)地也足以停放所有試驗(yàn)車輛。

通過(guò)GPS 測(cè)距計(jì)算圖1中A 點(diǎn)距離B 點(diǎn)11.7KM，B 點(diǎn)距離C 點(diǎn)5.4KM，A 點(diǎn)距離D 點(diǎn)7.8 公里，計(jì)劃將Z 車安排在B 點(diǎn)，G 車安排在A 點(diǎn)，S 車、DY 車、YZ 車和DW 車安排在C 點(diǎn)，三輛F 車安排在D 點(diǎn)。

由于C 點(diǎn)的電磁環(huán)境當(dāng)運(yùn)輸集裝箱的卡車來(lái)回經(jīng)過(guò)時(shí)會(huì)變差，直接影響通信質(zhì)量所以放棄長(zhǎng)興島的兩岸所選的地點(diǎn)。重新查看地圖只有上海最北端的崇明島具有良好的條件。經(jīng)過(guò)實(shí)地勘查，發(fā)現(xiàn)崇明島上沒(méi)有工業(yè)化痕跡，環(huán)境相對(duì)比較原生態(tài)，電磁輻射相對(duì)較少，來(lái)往的車輛也少，也沒(méi)有高大物體的遮擋，十分符合超短波傳輸?shù)奶匦浴３浞挚紤]地形條件、電磁環(huán)境條件和信噪比等多方面條件，選取了4個(gè)地點(diǎn)A、B、C、D 如圖1所示。

圖一 第一次選點(diǎn)圖

經(jīng)GPS 測(cè)距計(jì)算圖1 中的A 點(diǎn)距離B 點(diǎn)5.1KM，C 點(diǎn)距離D 點(diǎn)6KM，A 點(diǎn)距離D 點(diǎn)14.8 公里，其中將Z 車安排在A 點(diǎn)，G 車安排在D 點(diǎn)，S 車、DY 車、YZ 車和DW 車安排在B 點(diǎn)，三輛F 車安排在C 點(diǎn)，A 點(diǎn)、B 點(diǎn)、C 點(diǎn)和D 點(diǎn)。當(dāng)測(cè)試開始后，三個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的通信狀態(tài)良好，話音通信與數(shù)據(jù)通信都符合指標(biāo)要求，在觀察一段時(shí)間后查看通信效果，各通信網(wǎng)絡(luò)一切正常，至此超短波電臺(tái)遠(yuǎn)距離通信測(cè)試圓滿成功。

3 結(jié)束語(yǔ)

超短波電臺(tái)遠(yuǎn)距離通信會(huì)受到較多外部條件的影響，為了能夠成功進(jìn)行通信超短波電臺(tái)的布點(diǎn)尤為重要，通過(guò)Egli 模型的經(jīng)驗(yàn)依據(jù)超短波的特性，按通信視距內(nèi)無(wú)遮擋和通信范圍內(nèi)電磁干擾小的規(guī)律去選擇并布點(diǎn)可以大大提高超短波電臺(tái)遠(yuǎn)距離通信的成功率。