Analysis of the Prediction Method for Communications Coverage of Short-wave Amateur Radio Stations
Chen Chuhao, Yu Gan
(1. Beijing No.5 High School,beijing,100007;
2. The State Radio Monitoring Centre, Beijing,100037)
Abstract: This paper introduces the method for predicting the communications coverage of short-wave amateur radio stations by using the simulation software of short-wave sky wave propagation,we hope to bring some inspiration to amateur radio enthusiasts when communicating in the shortwave band.
Keywords: Short wave amateur radio; Communications coverage; Prediction method
1 引言
短波业余业务是供业余无线电爱好者在短波频段进行自我训练、相互通信和技术研究的无线电通信业务。短波通信发射电波经电离层的反射到达接收设备,通信距离较远,是业余无线电爱好者进行远程通信的重要手段之一。要取得较好通信效果,不仅需要良好的接收发信号的电磁环境,还需要选取最佳时间、最佳频率等参数。因此,正确掌握预测短波频段业余电台通信覆盖范围的方法,可以使通信具有科学性、高效性。
短波业余电台通信覆盖范围与短波传播方式密切相关。短波的传播方式包括地波传播和天波传播。地波传播基本与昼夜和季节变化无关,很大程度上取决于传播路径上地表类型的特性,如在海面上传播距离可远达近千千米,而在干燥的沙地上可能只有几十千米,传播信号强度衰减容易预测。天波是短波的主要传播途径,短波信号由天线发出后,经电离层反射回地面,又由地面反射回电离层, 可以反射多次,因而传播距离可达几百甚至上万千米。虽然电离层分布不均匀、不同纬度的分布不尽相同、电离层依照太阳活动周期的变化而变化,但电离层的分布及变化有一定规律,可以根据长期观测电离层的数据及太阳活动周期,研究短波天波传播模型,开发出相应的仿真软件,利用软件对短波信号在特定时间的天波传播路径进行预测,从而评估短波频段业余电台通信覆盖范围,使通信有的放矢。
2 仿真软件简介
世界各国一向重视短波信号天波传播模型研究,开发了许多不同的短波信号传播预测软件,其中广泛使用的包括: NTIA/ITS,WPLOTF32, FIELDPLOT,ASAPS,ITUHFBC等。
NTIA/ITS系列软件(以下简称ITS软件)是一款免费的短波频段通信预测软件,适合业余无线电爱好者使用。该软件是美国电信科学研究所开发,包括IECPAC、VOACAP及REC533等软件,可以进行基于频率或台站(包括发射台站和接收台站)的
相关计算,计算结果较为丰富,可靠性也已经得到了实际计算、运用的证明[4]。
3 短波频段业余电台通信覆盖范围预测方法
3.1 掌握短波业余电台基本知识
短波业余电台由收发信机、天馈系统、配套电
源等组成,调制方式有AM、FM、SSB、CW等,收发
射天线有全向、定向等多种类型,发射功率通常为几十瓦至几百瓦。我国分配给短波业余业务为主要
业务的频段为1.8-2MHZ,3.5-3.9MHZ,7-7.2MHZ, 14-14.35MHZ,18.068-18.168MHZ,21-21.45MHZ, 24.89-24.99MHZ,28-29.7MHZ。
3.2 熟悉仿真软件及其参数设置
ITS软件是基于频率、设备数据、短波台站等必
要数据计算和分析的,可进行点对点、点对区域等复杂的短波传播计算,其计算结果可显示到地理图上,以可视化的方式来表征。利用点对区域的短波传播计算,即可对短波频段业余电台通信覆盖范围进行预测。
软件参数设置至关重要,正确设置发射地点的经纬度、发射机功率、天线参数、预测年月及对应的太阳黑子数、拟用频率、信噪比、可靠性等数据,进而得到可靠的预测结果。值得一提的是, ITS软件输入的太阳黑子数并非指某一天的太阳黑子数,而是指通过拟合得到的相对稳定的太阳黑子数。因此得到的预测结果是针对某个月的短波链路通信效
果,而非单指某一天的联通效果。图1为ITS软件的
覆盖范围预测功能的参数设置界面。 3.3 短波业余电台通信覆盖范围预测范例选取软件VOAAREA INVERSE ,设置发射 地点经纬度、发射频率、发射功率、信噪比、时间、太阳黑子数、收发射天线等相关参数,对短波业余电台进行链路可靠性预测仿真计算,仿真结果为该电台通信覆盖范围的预测,即某设定时间段内,信噪比超过设定数值的概率。例如:设定时间为0100UTC、频率为11.9MHZ、信噪比为67db的链路可靠性为80%,表示当月(30天)在0100UTC, 11.9MHZ的链路信嗓比大于67DB可通信的天数为总天数的80%(24天)。短波业余电台参数设置范例如表1所示。
表1
参数设置后运行软件,其计算结果显在地理图上,从而得到该短波业余电台通信覆盖范围预测图。由图可知,在陕西发射频率为7MHZ、功率为100W的短波业余电台在10 °E至150 °E,0 °N至80 °N范围(亚洲和欧洲部分地区)可保证50%以上的链路可靠性,即2018年12月(共31天)的2400UTC,信噪比大于45DB可通信的天数为总天数的50%(约15天);对亚洲部分地区,即中国大部分地区、蒙古、缅甸、越南等可以保证90%以上的链路可靠性,即2018年12月(共31天)的2400UTC,链路信嗓比大于45db可通信的天数为总天数的90%(约27天)。图2为短波业余电台通信覆盖范围范例图。