摘 要：短波在信號(hào)傳輸中具有重要的應(yīng)用，在海面的反射會(huì)引起損耗，為計(jì)算傳輸過程的損耗�；�于一般介質(zhì)的反射損耗模型，具體應(yīng)用到以海面為電波為反射介質(zhì)，得到適用于海面反射損耗的模型。結(jié)合短波傳輸過程中在空氣以及電離層的損耗模型，設(shè)定條件并計(jì)算傳輸總損耗以及在滿足信噪比條件下的跳躍數(shù)。結(jié)果表明，發(fā)射仰角以及發(fā)射頻率的不同會(huì)造成電波傳輸損耗以及跳數(shù)有較大差異，合理設(shè)定參數(shù)能夠減小損耗。
　　關(guān)鍵詞：短波；海面反射；損耗模型；發(fā)射仰角；發(fā)射頻率
　　0 引言
　　頻率處于3-30MHz的無線電波成為短波，電波可以通過地球與電離層之間的多次反射使得信號(hào)從地球表面某一位置傳播到地球表面另一較遠(yuǎn)位置。電波從一個(gè)地面發(fā)射源發(fā)射，經(jīng)過電離層發(fā)射回到地球，可能再次回到電離層反射后再次回到地球，經(jīng)過這樣的多次跳躍式前進(jìn)，信號(hào)傳播到了地球的較遠(yuǎn)處。但在傳播中，空氣中自由傳播以及電離層的反射會(huì)造成一定能量損耗，該部分可運(yùn)用已有公式計(jì)算，而對(duì)于電波在海面的反射損耗，為更為準(zhǔn)確地衡量電波傳輸?shù)奶鴶?shù)或距離，計(jì)算電波海面反射的消耗具有實(shí)際意義。
　　1 短波海面反射損耗模型
　　對(duì)于不同的反射介質(zhì)，反射損耗與介質(zhì)表面的垂直極化反射系數(shù)與水平極化反射系數(shù)有關(guān)，具體公式如下：
　　Ls=10lgK2V+K2H2（1）
　　式中：Ls為介質(zhì)表面反射消耗，KV為垂直極化反射系數(shù)，KH為水平極化反射系數(shù)。
　　由于反射消耗的大小與介質(zhì)的本身性質(zhì)參數(shù)有關(guān)，為計(jì)算電波在海面反射的損耗，需要具體化垂直極化反射系數(shù)與水平極化反射系數(shù)計(jì)算公式中的參數(shù)，亦即將（1）式具體為海面介質(zhì)，此時(shí)KV與KH的計(jì)算公式為：
　　KV=εr-jxsinΔ-（εr-jx）-cos2Δεr-jxsinΔ+（εr-jx）-cos2Δ（2）
　　KH=sinΔ-（εr-jx）-cos2ΔsinΔ+（εr-jx）-cos2Δ（3）
　　式中：εr為海面相對(duì)介電常數(shù)，x=σ/（ωεv）=18×103σ/f，其中σ為海洋導(dǎo)電率，f為電波頻率，Δ為電波發(fā)射仰角，j為虛數(shù)單位。
　　2 模型應(yīng)用
　　將應(yīng)用于不介質(zhì)的反射損耗模型具體到海面介質(zhì)進(jìn)而得到了海面反射的損耗模型，運(yùn)用該模型可以電波傳輸損耗，從而估計(jì)當(dāng)電波從地面某一點(diǎn)以某一角度發(fā)射，經(jīng)過電離層，反射至海面，在信噪比大于10dB時(shí)，最多能夠完成的跳躍次數(shù)。電波傳輸過程的總損耗為：
　　Ltotal=Lb+Ls+Li（4）
　　式中：Lb為自由傳播即空氣中傳播的損耗，Ls為海面反射的損耗，Li為電離層的損耗。
　　2.1 電離層與自由傳播損耗模型
　　電波在空氣中自由傳播時(shí)，所攜帶的能量會(huì)不斷地遭到損耗，如圖1，考慮地球曲率的影響，自由傳播的路徑長度為De，根據(jù)得到自由傳輸損耗公式為：
　　Lb=32.4418+20lgf+20lgD（5）
　　電離層的損耗模型計(jì)算的主要是電波在傳播得到電離層被吸收與反射損耗的能量大小，其計(jì)算公式為：
　　Li=677.2n（secθ）I（f+fH）1.98+10.2（6）
　　式中：I=1+0.0037Scos（0.881ψ）1.30，n為跳數(shù)，θ為電離層入射角，f為電波頻率，fH為100km高度處磁旋諧振頻率的平均值，S為十二個(gè)月平均太陽黑子黑子數(shù)，ψ為太陽天頂角。
　　2.2 實(shí)例分析
　　假定地面上有一個(gè)發(fā)射源以100W的恒定功率發(fā)射電波，經(jīng)過電離層反射到海平面，該過程為一個(gè)完整的跳躍數(shù)，由于發(fā)射仰角以及電波頻率的不同，第一次離開海面時(shí)總損耗將不同。分別取不同的頻率以及發(fā)射角度，結(jié)合（1）、（5）、（6）式可計(jì)算出第一跳總損耗如下表1所示。
　　根據(jù)表1可知，發(fā)射仰角一定時(shí)，隨頻率增加損耗會(huì)逐漸降低，但當(dāng)頻率增加到一定的量時(shí)，損耗會(huì)趨于穩(wěn)定，甚至可能將出現(xiàn)一定的反轉(zhuǎn)。同樣地，發(fā)射頻率一定時(shí)，隨發(fā)射仰角增加損耗也逐漸降低，發(fā)射仰角增加到一定值時(shí)，總損耗趨于穩(wěn)定。
　　電波能夠繼續(xù)向下完成跳躍，必須保證信噪比不小于10dB，信噪比的計(jì)算公式為：
　　SNR=201.56+10lgPt-20lgf-20lgr-Li-Ls-Fα（7）
　　式中：Pt為發(fā)射功率，r為傳輸路徑長度，F(xiàn)α為大氣有效噪聲系數(shù)。
　　設(shè)一跳的路徑長度為r0，傳輸路徑可以和跳數(shù)相關(guān)聯(lián)，即r=0，同時(shí)應(yīng)該滿足：
　　201.56+10lgPt-20lgf-20lgo-Le-Ls-Fα≥10（8）
　　同樣考慮發(fā)射仰角以及發(fā)射頻率可以得到跳躍數(shù)如下圖所示：
　　根據(jù)圖3，顯然在發(fā)射頻率過大時(shí)，電波將不能完成一次完整的跳躍，同時(shí)發(fā)射頻率以及發(fā)射仰角均很小時(shí)亦不能完成一次完整的跳躍。根據(jù)圖2，在一定發(fā)射仰角下，增加發(fā)射頻率能夠增大跳躍數(shù)，同樣地，在一定發(fā)射頻率下，增加發(fā)射仰角能夠增大跳躍數(shù)。
　　3 結(jié)論
　�。�1）海面對(duì)電波反射所引起的損耗，與海面本身屬性參數(shù)相關(guān)，準(zhǔn)確地獲得屬性參數(shù)能夠更為精確地計(jì)算海面反射引起的損耗。
　　（2）發(fā)射源的發(fā)射仰角以及發(fā)射頻率對(duì)電波傳輸損耗具有較大影響，發(fā)射仰角過小或發(fā)射頻率過小均會(huì)造成較大損耗，合理控制仰角大小與頻率大小能夠減小損耗。
　�。�3）電波傳輸?shù)奶�躍數(shù)大小衡量了電波傳播信號(hào)的距離，在仰角以及頻率選取不合適時(shí)，會(huì)造成信噪比不達(dá)標(biāo)而難以傳輸信號(hào)。
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