關於VHF和UHF信號的遠距離傳播

名稱:關於VHF和UHF信號的遠距離傳播
30MHZ以下的短波段（HF段）無線電信號是依靠電離層的反射進行遠距離的傳播，傳播的距離可以由數百公里至上萬公里，由於電離層本身的特殊性，正常情況下電離層對高於40MHZ的無線電信號的反射是很微弱的，絕大部分信號會穿透電離層射入太空。所以通常情況下，40MHZ以上的無線電信號基本上都是沿直線方式傳播，傳播的距離一般在一、二百公里以內，也就是我們常說的在「視距」範圍內傳播。
但是在電離層和大氣層（對流層）的特殊條件下，40MHZ以上的VHF和UHF信號可以沿地球表面傳播到數百公里以外，我們通常把這種超「視距」的傳播稱為遠距離傳播。有時，VHF段的無線電信號也可以通過電離層的特殊條件反射，傳播到幾千公里以外，這種傳播我們可以稱為超遠距離傳播。無線電波的「視距」傳播，遠距離傳播，超遠距離傳播的機理是不相同的。下面講到的各種傳播都是指用通常的接收設備（普通的收音機、接收機，普通的天線），收到遠方電台傳來的無線電信號的強度和本地電台無線電信號的強度相差不太多的情況。
一、視距傳播
無線電波基本是沿直線方式由發射端傳播到接收端。
二、遠距離傳播
40MHZ以上的VHF和UHF無線電信號在數百公里範圍內的傳播，主要是由地球表面附近大氣層（對流層）的特性變化造成的，主要是兩種傳播方式。
1、大氣波導傳播
VHF和UHF段的無線電波在對流層的大氣中傳播時，當大氣層出現特殊的條件時，會隨大氣層的溫度、氣壓、水份分佈不同而發生折射，造成傳播途徑的彎曲和改變，從而形成傳播無線電波的良好通道，這種傳播通道通常稱為「大氣波導」。利用大氣波導可以把VHF和UHF的無線電信號傳播到幾百公里之外，而且信號也比較穩定。一般在夏天雨後初晴的穩定天氣，容易在大氣層里形成大氣波導。在沿海地區，當陸地上乾燥的熱空氣團向海上移動后，也容易產生大氣波導。大氣波導一般在低緯和中緯地區產生的比較多，尤其是沿海地區和海面上出現的更多。由大氣波導傳播的信號比由電離層反射傳播的信號穩定，大氣波導往往可以連續保持幾個小時。這對我們無線電愛好者和BCL接收FM廣播和TV伴音是一個挑戰，一般情況下大氣波導對UHF段的信號好於VHF段的信號，所以這對偏愛玩對講機的無線電愛好者也是一個挑戰。
2、對流層散射傳播
在對流層沒有形成大氣波導的傳播條件下，在距FM和TV電台150-400公里的範圍內，也經常能收到電台的信號，這是由於對流層中的不均勻體引起無線波的散射造成的。對流層中的不均勻體是由空氣形成的許多旋渦狀湍流氣團，在地面發射天線輻射的電磁波照射下，每一個不均勻體就象一個無源反射天線一樣反射電磁波，把地面發射的無線電波傳播到遠方。這種傳播我們把它稱做對流層散射傳播。
需要強調的是：對流層對無線電波的散射是隨時存在的，但是受氣象條件的變化影響，它的特性變化也是很大的，導致接收場強的變化也是很大的，從而造成遠程接收的隨機性。另外，對流層散射傳播的無線電信號強度較小，往往需要用高增益的定向天線和高靈敏度的接收機才能接收。而且夏季的傳播場強要比冬季大，早晚的傳播場強比中午好。此外，對流層散射傳播的頻率在100MHZ以上時的效果比較好。大氣波導傳播和對流層傳播都與接收當地附近的氣象條件變化規律有關，這可以通過長期實踐來摸索接收季節和接收時間的規律。
三、超遠距離傳播
無線電愛好者都知道，在距地球表面60公里一1000公里的高空，存在的大氣層叫電離層，而且電離層也有分層結構，各層的高度和電子密度狀態也不同，國際上常常這樣劃分：距地球表面55公里一85公里的一層叫做D層，85公里一150公里的一層叫E層，150公里一200公里的一層叫F1層，200公里以上叫F2層。由於電離層的電子密度特別大，所以能反射無線電波，從而實現遠距離無線電通信，但電離層在正常情況下只能反射40MHZ以下的無線電波，高於40MHZ的無線電波會穿透電離層射向太空。
但當電離層的電子密度異常時，會出現電子密度很高的特殊區域，電離層的這些特殊區域會反射頻率高於40MHZ的無線電波，而且是密度越高，反射的頻率也越高，最高時可以反射150MHZ的無線電波，這就是FM電台和VHF的超遠距離傳播機理。當電離層的電子密度異常區出現在F2層時，其反射頻率可達60MHZ，傳播距離可達2500公里一5000公里，這種情況在太陽活動的高峰
年份或電離層受到擾動時容易出現，另外，在冬季的白天也經常出現。
當電離層的電子密度異常區出現在E層時，其電子密度可以比周圍正常E層的電子密度大幾十倍到幾百倍，此時可反射100MHZ一150MHZ的頻率，傳播距離可達到1000公里一2500公里。E層異常區傳播的信號場強比較高，接收時比較容易，有時用普通收音機和對講機就可以收到遠方的FM台和對講機的信號。E層異常區的出現也是具有隨機性，一般在中緯度地區的夏季白天有50%一70%的時間出現，赤道地區幾乎白天都存在。