短波通信原理，这可能是讲短波讲的最透彻的一篇文章！

尽管当前新型无线电通信系统不断涌现，短波这一古老和传统的通信方式仍然受到全世界普遍重视，不仅没有被淘汰，还在快速发展。其原因主要有三：

这里简要介绍短波通信的一般概念，优化短波通信的经验，以及一些热门的新技术。

无线电广播、无线电通信、卫星、雷达等都依靠无线电波的传播来实现。

无线电波一般指波长由100,000米到0.75毫米的电磁波。根据电磁波传播的特性，又分为超长波、长波、中波、短波、超短波等若干波段，其中：超长波的波长为100,000-10,000米，频率3-30千赫；长波的波长为10,000-1,000米，频率30-300千赫；中波的波长为1,000米-100米，频率300千赫-1.6兆赫；短波的波长为100-10米，频率为1.6-30兆赫；超短波的波长为10米-1毫米，频率为30-300,000兆赫（注：波长在1米以下的超短波又称为微波）。频率与波长的关系为：频率=光速／波长。

电波在各种媒介质及其分界面上传播的过程中，由于反射、折射、散射及绕射，其传播方向经历各种变化，由于扩散和媒介质的吸收，其场强不断减弱。为使接收点有足够的场强，必须掌握电波传播的途径、特点和规律，才能达到良好的通信效果。

沿大地与空气的分界面传播的电波叫地表面波，简称地波。地波的传播途径如图1.1 所示。其传播途径主要取决于地面的电特性。地波在传播过程中，由于能量逐渐被大地吸收，很快减弱（波长越短，减弱越快），因而传播距离不远。但地波不受气候影响，可靠性高。超长波、长波、中波无线电信号，都是利用地波传播的。短波近距离通信也利用地波传播。

限制直射波通信距离的因素主要是地球表面弧度和山地、楼房等障碍物，因此超短波和微波天线要求尽量高架。

天波是由天线向高空辐射的电磁波遇到大气电离层折射后返回地面的无线电波。电离层只对短波波段的电磁波产生反射作用，因此天波传播主要用于短波远距离通信。

散射传播是由天线辐射出去的电磁波投射到低空大气层或电离层中不均匀介质时产生散射，其中一部分到达接收点。散射传播距离远，但是效率低，不易操作，使用并不广泛。

电离层的高度和浓度随地区、季节、时间、太阳黑子活动等因素的变化而变化，这决定了短波通信的频率也必须随之改变。

电离层最高可反射40MHz的频率，最低可反射1.5MHz的频率。根据这一特性，短波工作频段被确定为1.6-30MHz。

短波的主要传播途径是天波。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，因而传播距离很远（几百至上万公里），而且不受地面障碍物阻挡。但天波是很不稳定的。在天波传播过程中，路径衰耗、时间延迟、大气噪声、多径效应、电离层衰落等因素，都会造成信号的弱化和畸变，影响短波通信的效果。

根据国际协议，短波通信必须使用单边带调幅方式（SSB），只有短波广播节目可以使用双边带调幅方式（AM）。因此，国内外使用的短波电台都是单边带电台。

调幅信号的频谱是由中央载频和上下两个边带组成的。将载频和其中一个边带加以抑制，剩下的一个边带就成为单边带信号。如果用一个边带再加上部分载频或全部载频，就成为兼容式调幅信号。下面用图示的方法说明单边带信号是怎样产生的。

一部100W单边带电台的实际通话效果，相当于过去1000W以上双边带电台。

由于短波传输存在固有弱点，短波信号的质量不如超短波。不过我们可以通过一些途径改善短波信号质量，使其尽可能接近超短波。改善短波信号质量的三大要素是：正确选用工作频率；正确选择和架设天地线；选用先进优质的电台和电源等设备。

（5）遇到磁暴时，可选用比平常低一些的频率。

美国、欧盟、澳大利亚政府的计算机测频系统数据比较准确，它们通过分布在全球的监测点采集和跟踪各种环境参数的变化提供频率依据。其中澳大利亚的ASPAS系统面向全世界提供测频服务，安装和服务费用不高，很有使用价值。

短波天线的理论原理比较高深。短波天线的种类繁多，用途各异，究竟应该选购何种天线,怎样安装架设才能获得良好的通信效果？根据我们了解和掌握的情况作如下简要介绍：

天波天线简单的规律为：天线水平振子（一臂的）长度达到1/2波长时，水平波瓣主方向的效率最高；天线高度越高，发射仰角越低，通信距离越远；反之，天线高度越低，发射仰角越高，通信距离越近；天线高度与波长之比（H/λ）达到二分之一时，垂直波瓣主方向的效率最高。

车载通信或个人通信：选择小型鞭状天线。

在投资增加不多的前提下，尽量选用高质量高增益的天线，能够保证长期稳定和优良的通信效果和延长使用寿命，是很划算的。

用于全方位通信的三角组合型全向全角天线

兼顾全向和定向两种用途的高增益三线式天线

以上两种天线的振子材质都是不锈铜钢复合绞线，电磁转换效率高而且经久耐用；其高性能磁性材料保证了全频段匹配良好。

天线在进行安装选位和布设时，应尽可能缩短馈线的长度，普通SYV-50-5馈线每1米造成信号衰减0.082dB，这意味着100W电台功率通过50米馈线送达天线时，功率剩下不到40W。因此通常要求馈线长度控制在30米以内。如果因为场地条件限制必须延长馈线，则应采用大直径低损耗电缆。另外在布设电缆，应尽量减少弯曲，以降低对射频功率的损耗，如果必须弯曲，则弯曲角度不得小于120度。

自动天线调谐器也是匹配天线和电台阻抗用的。自动天调的输入端与电台连接，输出端与单极天线连接。自动天调与偶极天线连接时要根据不同产品而定。有些天调要求加单/双变换器，天调与单/双变换器之间用50欧姆射频电缆相连（芯线接天调输出端，外皮接天调的地端），单/双变换器的双输出端与天线连接；多数新型天调不用加单/双变换器，用天调的输出端和接地端分别连接偶极天线的两臂，匹配效果更好，而且效率更高。

地线是很多用户容易草率处理的问题。短波通信台站的地线是至关重要的，地线实际上是整个天馈线系统的重要组成部分。我们所说的地线，不是交流供电系统中的电源地或保安地。这里所说的地线是信号地，也称高频地。信号地一般不能接到电源地或保安地上，必须单独埋设。埋设接地体时，必须按有关标准进行，接地电阻不应大于4欧姆。电台的接地柱和接地体之间，必须用多股线铜、编织铜线或大截面优良导体连接，才能起到良好的高频接地作用。而良好的高频接地是减小发射驻波和减小接收噪声的必要前提。

工作频率和天线地线搞好了，相当于铺了一条“好路”。好路上还要跑“好车”。好车就是先进优质的电台和电源等设备。

澳大利亚柯顿公司首创的NGT自优化短波电台，正是先进电台的代表。

好汽车要用好发动机，好电台要用好电源，道理是相同的。在选购电源时，一定要挑选功率容量大、输出电压纹波小、电磁屏蔽特性好、电路设计余量大的静化电源产品。

前节已介绍了天波和地波二种传输途径。一般来说，地波最远可达30公里。而天波从电离层第一次反射落地（第一跳）的最短距离约为100公里。可见30至100公里之间这一段，地波和天波都够不到，形成了短波通信的“寂静区”，也称为盲区。盲区内的通信大多是比较困难的。解决盲区通信主要有两个方法：一是加大电台功率以延长地波传播距离；二是常用的有效方法就是选用高仰角天线，也称“高射天线”或“喷泉天线”。仰角是指天线辐射波与地面之间的夹角。仰角越高，电波第一跳落地的距离越短，盲区越少，当仰角接近90°时，盲区基本上就不存在了。前文提到的三角组合型全向全角天线就属于这一类。

车载天线有多种，现在国际上多认为鞭状天线更适合车辆运动中通信，而自动天调应该安装在车外，最好是与天线鞭结合为一体，也就是常说的自调谐鞭状天线，这种天线因天调输出端与天线连接的馈线很短，故效率比较高。美军现在就大量使用这种天线。

短波通信是指波长１００－１０米（频率为３-３０ＭＨｚ）的电磁波进行的无线电通信。短波通信传输信道具有变参特性，电离层易受环境影响，处于不断变化当中，因此，其通信质量，不如其它通信方式如卫星、微波、光纤好。短波通信系统的效果好坏，主要取决于所使用电台性能的好坏和天线的带宽、增益、驻波比、方向性等因素。近年来短波电台随着新技术提高发展很快，实现了数字化、固态化、小型化，但天线技术的发展却较为滞后。由于短波比超短波、卫星、微波的波长长，所以，短波天线体积较大。在短波通信中，选用一个性能良好的天线对于改善通信效果极为重要。下面简单介绍短波天线如何选型和几种常用的天线性能。

天线是无线通信系统最基本部件，决定了通信系统的特性。不同的天线有不同的辐射类型、极性、增益以及阻抗。

天线系统的输入阻抗直接影响天线发射效率。当驻波比（ＶＳＷＲ）１：１时没有反射波，电压反射比为１。当ＶＳＷＲ大于１时，反射功率也随之增加。发射天线给出的驻波比值是最大允许值。例如：ＶＳＷＲ为２：１时意味着，反射功率消耗总发射功率的１１％，信号损失０．５ｄＢ。ＶＳＷＲ为１．５：１时，损失４％功率，信号降低０．１８ｄＢ。

移动天线一般工作在２.０-２５ＭＨｚ频段上，为垂直极性天线，性能与机械特性有关，天线长度较短，在低仰角工作时，发射效率适中。在通常情况下，车载天线仰角应大于４５度，因为天线长度较短，是低效天线。在汽车上，机械特性限制了天线的选择，但天线可以放置为倒"Ｌ"型，这样增加了天线的垂直辐射面，可以提高发射效率，倒"Ｌ"天线适宜用于中短波通信。

方向性天线、简单的双极天线适用于短距离通信，但短波远距离通信信号微弱，甚至被各种噪声淹没时，天线就需要选择比双极天线增益更高的天线。理想方向性天线在工作方向上具有很高增益而无用方向上增益为０。

１.固定站间远／近距离通信 

由于固定站间通信方向是固定不变的，所以一般采用高增益，方向性强的短波天线。通信距离在１０００－３０００公里，可使用高增益，低仰角对数周期天线（ＬＰ），但天线价格昂贵。在实践中１００Ｗ短波自适应电台配这种天线，可基本实现北京至昆明，乌鲁木齐甚至拉萨全天候通信。如果通信质量要求不是太高也可使用价格相对便宜的天线如八木天线，长线天线，但长线天线需用天调。距离在６００Ｋｍ以内时采用水平双极天线可取得较好效果，但水平双极天线占地较大，中心站电台较多不适合布天线阵。

２.固定站与移动站间通信

由于移动站在运动中，通信方向不固定，所以中心站的天线应选用全向天线，例如，多膜短波宽带天线或配有天线调谐器的鞭状天线。多膜天线虽然价格较贵，但是一个天线竿上可以绕三副天线（俩副高仰角天线，一副低仰角天线）远、近距离通信均可兼顾。中心站也可用鞭状天线，鞭状天线的仰角低，近距（２０-１００公里）通信困难，远距离（５００-３０００公里）只要频率合适，通信效果较好。移动站天线由于安装面的限制，多采用鞭状天线，国内有时用栅网、双环、三环天线。远距离通信时，鞭状天线竖直，近距离通信则可以放置为倒"Ｌ"型，这样使用增加了天线的垂直辐射面，可以提高发射效率。只要天线的发射角、电台的工作频率合适，可以克服短波盲区（３０-８０公里）的通信困难。

３.干扰环境下的天线选型 

电台干扰是指工作在当前工作频率附近的无线电台的干扰，其中包括敌方有意识的电子干扰。由于短波通信的频带非常窄，而且现在短波用户越来越多，因此电台干扰就成为影响短波通信顺畅的主要干扰源。电台的干扰与其他自然条件引起的干扰有很大的不同，它带有很大的随机性和不可预测性。在有意识的电子干扰情况下，采用高增益、方向性强的对数周期天线可取得一定的效果。当然，克服干扰主要提高短波电台性能（发射功率、接收灵敏度等等）或者采用频率自适应、短波宽带跳频技术。如果需要数传，调制解调器性能也非常关键，带有交织功能的串行体制短波高速调制解调器具有良好的抗干扰性能。

在影响短波通信效果的主要因素中，天线是首要的。选择一副好天线可以使电台的有效辐射功率成倍甚至成几倍增加。

根据通信距离、通信方向（定向或全向）、承受功率的不同，短波天线品种可以有多种选择，但我国用户更喜欢使用宽带双极天线，从国际上看使用宽带天线也是流行趋势，这是因为宽带天线具有结构简单，架设方便，不用天调，不接地线，频率范围宽等优点。但问题是，我国用户目前广泛使用的是效率很低的普通双极宽带天线，这种天线虽然价格便宜，但是辐射效率很低，通信质量差，此外还存在质量粗糙，架设状态不稳等多种问题。

本文介绍一种新型天线三线式高效宽带天线。这种天线的两极由三条平行振子组成，工作频段2-30MHz，不用天调。与普通双极宽带天线相比，三线天线具有以下显著优势：

1、三线天线有3-5dbi的相对增益，而且在全频段基本上保持2:1以下的优异驻波比，而普通宽带天线在很多频率上的驻波比超过2.5:1，因此三线天线的辐射效率明显高于普通宽带双极天线；

2、普通双极天线重心偏斜，随风摆动，状态不稳定，影响通信效果且容易损坏。而三线天线的形态和结构非常合理，架设后三条振子始终保持水平，性能稳定，且抗风能力强，不易损坏；

3、普通宽带天线只能平拉架设，而三线天线有平拉和倒‘V’两种架设方式，具有多种用途；

以下分别介绍三线天线的两种架设方式及其不同用途：

平拉架设主要用于点对点定向通信，或点对扇面的通信。三线天线平拉架设方法与普通宽带天线相同，都是在天线的两端架设高杆，将天线在两杆之间拉直。但是三线天线平拉架设的方向图与普通宽带天线不同。在较低频率下，普通宽带天线的方向图是双球形，方向性强，在天线的窄边方向没有辐射；而三线天线的方向图是椭圆形，不仅在宽边方向辐射很强，在窄边方向也有一定辐射。因此三线天线在平拉状态下能够兼顾窄边方向的通信，适应性比普通宽带天线要强得多。

倒V架设方式是三线天线独有的特点。这种架设方式产生360°全向辐射，在较低频率下还能够产生高仰角辐射，因此能够胜任通信网的中心站天线。特别是对于移动通信，三线天线的优势更为明显。它符合移动通信中心站的各种要素：全向；兼顾近、中、远各种距离；与各种类型各种极化方式的车载、船载、固定台的天线都能良好兼容。

我们发现不少用户使用双极宽带天线或鞭状天线作为短波移动网的中心站天线，这是造成通信不好的原因之一。从原理上看这两种天线都不适合用作中心站天线。原因在于：1、它们的方向图都不适合全方位全距离通信，不适合移动通信的要求；2、在高仰角方向辐射微弱，近距离效果不好，存在通信盲区。

一些移动通信网的用户往往只注意移动台（车和船）的天线改造，这当然非常重要。但应当指出，仅仅改造移动台天线是不够的，中心基站的天线也必须同时改造，才能从根本上提高移动通信的质量。

以下使用实例能够充分说明三线天线的通信效果：

在我国沿海城市架设，与北太平洋和南太平洋的船队保持不间断联络，通信距离超过5500海里；

在我国北部的黑龙江和南部的海南岛之间通信，距离超过3200公里，通信质量良好；

在多数省会城市架设，与全省境内行驶的车辆和地区分台保持不间断联络，其中包括西藏、内蒙古、新疆等高原或戈壁地区。

全频段、高效率、状态平稳、架设方便、抗风力强、不易损坏

三线式天线是一种性能优秀的新型短波天线，在1.6-30MHz频段工作，不用配接天线，不用连接地线，能够在近中远各种距离都保持很好的通信效果，近年来在全世界获得广泛应用。

三线式天线的结构完全不同于宽带双极天线。它采用独特的三线偶极结构，损耗小，辐射效率高，重量轻，全频带内保持低驻波比。三线式天线彻底克服了普通宽带双极天线重心偏斜，随风摇摆，损坏的痼疾，架设状态平稳，不但保证通信效果的稳定，而且抗风能力强，不易损坏。

实践证明，原来配用宽带双极天线的台站，换用三线天线后信号等级显著提升。此外三线天线造价较低，适合在我国推广应用，大面积提高短波通信的质量。

倒V架设是将天线中央部位悬挂在支撑杆顶端，两边斜向拉直，振子对地夹角约55o这种架设方式产生全方位辐射，而且兼顾水平极化波和垂直极化波，对外围各方向的水平天线、鞭状天线、环状天线的通信效果都很好，适合做中心站天线，配用其所长125W电台通信半径可达1500公里。 

这种架设方式在天线的宽边方向的辐射强于窄边方向（例如：东西向架设时，南北向为宽边），因此适合点对点、点对扇面定向通信。配用125W电台最大通信距离可达2000-3000公里。

两侧支架高度以1/4波长为佳（例如：F=10MHz，支架最佳高度约7.5米），通常以常用频率的均值设计支架高度。若受场地限制，也可以利用建筑物作为支架。