万字长⽂短波通信原理，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，不仅没有被淘太，还在快速发展。其原因主要有三：
⼀、短波是唯⼀不受⽹络枢钮和有源中继体制约的远程通信⼿段
⼀但发⽣战争或灾害，各种通信⽹络都可能受到破坏，卫星也可能受到攻击。⽆论哪种通信⽅
式，其抗毁能⼒和⾃主通信能⼒与短波⽆可相⽐；
⼆、在⼭区、⼽壁、海洋等地区，超短波覆盖不到，主要依靠短波；
三、与卫星通信相⽐，短波通信不⽤⽀付话费，运⾏成本低。
近年来，短波通信技术在世界范围内获得了长⾜进步。这些技术成果理应被中国这样的短波通
信⼤国所⽤。⽤现代化的短波设备改造和充实我国各个重要领域的⽆线通信⽹，使之更加先进
和有效，满⾜新时代各项⼯作的需要，⽆疑是⾮常有意义的。
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。
短波通信的⼀般原理
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⽶~10,000⽶，频
率3~30千赫；长波的波长为10,000⽶~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⽶~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。
常见的传播⽅式有：
地波（地表⾯波）传播
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。
洗衣机水嘴直射波传播
直射波⼜称为空间波，是由发射点从空间直线传播到接收点的⽆线电波。直射波传播距离⼀般
限于视距范围。在传播过程中，它的强度衰减较慢，超短波和微波通信就是利⽤直射波传播
的。
在地⾯进⾏直射波通信，其接收点的场强由两路组成：⼀路由发射天线直达接收天线，另⼀路 由地⾯反射后到达接收天线，如果天线⾼度和⽅向架设不当，容易造成相互⼲扰（例如电视的
重影）。
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。
天波传播
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
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
中⼀部份到达接收点。散射传播距离远，但是效率低，不易操作，使⽤并不⼴泛。
2电离层的作⽤
电离层对短波通信起着主要作⽤，因此是我们研究的重点。
电离层是指从距地⾯⼤约60公⾥到2000公⾥处于电离状态的⾼空⼤⽓层。上疏下密的⾼空⼤⽓层，在太阳紫外线、太阳⽇冕的软X射线和太阳表⾯喷出的微粒流作⽤下，⼤⽓⽓体分⼦或原⼦中的电⼦分裂出来，形成离⼦和⾃由电⼦，这个过程叫电离。产⽣电离的⼤⽓层称为电离层。电离层分为D、E、F1、F2四层。D层⾼度60~90公⾥，⽩天可反射2~9MHz的频率。E层⾼度85~150公⾥，这⼀层对短波的反射作⽤较⼩。F层对短波的反射作⽤最⼤，分为F1和F2两层。F1层⾼度150~200公⾥，只在⽇间起作⽤，F2层⾼度⼤于200公⾥，是F层的主体，⽇间夜间都⽀持短波传播。
地脚锚栓电离层的浓度对⼯作频率的影响很⼤，浓度⾼时反射的频率⾼，浓度低时反射的频率低。电离的浓度以单位体积的⾃由电⼦数（即电密度）来表⽰。
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。
人体穴位模型
3短波频率范围
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1.6MHz - 30MHz。
4短波传播途径
短波的基本传播途径有两个：⼀个是地波，⼀个是天波。
如前所述，地波沿地球表⾯传播，其传播距离取决于地表介质特性。海⾯介质的电导特性对于电波传播最为有利，短波地波信号可以沿海⾯传播1000公⾥左右；陆地表⾯介质电导特性差，对电波衰耗⼤，⽽且不同的陆地表⾯介质对电波的衰耗程度不⼀样（潮湿⼟壤地⾯衰耗⼩，⼲燥沙⽯地⾯衰耗⼤）。短波信号沿地⾯最多只能传播⼏⼗公⾥。地波传播不需要经常改变⼯作频率，但要考虑障碍物的阻挡，这与天波传播是不同的。
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。
单边带的概念
在⽆线电通信中，传送信息的载体是特定频率的载波（也称为主频）。那么信息⼜是如何放到载波上的呢？这就引出了“调制”的概念。调制就是将信息的动态波形通过⼀定形式加到载波上发送出去，接收台收到被调制的载频信后，再还原信息。调制分为幅度调制（简称“调幅”）、频率调制（简称“调频”）、相位调制（简称“调相”）三种。中波、短波⼀般采⽤调幅⽅式，超短波⼀般采⽤调频⽅式。
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。 1单边带的定义
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份载频或全部载频，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。
2单边带的优点
单边带的优点是：
①提⾼了频谱利⽤率，减少信道拥挤；
97xoo②节省发射功率约四分之三；
③减少信道互扰；
④抗选择性衰落能⼒强。
数字电视伴侣⼀部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。
优化短波通信的⽅法
改善短波信号质量的三⼤要素
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。
1正确选⽤⼯作频率
短波频率和超短波频率的使⽤性质完全不同。超短波属于视距通信，距离短，可以固定使⽤频段内的任点；⽽短波频率则受到电离层变化、通信距离和⽅向、海拔⾼度、天线类型等多种因素的影响和限制。⽤同⼀套电台和天线，选⽤不同频率，通信效果可能差异很⼤。
对于有经验的短波⼯作者来说，选频并不困难，其中有明显的规律性可循。⼀般来说：⽇频⾼于夜频（相差约⼀半）；远距离频率⾼于近距离；夏季频率⾼于冬季；南⽅地区使⽤频率⾼于北⽅；等等。另外，在东西⽅向进⾏远距离通信时，因为受地球⾃转影响，最好采⽤异频收发才能取得良好通信效果。如果所⽤的⼯作频率不能顺畅通信时，可按照以下经验变换频率：（1）接近⽇出时，若夜频通信效果不好，可改⽤较⾼的频率；
（2）接近⽇落时，若⽇频通信效果不好，可改⽤较低的频率；
（3）在⽇落时，信号先逐渐增强，⽽后突然中断，可改⽤较低频率；
（4）⼯作中如信号逐渐衰弱，以致消失，可提⾼⼯作频率；
（5）遇到磁暴时，可选⽤⽐平常低⼀些的频率。
2计算机测频
利⽤计算机测频软件预测可⽤频率对短波通信很有帮助，是国外经常采⽤的先进技术⼿段。计算机测频系统能够根据太阳⿊⼦活动规律等因素，结合不同地区的历史数据，预测两点之间在未来⼀段时期每天各时节的可⽤频段，具有较⾼参考价值。
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。
3正确选择和架设天线地线
天线和地线是很多短波⽤户容易忽视的问题。当通信质量不好时，很多⼈习惯于从电台上原因，⽽实际上信号不良常常源⾃天线或地线。
短波和超短波使⽤的天线是完全不同的。超短波通信因为使⽤频率⾼，波长短，天线可以做得很⼩，通常为直⽴鞭状天线。⽽短波通信因使⽤的频率较低，天线必须做得⾜够⼤才能有效⼯作。简单的规律是：天线的长度达到所使⽤频率的1/2波长时，天线的效率最⾼。
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：
1
了解天线的基本⼯作原理
短波天线分地波天线和天波天线两⼤类。
地波天线包括鞭状天线、倒L形天线、T形天线等。这类天线发射出的电磁波是全⽅向的，并且主要以地波的形式向四周传播，故称全向地波天线，常⽤于近距离通信。地波天线的效率主要看天线的⾼度和地⽹的质量。天线越⾼、地⽹质量越好，发射效率越⾼，当天线⾼度达到1/2 波长时，发射效率最⾼。
天波天线主要以天波形式发射电磁波，分为定向天线和全向天线两类。典型的定向天波天线有：双极天线、双极笼形天线、对数周期天线、菱形天线等，它们以⼀个⽅向或两个相反⽅向发射电磁波，⽤天线的架设⾼度来控制发射仰⾓。典型的全向天波天线有：⾓笼形天线、倒V形天线等。它们是以全⽅向发射电磁波，⽤天线的⾼度或斜度来控制发射仰⾓。
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。
高频陶瓷2
按⽤途选购天线
随着短波通信技术的发展，短波天线出现了很多不同⽤途的新品种，例如⽤于短波跳频的⾼效能宽带
天线；⽤于为了解决天线架设场地⼩和多部电台共⽤⼀副天线的多馈多模天线等。选择天线基本的着眼点应该是⽤途。
近距离固定通信：选择地波天线或天波⾼仰⾓天线。
点对点通信或⽅向性通信：选择天波⽅向性天线等。
组⽹通信或全向通信：选择天波全向天线。
车载通信或个⼈通信：选择⼩型鞭状天线。
3
正确处理天线价格与质量的关系
俗话讲⼀分钱⼀分货。⾸先同种⽤途的天线有不同种类，其增益有⾼低之分。此外同⼀种外形的天线，使⽤不同材料；不同制造⼯艺，其通信效果的差异是很⼤的。例如以特种不锈铜钢复合绞线为振⼦的天线，⽐⽤塑包线为振⼦的天线⾼频电磁转换效率⾼得多。⼜例如匹配器所⽤的磁性材料优劣，对电台与天线的匹配状态影响极⼤。⾼性能磁料能够保证全频段每个频点都能良好匹配；劣质磁料可能造成很多频点甚⾄整段频率匹配不好，驻波⽐过⼤。使⽤劣质天线，电台输出的功率可能只送出去不到三分之⼀甚⾄更少，通信效果可想⽽知。
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。
4
介绍⼆种性能和价格兼优的天线
根据多年的对⽐实验和实际使⽤经验，我们认为有两种进⼝天线在性能上能够⼴泛满⾜我国⼤多数⽤户的通信要求，⽽且价格不⾼，性能价格⽐好，以下分别介绍：
⽤于全⽅位通信的三⾓组合型全向全⾓天线
我国省级⾏政区，从省会到边缘地区的距离多数在1200公⾥以内。在这个区域内组建全省或地区的通信⽹，中⼼选⽤这种天线是⽐较理想的。
这种天线既能照顾360°全⽅位，⼜能照顾近中远各种距离，接收效果好，对改善通信盲区特别有效，此外它能兼顾垂直极化波和⽔平极化波，对区域内各种台站的不同种类天线的兼容性好。
兼顾全向和定向两种⽤途的⾼增益三线式天线
三线式天线是国际上近年流⾏的新型多⽤途天线，它虽然属于偶极天线类，但其性能是普通双极天线⽆法相⽐的。与普通双极天线相⽐它有以下优点：
1.增益⾼，全频段内驻波⽐⼩，⽽且均匀辐射效率⾼；
2.⽔平架设时不仅在天线宽边⽅向辐射强，⽽且在窄边⽅向也有较强辐射；
3.架设状态平稳，抗风抗毁能⼒强；
4.提供平⾏和倒V两种架设⽅式，分别⽀持2500公⾥内定向通信和2000公⾥半径内全向通信。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。
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正确架设天线和连接馈线
选购好合适的天线后，还必须正确地安装架设，才能发挥出最佳效果。
天线的长度和架设规范是不能改变的，但对于某些天线⽽⾔，架设的⽅向和⾼度是靠⽤户⾃⼰掌握的，
应严格按通信的⽅向和距离来确定⽅向和⾼度。天线的架设位置以开扩的地⾯为好，没有条件的单位也可以架在两个楼房之间或楼顶。天线⾼度指天线发射体与地⾯或楼顶的相对⾼度。架在楼顶时，⾼度应以楼顶与天线发射体之间的距离计算，不是按楼顶与地⾯的⾼度计算。我们提醒⽤户，切忌因为架设场地不理想或怕⿇烦，就随便把天线架起来完事，这样做通信效果很可能是不好的。
另⼀个要点是馈线的选⽤和布设。馈线是将电台的输出功率送到天线进⾏发射的唯⼀通道，如果馈线不畅通，再好的电台和天线，通信效果也是很差的。馈线分为明馈线和射频电缆两类。⽬前100W~150W电台⼀般都使⽤射频电缆馈电⽅式。选⽤射频电缆时要注意两项指标：⼀是阻抗为50欧姆；⼆是对最⾼使⽤频率的衰耗值要⼩。⼀般来讲，射频电缆直径越粗，衰耗越⼩，传输功率越⼤。在实际使⽤中，100W级短波单边带电台，常选⽤SYV-50-5或SYV-50-7的射频电缆，必要时也可以选SYV-50-9的射频电缆。
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，如果必需弯曲，则弯曲⾓度不得⼩于120度。
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电台和天线的匹配
天线、馈线、电台三者之间的匹配必须引起⾼度重视，否则，虽然电台、天线、馈线都选得很好，通信效果还是不好。
所谓“匹配”就是要求达到⽆损耗连接，只有电台、馈线、天线三者保证⾼频输⼊输出阻抗⼀致，才能实现⽆损耗连接。多数短波电台的输出/输⼊阻抗为50欧姆，必须选⽤阻抗为50欧姆的射频电缆与电台匹配。天线的特性阻抗⽐较⾼，⼀般为600欧姆左右，只有宽带天线的特性阻抗稍低⼀点，⼤约200~300欧姆，因此，天线不能直接与射频电缆连接，中间必须加阻抗匹配器（也叫单/双变换器）。阻抗匹配器的输⼊端阻抗必须与射频电缆的阻抗⼀致（50欧姆），输出端阻抗必须与天线的输⼊阻抗⼀致（600欧姆或200/300欧姆）。阻抗匹配器的最佳安装位置是与天线连为⼀体。
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。
7
正确埋设接地体和连接地线
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。
选⽤现⾦优质的电台和电源
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。
1选择电台的原则和标准
怎样评价电台的先进性和优质呢？先进性体现在两个⽅⾯：⼀是电⽓特性和⼯艺结构，这⽅⾯先进与否决定了性能指标的优劣和设备的可靠性；⼆是使⽤功能，具有多种先进功能的电台不仅⽤途更⼴泛，⽽且也说明制造者的科技实⼒。
电⽓特性涉及的内容很多，这⾥只简述三个⽅⾯：
1
频率特性:
好的电台频率稳定性⽐差的电台⾼⼏倍、⼏⼗倍甚⾄⼏百倍。频率稳定性⾼的电台，不但话⾳清晰，信号等级⾼，⽽且是⽀持⾼速数传的必要条件。在评价频率稳定性时要注意两点：⼀是全频段各频点的稳定性要⼀致；⼆是要在很宽的温度范围内稳定，不能机器⼀发热就产⽣频漂。
2
通道特性:
这⼀特性描述信号在通过⾼频、中频、低频⼏个通道后的畸变程度。当进⾏短波数传时，这⼀问题⾮常突出。使⽤通道特性差的电台，⽆论怎样改造，数传速率都上不去，原因之⼀就是⾼速数据脉冲通过不佳的通道后发⽣明显畸变，使其难以被识别。
3
⼲扰和抗⼲扰特性:
这⽅⾯的性能在技术说明书上都是以dB（分贝）值表⽰的，我们统称为dB指标。电台发射⽅⾯的dB指标不好，说明你传给对⽅台的信号不好，⽽且⼲扰其它台；电台接收⽅⾯的dB指标不好，说明⾃⾝容易被别⼈⼲扰；⼆者都是不能容许的。
⼯艺结构⽅⾯，主要看电路集成度和模块化程度。集成度⾼，可靠性必然⾼。模块化除了提⾼设备可靠性外，还使扩展功能和维修⼗分便利，是当今电台⼯艺的主流趋势。
再来看使⽤功能。社会需求的发展和科技的进步，使短波通信⽇益向多功能化⽅向发展。像⽤于半⾃动优选频率的⾃适应功能和全⾃动优选频率的⾃优化功能，⽤于计算机和传真机的数据传输功能，⽤于保密和抗⼲扰的跳频功能，⽤于组⽹通信的数字选呼功能，⽤于卫星定位的GPS监控功能，⽤于连接有线⽹的有线⽆线转接功能，等等。在具有这些现代化功能的电台⾯前，那些只能进⾏简单通话的电台就显得太原始了。⽬前在国内有⼀种现象，就是很多单位致⼒于在⼀些单功能电台上添加数传、⾃适应等功能。这固然是由于有⼤量旧式电台要改造，可能还有造价⽅⾯的考虑。但可以肯定这种现象是过渡阶段。正像现在⼤家都⽤GSM⼿机，再也没有⼈使⽤⼟造的⼿持电话⼀样，未来的短波领域也势必普及先进的多功能电台。此外，先进优质电台的售价呈下降趋势，也越来越接近我国⽤户的经济承受能⼒。
哪些电台先进⽽且优质，要具体分析，但有⼀点可以肯定：⽬前国内常见的多数⽇本电台，其电性能、可靠性、功能等与欧美和澳⼤利亚名牌产品不在⼀个等级上。
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。
2电源质量与通信效果的关系
很多⼈认为只要稳压电源的输出电压和电流的数值符合要求就可以⽤，这种认识不够全⾯。其实有些⼲扰可能来⾃电源，有些话⾳失真也可能是电源动态范围不⾜所致。数据传输对电源的要求更严格，如果电源的电磁屏蔽特性不好，输出纹波⼤，将直接导致数传⼯作不正常。功率容量和设计余量也是考核稳压电源优劣的重要依据，有些电源为了降低⽣产成本，加强价格竞争能⼒，把功率容量设计在临界状态，并尽量简化电路，选⽤低指标元器件等等。这类电源的技术性能和可靠性肯定是做不⾼的。
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
