在設(shè)計(jì)短波無線通信鏈路時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備指標(biāo)，如發(fā)射機(jī)功率、發(fā)信天線增益、工作頻率、電離層衰減（天波時(shí)）、地表衰耗（地波時(shí)）、空間衰耗、本地噪聲、收信天線增益、接收機(jī)靈敏度、接收端所需要的最低信噪比要求等，計(jì)算天線方位角、仰角與架設(shè)高度等架設(shè)參數(shù)。

一、接收點(diǎn)預(yù)期信噪比計(jì)算

1、接收點(diǎn)預(yù)期信號(hào)功率P_e的計(jì)算

當(dāng)把發(fā)射功率P_t以dBm為單位，發(fā)射天線增益G_t和接收天線增益G_r以dBi為單位（即以全向輻射器為基準(zhǔn)的增益）、線路傳輸損耗L_b以dB為單位時(shí)，則接收點(diǎn)可預(yù)期獲得的信號(hào)功率P_e（dBm）為：

P_e = P_t + G_t + G_r - L_b。

2、接收點(diǎn)有效噪聲功率Pn的計(jì)算

設(shè)接收點(diǎn)的有效噪聲功率P_n以dBm/Hz為單位，則P_n = F_a + G_r -174。式中F_a為接收點(diǎn)的有效噪聲系數(shù)。

3、接收點(diǎn)預(yù)期高頻信噪比S/N的計(jì)算

S/N = P_e - P_n = P_t + G_t - L_b - F_a + 174   （dBm/Hz）

二、通信大圓距離的計(jì)算

發(fā)射臺(tái)和收信臺(tái)間的地理距離稱為大圓距離，地球A、B兩點(diǎn)之間進(jìn)行短波通信，如圖2-1所示。則大圓距離D的計(jì)算公式為下式，式中，x₁為發(fā)射端地理緯度（度），x₂為接收端地理緯度（度），y₁為發(fā)射端地理經(jīng)度（度），y₂為接收端地理經(jīng)度（度），D為收發(fā)兩端點(diǎn)之間的大圓距離(km)，d為收發(fā)兩端點(diǎn)之間大圓弧對(duì)應(yīng)的地球中心夾角（°）。

D = 111.17d

cos d = sin x₁ sin x₂ + cos x₁ cos x₂ cos (y₁ - y₂)

圖2-1：短波通信地球A、B兩端點(diǎn)之間的大圓距離

三、天線方位角的計(jì)算

通信兩端點(diǎn)之間的方位角b₁和b₂的計(jì)算公式為下式，式中，b₁為發(fā)射端至接收端的方位角（°），b₂為接收端至發(fā)射端的方位角（°）。其方位角的含義詳見下圖3-1。

cos b₁ =  (sin x₂ - sin x₁ cos d)/cos x₁ sin d

cos b₂ =  (sin x₁ - sin x₂ cos d)/cos x₂ sin d

圖3-1：短波通信方位角

四、天線仰角的計(jì)算

天線仰角的計(jì)算公式如下式，式中，β =h/R = 電離層高度/地球半徑；θ = d/2 = D×360°/4πR，D為收發(fā)兩端點(diǎn)之間的大圓距離（km），d為收發(fā)兩端點(diǎn)之間大圓弧對(duì)應(yīng)的地球中心夾角（°）。

tan Δ =  {[β - (1 + β)(1 - cos θ)]/[(1 + β)sin θ]}

地球半徑R取6370km，F2層取320km，由cos b₂得F₂層一次反射時(shí)的最佳仰角，E層取110km，由式cos b₂得E層一次反射時(shí)的最佳仰角，計(jì)算結(jié)果如表4-1所示。

表4-1：通信距離與最佳輻射仰角

五、天線架高的計(jì)算

天線架設(shè)高度H_a的確定依據(jù)是天線垂直方向圖主瓣一定要對(duì)準(zhǔn)通信仰角Δ。天線垂直方向圖與天線的程式和工作波長(zhǎng)有關(guān)，并且不同天線的關(guān)系不一樣，這里給出了水平對(duì)稱振子天線的架高和工作波長(zhǎng)λ_a的關(guān)系式如下，其式中各符號(hào)的含義及要求詳見下表5。

H_a = λ_a/4sin Δ

λ_a  =  c /[(f_max + f_min)/2] = (2λ_maxλ_min)/(λ_max + λ_min)  (m)

表5：天線架高計(jì)算式中符號(hào)含義及要求

六、短波電路預(yù)測(cè)計(jì)算模型

傳統(tǒng)的計(jì)算大都是利用上述方法或手冊(cè)提供的圖表來完成，雖然計(jì)算復(fù)雜、操作煩瑣且精度比較低，但比較直觀，適合單個(gè)臺(tái)站的維護(hù)使用。如中國(guó)電波傳播研究所等單位在1981年曾受國(guó)家無線電管理委員會(huì)委托編寫了一本圖表手冊(cè)（短波場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算），德國(guó)的蓋哈德·布勞（Gerhard Braun）1982年編著了《短波通信線路工程設(shè)計(jì)》一書，提供了大量的最新圖表資料，一直以來是比較好的專著之一。具體的圖表操作步驟，請(qǐng)參考上述兩書，按圖索驥。

近年來，隨著科學(xué)計(jì)算軟件（如MATLAB）的廣泛應(yīng)用，人們開始用計(jì)算機(jī)編程的方法來代替繁雜的圖表作業(yè)，相應(yīng)提出了一些數(shù)學(xué)模型，其核心就是如何對(duì)電離層的電子密度分布進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，歸納起來大致可以分為三類：理論型、統(tǒng)計(jì)型和經(jīng)驗(yàn)型，其釋義詳見下表6-1。

表6-1：理論型、統(tǒng)計(jì)型與經(jīng)驗(yàn)型的釋義

國(guó)際上比較著名的幾種預(yù)測(cè)模型（軟件）有：AMBCOM模型、IONCAP模型、VOACAP模型、REC533模型、FTZ模型和ICEPAC模型，等等，下表6-2給以了簡(jiǎn)單介紹。

表6-2：國(guó)際上比較著名的短波電路預(yù)測(cè)計(jì)算模型（軟件）簡(jiǎn)介

總之，國(guó)際上先后提出了眾多的計(jì)算模型，由于考慮問題的切入點(diǎn)不盡相同，因此其各有特色和優(yōu)點(diǎn)。遺憾的是，這些計(jì)算通常也只能有工程意義上的吻合，需要在實(shí)際運(yùn)行中需要不斷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，逐步進(jìn)行調(diào)整。

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