对流层散射无线电接力电路

在地球上约10公里的最低大气层叫做对流层。近年来，点与点间利用对流层散射无线电波的作用来完成通信，引起了无线电工程师们很大的兴趣。

这种电波传播的特点，在于它可以沟通多到100个话路的无线电接力线路。通常隔300—500公里的距离用不着加接力站；如果加大电功率和天线，还有可能达到1000公里；传送电视信号也有可能达到300公里。

大家知道，若以波长约1公尺的无线电波，平行于地面发射出去，那么当它到达由发信天线看去在水平线以下的地方，接收的信号将极为微弱。但是，即使微弱，人们发现总还是有可供接收的信号存在。例如1932年英国马可尼公司用500兆周（0.6公尺)的无线电波隔270公里就会做过试验，证明通信还是可能的，不过不很可靠，因为当时可以发射的电功率和能够采用的天线都是比较小的。

大功率雷达设备的发展及二次世界大战期间尽量使用更短波长的趋势，使人们对水平线以外公尺波传播情况的观察得以深入。最初, 多年来所观察到的信号，还只是特别气候条件下的偶然现象，到了1950年（指英国的发展情况——者），才在一段长的越海行程上，在比水平线远得多的地方，继续不断地收到3000兆周（10公分）的信号。欧、美的科学家们差不多同时发展了“散射”传播的理论，指出能够接收这种远距离公分波信号的原因是散射，并进行了一系列的突验。

应当指出，应用对流层散射作用的无线电接力系统和应用约80公里高的电离层，通信距离可达2200公里，而只能容纳几路电报或一、两路电话的通信系统是完全不同的。

散射现象以往是指人们不在直射范围之内，而能看见一束通过一团烟或一片小水滴的光线的情形。对光产生散射的东西，它的大小和光的波长是差不多的。

同样，在对流层中有不规则的压力、温度和水蒸气含量的空间分布时，也会对无线电短波产生散射。这种不规则情形，有时似一种旋涡，例如香烟的烟上升时所看见的那样；或者，是一种“温度倒布”的大气层，即随着高度的增加温度反而下降。

很值得注意的是散射的能量极其微小；它可能只有投射的无线电波束的能量的百万分之一。只有使用大功率的发射机，大天线和灵敏的接收机才能收到散射信号。所以散射信号过去没有被人所注意是毫不足奇的。

散射信号最好是用相当于300兆周的较短的公尺进行观察。频率高到10000兆周（3公分）也还能够到。用波长较短的无线电波的好处是能量便于集中，对于散射区可以有更强烈的“照射”。要收到较强的信号?接收天线的波束方向必须与发射天线的波束方向相交这个交角，如图1所示，应当愈小愈好。理由是散射的能量朝前方最大，并很快地随着θ角的增加而减低。因此对流层散射接力站的天线位置，应当是在电波传输方向的水平线内，同时丝毫没有障碍物的阻挡。

散射信号的特点是它们的强度每秒钟都有变化，如图2所示。强度变化是由于组成信号的分量很多，每一分量来自一个独立的对流层的不规则散射源，而这种不规则的骚乱状态往往是经常变动的，所以总的散射信号强度也随着变化，但这种信号从不完全消失。

散射信号由一小时到一小时也有变化，各季节的信号强度也有显著的差异，通常是夏天比冬天要强。对于信号强度与频率，路程长短及其他因素的各种关系，会做过不少测验，而且现在还在继续进行中。但以已得的数据为依据，已经可以帮助线路设计获得预期的效果。

在各种通信方式中，可以有效地传输多么宽的信号频带，是很重要的一个特征。在对流层散射系统中，这主要是由各个由发到收的射线（图1）长度不同，因而传输时间的延迟各有不同的决定的。如果使用大型天线得到狭窄的波束，那么射线长度的差别就可减少而有效传输频带便相应地增加。直径在9公尺以上的天线用在500兆周以上的频率时，所得频带可以传输100路电话，或者可能传输一路电视。

除了需用大功率发射机和大型天线之外，为了保证在接收机的输出端经常有足够的信号/噪声比值，还需加特殊的技术设备以补偿信号强度的迅速变化，这在本文里就要叙述。

对于6至150条话路，隔150—400公里的散射传输，发射机的电力常用1—20千瓦，天线的直径常用的是3.6—18公尺。而在通常的微波无线电接力系统，只要几瓦的电力和直径3.6公尺的天线就够了。对于多到100条话路隔开650公里路程的情形，还正在考虑采用直径36公尺的大天线，和大到50千瓦的电力。这种天线通常带有抛物面反射器，馈电罩元就放在它的焦点上。图3表示天线结构的一种实际形式。

由于天线的造价较高，一般设计是在有来回电路的线路上收、发公用一付天线，另加一个两用变向开关使它与发信机及收信机配合，如图4所示。在发信机的输出端装有高频滤波器，以免由发信机来的属于接收频带的噪声进入接收机内；在接收机的输入端也装有高频滤波器，以免发送的强信号进入接收机，使接收机过负荷。

发信机的功率放大器时常是用一种功率增益大（在1000以上）而输出也大（一个电子管的输出在10千瓦以上）的微波管——速调管。在这种电子管内，对于电子流是进行速度调制而不是一般的强度调制。好处是高频工作的性能较佳。这种电子管最初是用于400—800兆周的电视频带，现在证明对于对流层散射接力系统颇有价值。

许多对流层散射系统现在都采用对载波调频的方式。而且发信机的功率放大器是由一低功率的调频激励器来推动。激励器接受了一群按频率区分的复式电话电路信号，例如在12—60千周基本频带内的12路电话，这信号将如图4所示，对低功率的载波进行频率调制。但是，另一种单边带的调幅方式用在散射传输上可能比调频方式优越，特别是在经济使用频带、减低高压的电力消耗及与散射传播条件相适应等方面。

接收信号强度的迅速变化，采用分集式天线可以大为减低。相隔距离到100个波长的天线所收到的信号，很少同时发生衰落，因此把两付天线收到的信号合并或选择其中较强的信号，就可以使信号强度稳定。图3是实用分集式天线的典型布置，图4是分集式收发机和分集信号混合器的方框图。剩下来的少量信号强度变化，可以靠自动音量控制器加以减低。

对流层散射接力通信系统的主要优点是它可以维持可靠的相隔300公里以上的直接通信，用不着加设中间接力站或转接电缆等。这一特点，当中间有高山，树林，荒凉地区，积雪地区，海湾或甚至人口稠密区域时，都颇为重要。军用上由于中间站少，可以减少受到攻击停止全线通信的危险。

可是对流层散射通信要求用大功率发信机和大型天线，投资大，特别是发信机的维护成本也高。所以从消费上讲，它不算是经济的。和普通微波接力系统相比，在个别用途上应当说各有其优点。普通微波接力系统，可以在中间站很方便地取出或加入一组电路，对于构成复杂的通信网颇为有用，而这对于对流层散射通信系统从它的性质来看是不能做到的。

对流层散射通信也受到一定的技术上的限制。例如它所用的频率在同一地区就不能再供其他低功率的无线电接力系统使用，否则由于大功率的散射信号可能传达几百公里，干扰的危险是无法避免的。

目前，散射传输比电路容量相同的其他无线电接力系统所占频带要宽些，这是因为散射信号传达的距离较远，各接力段因此必须采用不同的频率，以免互相干扰的缘故。

此外，如果线路过长，可能在百分之几的通信时间内，散射传输的噪声电平超过可容许的国际标准的限度；因此对于长的正常国际线路还不能保证符合要求。但担任其他用途还不是不可能的。

在雷达防御网和民用通信中，利用散射传输可以连接1600公里范围的多到150路的电话网路。站与站间距离一般是150—300公里，免除了隔50公里就要设中继站的微波接力系统的许多地理上的困难。在跨海150—300公里的通信线路上，建立散射接力通信也特别有用。据称将设立全欧对流层散射通信网以供军事上应用。在近距离的国际民用通信线路上，例如在欧洲各国间，对流层散射通信也将有它的用途。（沈肇熙根据英国“电信”杂志1957年9卷3期W.J.布莱著“对流层散射无线电接力电路”一文编译）