V/UHF波段电波的远距离传播真是奥妙无穷。每当传播到来时,通信距离成倍地增加,几瓦的手持机或几十瓦的车载台竟能通联100km、1000km,甚至到达地球的另一端,以至许多HAM发出“不可思议”、“无法想象”的感叹。
通联报告
入夏以来,V/UHF DX报告接连不断,下面看看我国业余无线电通信爱好者的通联情况:
BD6JN (信阳—日本,2100km):“2004年6月29日早上,无意中感觉到2m有传播,打开IC228调整频率到145.00MHz呼叫,立即得到JP2XSL的回答,对方收我信号55,抄收对方信号57~59。”
BG4RWM(莱州—张家港,600km):“2004年7月29日晚10时许,天气很热,我带上了TK-308 来到了莱州市西边的一座小山上纳凉。无意之间扫描到一个微弱信号停留在437.075MHz,仔细聆听一段时间开始尝试呼叫,BD4SBN给予我有力的回复,说我打开了江苏张家港的中继。当时我用的是拉杆天线,7.2V的供电。功率有3~4W, 对方收我信号55, 我抄收下行信号59, 对方用的设备是FT-817,功率5W。”
BG7TBP(北海—海口,200km):“8月12日晚上,BG7YK在广西北海用TM-241A +折合J型天线联通了湛江的BG7IFL、BG7JAC、BG7JZF,海口的BD7YN及本地的BD7TW、BG7TDB。双方信号都在57~59之间。”
BG2VO(盘锦—大连,270km):“2004年8月13日晚间9点左右,我用健伍78A手持机加12cm长的双段天线,在阳台上与270km外大连的BD2TW、BG2VO、BG2TBG、BG2UK进行了良好的QSO。”
更多的通联报告可浏览HelloCQ火腿论坛中的通联日志记录(www.hellocq.com)。
的确是令人兴奋的通联。这些联络电波是如何传播的?什么时候,什么样的天气适合V/UHF段远距离通信呢?
V/UHF电波远距离传播有多种方式,它们传播的原理各不相同。经对流层的折射,V/UHF波段的电波可以传播数百千米,而VHF波段的电波还可能通过偶发电离层E层的反射传播到1000km以外的地方,这些都是V/UHF波段特殊传播的情况。
大气折射
一般我们认为超短波无线电波和光线一样直线传播,但由于大气折射率的微小变化,实际上它们在对流层中的传播路径通常是弯曲的。实验证实,对流层的大气折射率n与大气压强P(毫巴)、温度T(K)和水汽压强e (毫巴)存在以下关系:
(n-1)×10\(^{6}\)= 77.6p/T+3.73×10\(^{5}\)e/T\(^{2}\)
对于对流层电波传播而言,影响无线电波传播的主要因素是折射率n的垂直分布。如果我们能知道某个地区折射率的分布情况,就可以准确地推断出电波传播的路径。
不同地区、不同季节和时间,大气折射率的分布情况是不一样的。天气的变化直接影响着对流层不同高度折射率的大小,在不同的天气条件下,无线电波传播的路径可能有以下几种情况: ①路径与地面弯曲同向的正折射; ②路径与地面弯曲反向的负折射; ③路径是直线的零折射; ④路径的曲率与地球曲率相同的临界折射; ⑤路径曲率大于地球曲率的超折射, 见图1。当出现超折射现象时,射向对流层中的无线电波可以折返回地面,传播距离也远远超过视距范围。参见图2。


超折射通常出现在稳定、晴朗的天气。当大气中某一高度范围内出现气温随高度的增加而升高(逆温层),并且湿度随高度急剧下降,这时就容易出现超折射现象。
辐射逆温和海陆风
逆温层与V/UHF DX是密切相关的。在对流层中,气温通常是随高度的增加而降低的,在晴朗微风的夜间,地面辐射冷却很快,贴近地面的空气层也随之降温,于是便形成了自地面开始的逆温层。这种由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温称为辐射逆温。一般情况下,辐射逆温可以增加V/UHF电波的通信距离。随着逆温的加强以及逆温层厚度的增加,还可能形成大气波导。据国外HAM的一些通联记录表明,V/UHF电波沿大气波导可以传播4000km之遥。
在海岸线附近,由于陆地与海洋的温度变化不同,形成以昼夜为周期性的风。白天由海洋吹向陆地的风称为海风,夜间由陆地吹向海洋的风称为陆风,海风和陆风又统称为海陆风。
海陆风的强度在海岸线附近最大,转换时间随地点和天气条件而有所不同。在我国,海风一般在上午9~10时开始,到下午14~15时达到最强后即逐渐减弱,到晚上21~22时,几乎平静无风,以后风向反转过来成为陆风,风速也逐渐增强,到了夜间2~3时,陆风达到最强阶段,直到上午9~10时,又出现几乎平静无风的现象。
超折射的气象条件
值得注意的是,许多V/UHF DX通联是在晚上21~22时和上午9~10时的两个时间段内完成的,这不是偶然的巧合。夏季白天和夜间的温差较大,容易形成大片的逆温层。而我国沿海和长江中下游地区的湿度大,当夜间逆温层逐渐形成时,可能会引起湿度随高度的急剧下降。另一方面,在这两个时间段内,海陆风的强度最弱,逆温层相对稳定,这对V/UHF远距离通信是非常有利的。
我国是一个地域辽阔、地形和气候复杂的国家,不同地区电波传播的情况不同。由于大气的各种复杂过程,要准确预报每一次超折射出现的时间和地点是有困难的。但电波的传播情况与天气密切相关,我们可以观察每一次远距离通信的天气等情况,找出该地区V/UHF电波在对流层中的传播规律。
除了选择在易产生逆温层的时段内进行远距离通信外,正确挑选通信设备也是能否完成V/UHF DX的一个重要因素。灵敏度高、选择性好、功率大的车用电台和高增益八木天线是远距离通信的首选设备,一些接收频率范围很宽、选择性一般的高档对讲机不太适合远距离通联。
偶发电离层E\(_{S}\)
另一个能引起V/UHF电波远距离传播的是电离层偶发E层。电离层偶发E层简称E\(_{S}\)层。它是距地面95~130km的电离层E层内不规则的电离密集薄层,如图3所示,它的电子密度超出邻近区域许多,可以反射30~150MHz的无线电波。经过E\(_{S}\)层的一次或多次反射,电波传播距离可达1000~10000km以上。
E\(_{S}\)层的出现具有突然性,形成和持续的时间不易预测。E\(_{S}\)层的成因目前还没有完全研究清楚,这也是有待于今后探讨的一个课题。E\(_{S}\)层活动有昼夜变化及季节变化,并随地理经、纬度而异,能反射2m波段的E\(_{S}\)层很少出现。各国电波研究机构长期研究表明,在中纬度地区E\(_{S}\)层出现的几率夏季要高于其他季节。从每一个时段的统计结果来看,中纬度地区E\(_{S}\)层经常出现在当地时间8∶00~12∶00及19∶00~23∶00两个时间段上。图4是在日本用59.2MHz的频率进行E\(_{S}\)层季节变化特性的传播实验记录。东亚及我国大部分地区是E\(_{S}\)层的频发区,我国HAM应注意利用这个有利条件,相信在你今后的通联中可能会有意想不到的收获。
由于E\(_{S}\)层的产生和消失具有突然性,持续时间也无法估计,有时甚至传播开通只有几秒钟,这就要求操作者能够熟练地使用通信设备和通信用语,能在较短的时间内快速完成一次DX通联。另外,进行远距离通信的天线要尽可能架高,架设天线的位置视线要开阔,电波传播方向不能有高山、楼房等遮挡。
近几年来,我国的业余无线电爱好者在V/UHF段远距离通信上取得了骄人的成绩。如深圳的BD7OH,他自1998年开台到2004年,坚持在6m波段(50~54MHz)用IC—505配合J型天线接收,JST—245H加上五单元八木天线发射,至今已完成5 000余次的DX通联,取得了110个DXCC字头,最远已达南美的巴西和巴拉圭。真叫人羡慕啊!
调频广播
接收远地调频广播电台信号也是了解V/UHF波段电波传播规律的一个有效途径。我国调频广播频率(87~108MHz)介于6m波段(50~54MHz)和2m波段(144~146MHz)之间。遍及世界各地的无数座调频广播电台不断地向空中发射超短波信号,有的甚至全天24小时工作,这可都是不可多得的大功率“信标台”呀。
笔者在南京通过对无锡经济台(104.0MHz)、上海人民广播电台(93.4MHz)、青岛新闻台(107.6MHz)等调频广播电台的收听,发现VHF频段中的不同波段有着许多相似的传播规律。如在每年5~11月间,连续无风或微风的晴天,上午和晚上接收远地调频广播的机会要比其他时间大得多。
国外有许多热衷于调频广播远距离接收活动的爱好者。附表是美国雷克星敦的Girard M. Westerberg通过接收远距离调频广播记录的2003年E\(_{S}\)层出现天数的统计情况。

从反射调频广播的E层出现的统计规律来看,它的季节变化与图4中的情况是吻合的。其他年份E\(_{S}\)层的情况可到www.dxfm.com上查看。
与HF段不同,V/UHF波段开通的机会要少得多,其中还有许多未知的领域有待进一步研究和探索,这是对操作者技能和毅力的挑战。相信会有更多的爱好者加入到这个行列,感受电波给我们带来的快乐。
文/徐辉