当电磁波(在这种情况下是无线电信号)传播时,它们会与物体和它们传播的介质相互作用。当他们这样做时,无线电信号可以被反射、折射或衍射。这些相互作用导致无线电信号改变方向,并到达无线电信号沿直线传播时不可能到达的区域。
众所周知,电离层传播是多变的。然而,对于许多无线电应用来说,无线电传播预测是必要的。例如,对于广播以及使用HF频段的双向无线电通信链路的用户,以及移动无线电通信、海上无线电通信和许多其他点对点无线电用户,了解在特定时间将存在的传播模式几乎是必不可少的。通过这种方式,需要通过电离层传播的无线电通信用户可以选择建立无线电通信的最佳时间和频率。
有许多指标可以预测高频无线电传播条件。然而,太阳辐射和地磁活动水平的指标为通过电离层的无线电通信传播条件的可能状态提供了最佳线索。主要的太阳指数是日照通量和地磁指数,称为A和K指数。使用这些可以手动推断出可能的情况。但是,有几个可用的无线电传播预测软件。这些考虑了各种指数以及地球上的位置、一天中的时间、季节和太阳黑子周期中的位置。
用于无线电传播预测的太阳活动的主要指标之一被称为日照通量,它对无线电通信传播条件有重大影响。它提供了从太阳接收到的辐射水平的指示。该太阳指数是通过检测以 2800 MHz(10.7 厘米)频率发射的无线电噪声水平来测量的。该指数以日照通量单位(SFU)报价。SFU 具有 10 个单元-22瓦特/米2每赫兹。
太阳辐射的水平在全球范围内各不相同。即使应用了校正系数,也很难提供一系列数字。为了克服这个问题,该标准被作为加拿大不列颠哥伦比亚省彭蒂克顿射电天文台的读数。因此,这些数字对于电离层无线电传播预测具有重要意义。
从太阳接收到的电离辐射水平与日照通量大致成正比。存在统计关系而不是直接关系,因为在2800 MHz接收到的无线电噪声水平的强度比在电离层中产生电离的辐射的强度低约一百万倍。然而,日照通量提供了一个很好的一阶近似,特别是对于负责大多数长距离电离层无线电通信传播的F区域。最好的相关性是平滑太阳黑子数(SSN)的水平。
可以将每日太阳黑子数与日照通量联系起来。有许多方程式可用,但下面给出的方程式对于大多数目的来说是简单且足够准确的:
日照通量(SFU)=73.4+0.62𝑅
其中 R 是每日太阳黑子或狼数。
另一个方程稍微准确一些,但更复杂的方程表明这两个值之间的关系不是完全线性的。
日照通量(SFU)=63.7+0.728𝑅+0.00089𝑅2
日照通量的值在很宽的范围内变化。在最低值(通常在太阳黑子极小期期间),它们可能低至50,但会上升到300左右的最大值(大约在太阳黑子极大期的时间)。
由于日照通量的值提供了电离层电离水平的指示。反过来,这又指示了无线电通信的最大可用频率 (MUF) 可能是多少。日照通量的低值表明MUF数字可能较低。日照通量值高表明MUF可能更高。应该记住,对于高频段无线电通信的高MUF,必须连续几天持续高太阳辐射,而没有太阳干扰。
除了太阳通量之外,对电离层和无线电传播预测的另一个重要影响是地磁活动的水平。虽然地磁活动是地球磁场状态的量度,但这反过来又受到太阳的影响。为了指示地磁活动的状态,使用下面两个相互关联的索引指数。这两个指数的定义虽然不同,但这都表明了地球磁场波动的严重程度,从而间接表明了地磁活动对电离层的干扰程度。
K指数是与“地磁安静日”相比,地球磁场变化的三小时测量值。使用磁力计进行测量。这表明以纳特斯拉为单位的磁通量的变化。然后将该读数转换为K指数。这种关系是准对数关系,即在对数刻度上几乎成正比。
K指数在世界各地的许多不同地方进行测量。磁场在全球范围内变化,因此在每个测量站都会产生不同的K指数值。由于磁场在全球范围内以不同的方式变化,具体取决于磁层受影响的方式,因此不可能在一个站点和全球K指数之间建立简单的关系。取而代之的是,在全球范围内对单个 K 指数进行平均,以给出所谓的Kp或行星K指数。
行星K或Kp指数的值介于0和9之间。kp 指数的值很好地指示了地磁活动:0和1之间的值表示安静的磁场条件,并且几乎不会引起HF波段无线电通信条件的退化。kp指数介于2和4之间的值表明了不稳定的磁条件,表明无线电通信的HF频段可能会出现一些退化。值5表示小地磁风暴,6表示较大的风暴。8的值表示情况进一步恶化,9表示一场大风暴,可能导致HF在电离层中的传播会中断数小时乃至几天。
A指数是地球磁场的线性度量。因此,它的值延伸到更宽的范围内。它是从K指数派生的,通过缩放它来给出一个线性值,称为“A”指数。然后在一天内将其平均,以给出A指数。与K指数一样,全球范围内的值被平均以给出行星Ap指数。
在地磁暴期间,A指数的值可达100,在严重的地磁暴中可能高达400。
尽管A指数和K指数是不同的值,但可以将这些指数关联在一起。下表总结了这种关系。
| AP指数 | KP指数 | 描述 |
| 0 | 0 | 宁静 |
| 4 | 1 | 安静 |
| 7 | 2 | 不安 |
| 15 | 3 | 不安 |
| 27 | 4 | 积极 |
| 48 | 5 | 小地磁暴 |
| 80 | 6 | 大地磁暴 |
| 132 | 7 | 稍强的地磁暴 |
| 208 | 8 | 很强的地磁暴 |
| 400 | 9 | 极强的地磁暴 |
地磁暴和电离层风暴密切相关。地磁暴与地球磁场的扰动有关,电离层风暴与电离层的扰动有关。然而,人们发现地磁暴通常会导致电离层暴,但并非每次都会导致地磁暴。
将这些数字用于无线电传播预测的最简单方法是将它们输入到无线电传播预测软件中。这将为可能发生的事情提供最准确的预测。这些计划将考虑信号路径等因素,因为有些将穿越两极,并且它们将受到横跨赤道的风暴的影响更大。
然而,仍然有可能通过纯粹的心理评估来很好地了解这些数字在使用电离层传播的所有形式的无线电通信的无线电传播方面意味着什么。显然,良好的无线电通信传播需要高水平的日照通量。一般来说,通量越高,条件就越好。但是,这些水平需要维持几天。这样,F2层的整体电离水平就会增加。通常,150或更高的值将确保良好的HF传播条件,尽管200和更高的水平将确保它们处于峰值。这样,最大可用频率将上升,从而为HF频段无线电通信提供良好的条件。
地磁活动水平对高频无线电传播具有不利影响,压低了最大可用频率。活性水平越高,因此Ap和Kp指数越高,MUF的压制就越大。MUF的压制实际频率不仅取决于风暴的严重程度,还取决于风暴的持续时间。
在使用高频无线电通信时,了解日照指数有很大帮助,无论是双向无线电通信、移动无线电通信、无线电广播还是使用电离层或高频传播的任何形式的点对点无线电通信。它有助于无线电传播预测,并能够快速评估通信中断的可能性。此外,对将数据输入程序时的任何错误都有了大致的了解,可以快速记录和纠正。通过这种方式,它能够充分利用无线电通信设备并获得最可靠的通信。