UHF(超高频)和VHF(甚高频)频段是无线通信和广播领域中常用的两个频段，它们在传播方式、覆盖范围和信号穿透能力等方面有所不同。
一、 UHF(超高频)和VHF(甚高频)频段传播方式
1. VHF频段的传播方式
- 视距传播：VHF信号主要通过直线传播，即从发射端直接到达接收端。这种传播方式依赖于天线的高度和地形条件。
- 对流层散射：在特定条件下，VHF信号可以利用对流层中的电离层进行反射或折射，实现远距离通信。例如，F2层散射可以在太阳活动较高时实现从美国西海岸到新西兰的长途通信。
- 气象相关传播：包括对流层弯曲、对流层导管效应以及降水散射等现象，这些都会影响VHF信号的传播效果。
- 自然和人造现象：如流星散射、极光散射等也是VHF信号传播的重要机制。
2. UHF频段的传播方式
- 视距传播：UHF信号同样依赖于直线传播，但由于其波长更短，更容易受到障碍物的影响，因此需要较高的天线来增强信号强度。
- 对流层散射：与VHF类似，UHF信号也可以通过对流层进行散射传播，但其效果受到频率更高的限制，通常只在低频部分有效。
- 地面反射：UHF信号可以通过地面反射波进行传播，这使得它能够在城市环境中更好地穿透建筑物和其他障碍物。
- 特殊传播模式：包括天线多样性、多天线阵列以及利用地形特征进行信号反射等技术手段，以提高信号的覆盖范围和抗干扰能力。
3. 总结
总体而言，VHF和UHF频段都具有较强的视距传播能力，但在实际应用中，它们各自有不同的优势和局限性。VHF频段由于波长较长，更容易受到地形和建筑物的影响;而UHF频段虽然波长短，但通过优化天线设计和利用地面反射可以有效提升信号的覆盖范围和穿透力。了解这些传播方式对于选择合适的频段进行无线通信至关重要。
二、 UHF频段信号在地面反射中的具体作用和优化天线设计
UHF频段信号在地面反射中的具体作用和优化天线设计的方法如下：
1. 地面反射的具体作用
- 多径传播：在移动通信系统中，由于基站使用高天线(通常高度为30米至90米)，而移动台则使用接近地面的低天线(通常高度为2米至3米)，电波会在地面上产生反射。这些反射波会与直接到达接收天线的信号混合，形成多径传播。
- 反射面的作用：在UHF频段，地面作为反射表面，可以有效地增强天线的覆盖范围和信号强度。例如，在反射范围内，通过调整发射天线的高度，可以实现对测试天线区域的构造性干涉，从而在“静区”内获得较小且对称的幅度渐变。
2. 优化天线设计的方法
- 馈电方式和介质基板选择：为了实现宽频带特性，采用插入式馈电方式，并选择介电常数较高的微波介质陶瓷，可以有效减小天线尺寸并提高其性能。
- 遗传算法与模拟退火法结合：通过系统地研究VHF/UHF天线宽带匹配网络的设计与制作，提出将遗传算法与模拟退火法相结合的优化设计方法，以解决元件值随频率变化较大甚至出现感性容性畸变的问题。
- 截断单极子天线及其匹配网络设计：通过对单极子天线进行截断并加载，以及对天线输入阻抗进行匹配等方法，可以拓展天线带宽。此外，还可以利用实频法、直接优化法等方法进行匹配网络的设计。
- 变曲线组合方法：基于变曲线组合方法结合矩量法进行天线设计，可以设计出覆盖80~3000 MHz的超宽带偶极子全向天线。这种方法经过仿真数据和实测数据验证，证明了其有效性。
消除地面反射影响的方法：
- 反射栅法：在待测天线两侧涂抹电磁波吸收材料，并在中间放置反射栅来减小反射波场强。
- 垂直测试法：将待测天线架于绝缘材料的高塔上，辅助天线放于地面，最大辐射方向朝上。
- 频率调制法：利用传输线信号与直射波和反射波信号相混频，从而消除地面反射的影响。
三、 VHF频段信号在对流层散射中的效率如何
VHF频段信号在对流层散射中的效率和如何最大化这种效果可以从以下几个方面进行分析：
VHF频段的单信道电台通常只能实现视距通信，但通过利用对流层散射可以扩展其通信范围。研究表明，将对流层散射传输体制用于VHF/UHF频段超视距通信是可行的。
对流层散射是一种利用大气中的不均匀体(如云层、尘埃等)来反射或散射无线电波的技术。这种散射可以显著增加信号的传播距离，特别是在没有形成大气波导的情况下，可以在距FM和TV电台150-400公里的范围内接收到信号。
尽管对流层散射具有一定的优势，但在实际应用中也面临一些挑战。例如，接收对流层电波散射信号时，天线增益会降低，因为到达接收天线口面上的无线电波不是平面波，其幅度和相位都是不均匀的。
优化对流层散射效果的方法：
- 选择合适的气象条件：对流层散射通信性能受气象环境因素的影响较大。采用抛物方程法结合湍流大气结构模型构建对流层散射信道模型，可以计算对流层散射传输损耗与信号快衰落分布，从而优化通信效果。
- 调整天线设计：为了克服天线增益降低的问题，可以通过优化天线设计来提高接收效率。例如，使用具有更好方向性的天线或者增加天线的增益来补偿散射信号的衰减。
- 频率选择：根据研究结果，回波展宽宽度与雷达工作频率之间存在线性关系，因此选择合适的频率可以有效扩展通信距离。
VHF频段信号在对流层散射中的效率取决于多种因素，包括气象条件、天线设计和频率选择等。
四、 在城市环境中UHF和VHF频段信号穿透能力
在城市环境中，UHF(超高频)和VHF(甚高频)频段信号的穿透能力有显著差异。根据多项研究和分析，UHF频段的信号具有更好的穿透能力，而VHF频段的信号则更适合长距离直线视距通信。
具体来说，UHF频段的信号由于其较高的频率和较短的波长，能够更好地穿透建筑物和其他障碍物。这使得UHF频段在城市环境中非常适用，尤其是在需要频繁穿越高楼大厦等复杂结构时。此外，UHF频段的信号还表现出较强的多径传播特性，这意味着它可以在多个路径上反射和折射，从而增强信号的覆盖范围。
相比之下，VHF频段的信号虽然通常能更远地传播，并且较少受到障碍物的影响，但其穿透能力较弱，特别是在密集的城市环境中。VHF信号的传播主要依赖于地面波传播，这限制了其在建筑物内部或复杂地形中的应用。
因此，在城市环境中进行信号穿透能力的比较研究时，可以得出结论：UHF频段由于其优良的穿透能力和适应性，在高楼林立的城市中更为适用;
五、 利用地形特征提高UHF和VHF频段信号的覆盖范围
要提高UHF和VHF频段信号的覆盖范围和抗干扰能力，可以利用地形特征进行优化。以下是详细的方法：
1. 选择合适的频率：
VHF信号由于其较长的波长，能够更容易地绕过障碍物(如山丘、树木等)，因此在复杂地形中表现较好。
UHF信号虽然波长短，但可以通过反射墙壁来增强覆盖范围，尽管其吸收率较高，可能需要更多的中继器来确保覆盖。
2. 安装天线：
在山地或森林环境中，VHF无线电的天线应尽量安装在较高的位置以增加信号强度，并且避免天线损坏。
对于UHF信号，由于其反射特性，可以考虑使用多层反射结构的天线设计，以最大化信号反射效果。
3. 地形粗糙度修正：
根据地形粗糙度的不同，调整传播曲线以更准确地预测信号覆盖范围。例如，通过测量数据开发的修正曲线可以帮助更好地理解和预测不同地形下的信号覆盖情况。
4. 增加功率：
提高发射功率可以增强信号强度，从而克服地形障碍，如山脉和远处的障碍物。这在UHF和VHF频段尤其重要，因为这些频段容易受到地形影响。
5. 使用中继器：
针对UHF频段，由于其波长较短，需要安装更多的中继器来确保覆盖范围。窄带规定进一步缩短了波长，因此需要更多中继器来确保在所需区域内的覆盖。
6. 抗干扰技术：
采用高度集成的低功耗抗干扰方案，如KT06系列模块，可以有效抑制啸叫并提升RF性能和音频自检功能。
7. 综合考虑其他因素：
地面传播、天线高度、当地结构环境、土地倾斜度以及天气条件都会影响信号覆盖和抗干扰能力。因此，在设计和部署无线网络时，必须综合考虑这些因素。
六、 UHF和VHF频段在全球范围内的传播模式
UHF(超高频)和VHF(甚高频)频段在全球范围内的传播模式存在显著差异，特别是在不同地理位置上的表现。
从传播特性来看，VHF和UHF信号通常需要视线路径才能有效传输。这意味着它们不能像HF(高频)电波那样通过电离层多次反射进行远距离传播。在大多数情况下，这些频段的信号会沿着地面传播，称为地波传播。这种传播方式使得VHF和UHF信号覆盖范围较小，一般限制在25到30英里(约40到48公里)之间。
然而，在特定条件下，例如使用卫星中继或特殊天线系统，可以实现超视距(BLOS)通信。这种技术利用UHF频段为现役UHF/VHF无线电提供全球通信能力。此外，由于UHF具有较短的波长，使其更容易穿透复杂地形或建筑物内部。因此，在城市环境中，UHF频段的应用更为广泛。
另一方面，VHF信号由于其较长的波长，在理想条件下可以传输更远的距离。例如，在开阔地带，VHF信号可以覆盖更大的区域。然而，由于其对视线路径的依赖性，VHF信号在城市或复杂地形中的表现不如UHF频段。
总结来说，VHF和UHF频段的主要区别在于它们的传播特性和适用环境。VHF适合空旷的开阔地带，而UHF则更适合城市和复杂地形中的应用。
