QRP 通信的可能性與技巧 包括功率的计算!

木须

大功率好还是小功率好？
在台湾，大部份的业余无线电人员都是以　V/U　Band　为摇篮或是在部队中担任通信任务才会接触到　HF　的通信，或许因为以上两种操作环境，养成了大多数人崇尚功率的心态。　
V/U　Band　使用地波通信，电波的传播路径主要是直接波或地表地物反射波，在　不改变天线系统的状况下，增加功率的效果明显易见。　短距离（数十至数百公里内）的军事报务通信大部份都使用比较低的频段，这　种利用高仰角、一次反射的通信方式，主要是靠增加功率来解决传播状况　不佳或是　QRN　过高的问题。　
许多　HAM　认为加大功率是通达远方电台的先决条件之一，但另一派人却不这麽认为，因为地球就这麽大而已，除非是为了在　Pile　Up　中脱颖而出或是在通信比赛中求得高分，并不需要在平常时把功率开得那麽大。从另一方面来说，加大功率只要有钱就可以办得到，而降低功率与远方电台通信所需要的是技术，追求单位功率所能通达的最远距离才具有挑战性。　
对我而言，功率大小没有绝对的好坏对错。大功率对通信而言是充分而非必要的条件，增加功率的确是稳定通信的诸多要项中的一项，它有可能使您从　Pile　Up　中脱颖而出、成为网路的主控、轻易猎取稀有电台等等，算是获得通信乐趣的手段之一。而降低功率则具有环保意识、充满自我挑战，它是一种通信哲学及乐趣。　
什麽叫　QRP　与　QRPp
在无线电的　Q　简语里，QRP　代表降低功率，因此我们就把小功率电台称为　QRP　电台。目前　QRP　电台的定义有两种，一种是以无线电机的输出功率来定义，即　CW　小於　5W，　SSB　的峰值功率小於　10W　就称为　QRP　电台；另一种是以後级放大器的所消耗功率小於　10W　就称为　QRP，不过这种定义并不方便量测，因此一般还是以第一种定义比较普遍。或许您觉得　5W　已经够小了，但还有人追求的是用　1W　以下的超低功率来通信，这种我们就称为　QRPp。　
您或许会疑惑　QRP　真的管用吗？到底可以通达多远？其实这些顾虑是多余的，我曾经用　800mW　通达离台湾最远的南美洲，换言之，800mW　足以通达全球各地。不可思议吗？其实不会。让我们从传播路径、路径损失及接收机的灵敏度来分析，您将发现　800mW　或许还稍微大了一些。　
必要的基本知识
通信的基本条件
很简单而且像废话，不过很少人会仔细思考所谓的废话，所以还是要罗唆一下。通信的基本条件就是　-　-　我收得到你，你收得到我。　
简单的说就是：由天线进入无线电机的信号经过处理以後必须达到可辨识的程度，而无线电机可以将多麽小的信号处理成为可辨识的能力就称为无线电机的接收灵敏度。对相同的微弱信号而言，每个人的辨识程度并不相同，也就是说同一部无线电机对不同的人而言就有不同的灵敏度。为了排除这种人为主观因素的影响，所以定义无线电机灵敏度的标准为：经过无线电机处理後，使无线电机输出的声音信号与杂音的比值大於　10dB　以上的最小射频强度。　
更深入的说，信号传输的过程必定产生衰减（简称路径损失），因此发射方所发射的功率除以路径损失的倍率必须大於接收方无线电机的灵敏度才能达成通信。　
通信距离与电波传播
地球的半径为　6400　公里，赤道为最大的圆周大约是　40200　公里，也就是说地球上任两点的最短距离不会超过　21000　公里。　
HF　频段的电波是靠电离层反射电波，使电波在电离层和地表间来回跳跃，跳跃的次数及距离主要由电波的辐射仰角以及电离层高度来决定。我们假设有利於远距离通信的　F　层高度为　400　Km，且天线的辐射仰角低至　10　度，由　ARRL　Handbook　中查表得知在这种条件下，电波每一次反射跳距约　3750　Km，因此电波要跳跃　5　~　6　次才能到达离台湾最远的南美洲。而根据经验，在传播状况不算太差的时候，电波第一跳约损失　100　dB，以後每一跳约损失　7　~　10　dB，依此估计，到南美洲信号约衰减　140　~　160　dB，根据我的实际通信经验，也差不多就是这样子。　
接收机的灵敏度
目前接收机的灵敏度一般规格为：在　0.15　dB　μ　V　(　-123.5　dBm　)　时可以得到　10　dB　的　S/N　比。10　dB　的　S/N　比听起来的感觉是背景有很轻微的沙沙声，可以轻易的分辨信号（可读性没有问题）。根据经验，S/N　比降至　7　dB　听　CW　信号还没有问题，若降至　5　dB　要分辨　CW　信号就比较困难一些。换言之，以目前一般接收机的灵敏度，可以接收信号强度的下限大约为　-125　~　-127　dBm　左右。　
最小通信功率的推算
为了方便计算，我们把所有的信号强度及功率统一换算为　dBm。所谓　dBm　就是以　1mW　为基准的　dB　算法，也就是说　0　dBm　=　1　mW，dBm　=　10　*　log(　Power　/　1mW)。请参考下面的对照表　
100KW　 80dBm　 200KW　 83dBm　 500KW　 87dBm　
10　KW　 70dBm　 20　KW　 73dBm　 50　KW　 77dBm　
1　KW　 60dBm　 2　KW　 63dBm　 5　KW　 67dBm　
100　W　 50dBm　 200　W　 53dBm　 500　W　 57dBm　
10　W　 40dBm　 20　W　 43dBm　 50　W　 47dBm　
1　W　 30dBm　 2　W　 33dBm　 5　W　 37dBm　
100mW　 20dBm　 200mW　 23dBm　 500mW　 27dBm　
10　mW　 10dBm　 20　mW　 13dBm　 50　mW　 17dBm　
1　mW　 0　dBm　 2　mW　 3　dBm　 5　mW　 7　dBm　

所发射的信号经过传播扣掉路径损失以後必须大於接收机的灵敏度下限才能被分辨出来，所以　
发射功率　dBm　－　路径损失　dB　＝　接收信号强度　dBm
最小通信功率　dBm　－　路径损失　dB　≧　接收灵敏度下限　dBm
最小通信功率　dBm　≧　路径损失　dB　＋　接收灵敏度下限　dBm　
以离台湾最远的南美洲而言，在传播状况比较好的时候路径损失约为　140　dB，所以最小的通信功率为　

140　dB　 　(　-　125　dBm　)　=　15　dBm　≦　17　dBm　=　50　mW　
也就是说　50　mW　有可能通达全球各地，实际上如果传播状况比我们预估的还好，最小通信功率还可以更低。　
从前面所介绍的种种考量，现在这个结果就是这篇文章想要告诉大家的重点　
只要时机正确，50　mW　绝对可以通达全球各地！
自行估算路径损失以及最小通信功率
上面所介绍的路径损失都只是平均的经验值，然而传播状况每日不同，在同一天中路径损失的差距达到数十　dB　一点也不稀奇。所以如果自己无法量测路径损失就无法计算最小通信功率，可能就会发生”坚定信念　（　50　mW　绝对可以通达全球各地），猛喊　CQ　，一事无成”的撼事。　
估算路径损失以及最小通信功率的方法相当简单，只要找到已知功率的发射电台再配合无线电机的信号强度表就可以估算了。　
所谓发射功率固定的电台是指　
固定的示标电台，如　14.100　或　21.150　的示标电台。　
目前最常被使用的示标信号是　14.100　以及　21.150　的环球示标系统，该系统　由座落在全球各地的示标电台（纽西兰、澳洲、日本、以色列、芬兰、南非、　美东、美西等）每个电台轮流发送示标信号　10　秒钟，首先是发送电台呼号，　然後发送四个长音，第一个长音的发射功率为　100　瓦，再来依次为　10　瓦、1　瓦、0.1　瓦，如此就可以了解用多少功率大约可以通达多远。当然前提是你要　听得懂摩斯电码。　


固定的业务电台　
例如广播电台、船舶通信的岸上电台等。这些电台的工作频率固定、各频段都有而　且地点散布於全球各地，算是很好的示标电台，不过要知道每个电台到底用多　少功率发射信号并不是那麽容易的事。　


和业余电台通信，直接问它的发射功率。　
至於无线电机上的信号强度表，如果只是把它当作回报信号报告的参考的话，那就未免太大才小用了。顾名思义，信号强度表是用来看信号强度的，但是表头上面那些刻度代表的意义到底为何，知道的人倒是不多。　
信号强度　S　值所代表的讯号电压和功率是有规定的，其定义如下表。S　值相差为　1　时，电压相差　2　倍，功率相差　4　倍，亦即相差　6dB；但是当　S　值超过　9　时，则以　10dB　或　20dB　为单位，如　59 10dB、59 20dB、59 40dB　……等来表示。　
讯号强度S值　0dBm=1mW　@50ΩＳ值　 天线端电压　 功率　 Ｓ值　 天线端电压　 功率　
1　 0.375uV　 -115dBm　 8　 50uV　 -73dBm　
2　 0.75uV　 -109dBm　 9　 100uV　 -67dBm　
3　 1.5uV　 -103dBm　 10dB　 300uV　 -57dBm　
4　 3.125uV　 -97dBm　 20dB　 1mV　 -47dBm　
5　 6.25uV　 -91dBm　 40dB　 10mV　 -27dBm　
6　 12.5uV　 -85dBm　 60dB　 100mV　 -7dBm　
7　 25uV　 -79dBm　

如果收到已知发射功率电台的信号且可以由的接收机读出接收的信号强度，那麽应用上面介绍过的关系　
发射功率　dBm　－　路径损失　dB　＝　接收信号强度　dBm
最小通信功率　dBm　－　路径损失　dB　≧　接收灵敏度下限　dBm
最小通信功率　dBm　≧　路径损失　dB　＋　接收灵敏度下限　dBm　
例如在　14.100　收到某示标电台　S5　的信号，其发射功率为　100　瓦，查表得知　100　瓦　=　50　dBm，S5　=　-91　dBm，则　
发射功率　50　dBm　－　路径损失　dB　＝　接收信号强度　(-91)　dBm　＝＝＞　路径损失　＝　141　dB
路径损失　141　dB　＋　接收灵敏度下限　(　-125　)　dBm　=　16　dBm　≦　最小通信功率　17　dBm　=　50　mW　
也就是说如果没有　QRN，那麽　50　mW　就可以通达示标电台所在的地区。如果我们假设示标电台当地的天电干扰有　S1　(　-115dBm　)　的强度，因为我们假设接收机的灵敏度为　-125　dBm，那麽就要再把最小通信功率乘以　10　倍，就是　500　mW。　
另外一种比较简单实用的方法就是假设收发双方的电波传播路径完全，若两者用相同的功率发射，则彼此收到对方的信号强度应该相同。如果对方用　100　瓦发射，你收它的信号强度为　S5，而你希望你所发射过去的信号可以在对方的接收机上有　S2　的信号强度，因为　S2　与　S5　差三个刻度，对功率而言刚好差　18　dB　(　64　倍　)，所以只要使用　100/64=　1.56　瓦就可以了。　
如何提高　QRP　通信的成功率
选用高增益天线　
这是无庸置疑的一点，但每个人的经济状况及架设环境各不相同，只能　尽力而为。不过没有高增益天线也不要太灰心，继续往下面看，只要把握适当　的技巧，使用简单的天线并不是没有机会。　


降低天线的辐射仰角　
降低天线的辐射仰角可以增加电波的跳跃距离，减少跳跃次数，此外电波以较　低平的角度（较大的入射角）进入电离层可以有较好的反射效果，以上两点都　可以大大减少路径损失。降低天线辐射仰角的方法不外乎增加天线的高度。此　外选用辐射仰角比较低的天线也是　DX　通信相当重要的一环，例如在同一高度　的　GP　通常比　Dipole　有比较低的辐射仰角，如果　GP　的地网系统够好的话，　不仅可以提高辐射效率也可以降低辐射仰角。一支架设在海边的　GP　其辐射仰　角通常不会超过　10　°。1997　CQWW　CW　Contest　我用　5W　的功率以及　GP　在　21　MHz　通达约　500　个电台，包含世界各大洲，且欧、美电台合计约有　150　个　QSO　。由此可知低辐射仰角天线的功力，即使是简单的　GP　也有不凡的表现。　


选用较高的频段来通信　
频率高则天电干扰及热噪音变小，QRP　微弱的信号才容易被听到。在传播状况　良好的时候，28　MHz　往往有惊人的表现，如果想要用　50mW　通达美洲就要好　好注意这个频段。21　MHz　在白天是　QRP　通信相当好的频段，本地时间　0500　~　0800　要通到美洲并不困难，　1400　~　1800　也有不少欧洲电台，如果传播状况　没有这麽好，至少还有日本电台存在，对　QRP　新手而言，21　MHz　算是不错的　开始。此外　18、24　MHz　使用的人比较少，QRM　相当少，非常适合　QRP　通信，不　过因为不是传统的频段所以并不是很热闹。14　MHz　虽然也适合　QRP　通信，但　是使用的人多、QRM　严重，QRP　通信需要一些耐心。10　MHz　以下频段的　QRP　就比较困难一些，因为难得碰到有耐心又有功力的人愿意在一堆杂音里和　QRP　电台做　QSO。　


善用日出、日落时的　Gray　Zone　
离地表　50　km　的　D　层会吸收电波，但是只有在日照时才会存在，因此日出、　日落时　D　层尚未产生或已经消失，这时候　F　层的状况还不错，相当适合远距　离通信。尤其是同处於日出、日落区的　Gray　Zone　间的通信更是轻而易举，值得　把握。　


养成收听示标电台的习惯　
收听示标电台的信号是了解目前传播状况最好的方式，如果发现传播状况不佳　，大可关机去看电视，而不必像个傻瓜似的猛喊　CQ。　


多使用　CW　模式　
和话务通信比起来，报务通信　(CW)　在吵杂的环境中显得单调而容易辨认。　若想要把功率降得很低又想通得很远的人而言，报务通信是唯一的选择。　


趁通信比赛的时候出击　
参加通信比赛的人为了要得到高分，会特别去聆听微弱信号，尤其台湾电台在　通信比赛的时候算得上是稀有电台，即使你的信号很微弱，参赛者还是会很有　耐心和你做　QSO。换个角度来看，通信比赛的时候　QRM　相当大，所以自　己也要有耐心和　QRM　搏斗才可以。　


改变呼叫方式　
许多业余电台碰到微弱的信号时，往往是宁可放弃然後再去找一个信号强一点的电　台来通讯，所以在传播状况尚可但还不算是很好的时候，最好做个”跟屁虫”　，就是回应别人的　CQ　。因为喊完　CQ　的人都会仔细的聆听，QRP　信号被注意　到的机会才会提高。如果传播状况还不错，你觉得主动呼叫　CQ　比较有机会，　可以试试下面的呼叫方式：　
CQ　CQ　CQ　DE　QRP　BV3FG　BV3FG　BV3FG/QRP　K　 CQ　CQ　CQ　DE　QRP　500mW　BV3FG　BV3FG　BV3FG/QRP　K　 CQ　CQ　CQ　DE　BV3FG/QRP　BV3FG/QRP　K　
以上的介绍主要是说明　QRP　通信并非睁着眼说瞎话、不是什麽神奇的事情，也不一定要有超级大天线才有可能达成。QRP　通信的重点是能够了解传播特性、最小通信功率的估计，尽量掌握地利因素（天线架设），剩下的就是天时（传播状况）、人和（有人收到你的信号）的配合。在此同时，顺便将无线电机的功率转小吧！
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