长波广播的传播特性与全域覆盖应用研究
作者：王浩 摘要
长波（LF，30～300kHz，波长 1000～10000m）依托地波为主、天波为辅的传播机制，具备绕射能力强、信道稳定性高、抗干扰与穿透性优异、受气象与电离层扰动影响微弱等核心传播优势，是实现国土全域、陆海一体、极端灾备场景无死角无线电覆盖的稀缺广播频段。本文系统梳理长波广播基础传播机理、时空衰减规律、环境适配特征，针对国土全域组网、应急救灾广播、陆海导航授时、地下水下通信、边境远域信号补盲五大应用场景构建全域覆盖方案，剖析当前工程落地瓶颈，并提出频率规划、发射台组网、数字调制升级、多波段融合协同的优化路径，为我国长波广播基础设施建设与应急无线电保障体系完善提供理论与实践参考。 关键词：长波广播；地波传播；天波反射；全域覆盖；应急通信；授时导航 一、绪论
1.1 研究背景
中短波广播依赖电离层反射，信号昼夜起伏大、易受太阳活动与地磁暴干扰；调频、数字电视属于视距传输，山地、荒漠、深海、地下空间存在大量信号盲区；卫星通信易被电磁压制、空间天气破坏，灾害断网断电后终端依赖供电，生存能力有限。 长波作为最早商用的广播波段，在欧洲多国构建成熟长波公共广播网络，可单台大功率发射机实现上千公里连片覆盖，天然适配大国疆域广、地形复杂、陆海兼备的覆盖需求。我国长河系列长波授时导航系统已投入运行，但面向公共应急广播、基层全域信息下发的长波广播规模化部署仍存在空白，亟需明确传播模型与组网覆盖策略。 1.2 研究意义
理论层面：完善复杂地形、海陆交界、地下透水环境下长波场强计算模型，区分地波 / 天波分量在远近场的权重演化规律； 应用层面：搭建断电断网仍可被动接收的国家级兜底广播网络，补齐偏远山区、远洋海域、人防工程、地震洪涝灾区的信息传输短板，筑牢公共安全与国防通信底层备份链路。 二、长波广播核心传播特性分析
2.1 基础传播模式
长波同时存在地波传播与天波传播两种路径，其中地波为广播覆盖主力： 1.地波传播（主导模式） 电波沿地表曲面绕射行进，垂直极化辐射效率最高，可翻越山体、深入峡谷洼地，贴合地球曲率实现超视距远距离传输；地表土壤、海水导电率直接决定衰减速率：海水损耗远小于陆地，沿海台站可跨海覆盖近海海域；干燥荒漠、冻土区域衰减略高，但远优于中短波与超短波抖音百科。 单部大功率长波发射机（百千瓦级）地波稳定覆盖半径可达 800～1200km，白天信号波动幅度仅 10%～30%，数小时内无明显衰落，全天服务一致性极强。 2.天波传播（夜间增强补充） 白天电离层 D层强烈吸收长波天波分量，远距离以纯地波为主；夜间 D 层消散，E层对长波形成稳定反射，天波场强抬升约 30%～50%，可将有效覆盖距离延伸至 1500～2500km，实现跨省级大范围信号叠盖；仅季节与太阳 11 年活动周期带来小幅慢变化，无短波式跳变失锁问题抖音百科。 2.2 关键固有传播优势
1.极强障碍物绕射能力：千米级波长可绕过数百米山体，山区、林区无明显遮挡盲区，适配我国西南横断山区、西北戈壁地形覆盖；
2.穿透适配性突出：可穿透普通砖混建筑、人防工事土层，低频超长波可穿透数十米海水，实现水下潜艇单向指令下发；
3.抗毁抗干扰性能：雷电、磁暴、核爆电磁脉冲对长波信道扰动极小，在重大灾害、电磁对抗场景下信道可用性远高于其他无线频段；
4.接收极简低功耗：终端无需复杂解码模块，简易矿石收音机、无源接收装置即可解调，断电环境下依靠天线感应电能收听，灾备场景不可替代。
2.3 传播局限与约束条件
1.带宽资源极窄：长波标准信道带宽仅几百赫兹，传统调幅仅支持单声道语音，原生无法传输高清音视频；
2.发射系统工程门槛高：波长千米级别，需铁塔拉线式巨型天线阵列，占地面积大、基建成本高、发射机电功率消耗巨大；
3.频谱资源稀缺：ITU 国际规则将亚太第三区划分为长波广播限制区，可用频点少，多国共用易产生同频互扰；
4.近距离工业干扰明显：城市电网、高压输电线会引入工频谐波噪声，城区中心信噪比下降，适合城郊布设发射台向外围辐射覆盖。
2.4 场强全域衰减规律总结
· 近区（0～300km）：地波绝对主导，场强平稳缓慢衰减，适合核心区域精准覆盖； · 中区（300～1200km）：地波持续衰减，夜间天波逐步叠加，昼夜场强存在固定差值，可通过 ASF 时延修正模型校准信号参数； · 远区（1200km 以外）：地波基本耗尽，完全依靠天波反射实现广域连片覆盖，适合跨省、跨境边缘区域补盲。 三、长波广播全域覆盖典型应用场景
3.1 国家级应急兜底公共广播（核心应用）
构建全国长波应急广播骨干网，在华北、西北、西南、华南、华东分区域布设 5～8 座大功率长波发射台，单台覆盖千万级人口片区。 洪涝、地震、地质灾害导致光纤、基站、电网大面积瘫痪时，普通收音机、应急手持终端无需供电即可接收预警信息、救援指令、民生通告；针对孤岛村镇、失联山区实现唯一下行信息通道，弥补现有应急体系依赖移动通信网络的脆弱性。 3.2 陆海一体导航授时与海事广播
依托现有长河二号长波导航授时体系拓展广播功能： 1.陆域：为电网、轨道交通、金融系统提供高精度标准时间信号，解决偏远基站时钟失步问题； 2.海域：沿海长波台覆盖我国近海全部海域，向渔船、远洋船舶推送气象预警、禁渔通告、海上搜救信息，替代部分短波海事通信不稳定问题； 3.定位辅助：多台长波台组网可实现陆基无线电定位，卫星导航拒止环境下作为备份定位手段。 3.3 地下、人防、特殊密闭空间覆盖
人防工程、地下管廊、矿山巷道、深埋掩体中，手机信号与调频信号完全屏蔽，长波可穿透土层与混凝土，在城市人防体系中预埋长波接收终端，战时与灾害状态下保障内部信息互通。 3.4 边境与国土远域信号补盲
我国西北边境、青藏高原、北疆荒漠地域地广人稀，建设移动通信基站性价比极低且维护困难。布设小型化长波中继发射站点，以少台站实现边境线带状全域信号覆盖，用于边防喊话、边境预警、政策信息下发，降低基础设施运维成本。 3.5 水下潜艇单向通信
极低频长波（VLF）可穿透海水数十米，岸基长波发射台向水下潜伏潜艇发送极简指令报文，不暴露潜艇方位，是海军远程隐蔽指挥的经典手段，属于国防全域通信关键组成部分。 四、全域覆盖组网架构与技术方案
4.1 层级式组网架构
1.一级骨干台：大功率（50～100kW）主发射台，承担跨省大范围基础覆盖，作为区域信号核心源； 2.二级补盲台：中功率（5～10kW）辅台，部署于山区盆地、大型城市群周边，填补骨干台信号弱区，优化城区信噪比； 3.三级微型转发站：低功率便携长波转发设备，用于灾害现场临时架设，实现局部点对点应急广播。 4.2 频率与同频组网规划
采用分区分频 + 异地同频同步模式：相邻骨干台选用隔离频点避免干扰；远距离非重叠覆盖区域使用同一频点，依靠高精度授时实现数字信号同步叠加，扩大全域同频服务区，节约稀缺频谱资源。 4.3 调制方式数字化升级
传统 AM 调幅带宽利用率低，引入DRM长波数字广播标准：在窄带信道内实现数字音频广播、文字图文推送、数据报文下发，可兼容传统模拟收音机，同时支持新型终端接收文本预警、定位数据包，拓展长波信息承载能力，解决带宽短板。 4.4 多波段融合全域覆盖体系
长波作为兜底底层网络，与中波 DRM、调频广播、卫星广播、5G 应急基站形成四层冗余架构： 常规工况以5G、调频为主；网络故障启用中波；极端大范围断网断电时，仅保留长波广播作为最后信息传输链路，真正实现全天候、全地形、全工况全域覆盖。 五、现存工程问题与优化对策
5.1 主要瓶颈
1.天线占地庞大，土地审批与选址难度高； 2.单机功耗高，长期运行运维能耗成本偏高； 3.城市电磁噪声恶化接收质量； 4.国内民用长波接收终端普及率极低。 5.2 针对性优化策略
1.天线轻量化改造：采用斜拉天线、埋地天线阵列替代传统巨型自立铁塔，缩减征地面积； 2.智能功率动态调节：根据昼夜地波 / 天波传播差异自动下调发射功率，节能降本； 3.电磁环境分区规划：发射台选址远离超高压输电走廊，城区依托小区应急音箱加装长波解调模块； 4.终端强制适配：在应急收音机、防灾物资收音机中标配长波频段，面向乡村、矿山、渔业批量配发接收设备。 六、结论与展望
长波广播凭借与生俱来的超远距、强绕射、高稳定、可无源接收、抗毁性强的传播属性，是其他无线通信手段无法替代的全域兜底广播方式。在国土安全、防灾减灾、海事管理、边境管控、地下国防工程等场景具备不可替代的应用价值。 后续研究可聚焦小型化软件无线电长波发射设备、电离层天波传播精细化预测模型、跨频段自适应协同广播协议，推动长波广播从单一授时导航业务，拓展为国家公共应急基础设施的核心一环，构建真正意义上无盲区、不依赖公网、极端条件下可持续运行的无线电全域覆盖体系。
参考文献
[1]何大中。长波广播在亚洲地区使用的探讨 [J]. 广播与电视技术，1984. [2]中国科学院国家授时中心。长河二号导航授时系统技术规范 [R].2021. [3]ITU-R Rec.P.368 低频地波传播计算标准. [4]DRM Consortium. Digital Radio Mondiale Longwave System Specification. [5]无线电波传播原理与工程应用 [M]. 电子工业出版社.
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