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WSPR:用两百毫瓦让全世界替你测天线

摘要

发一个功率只有 200 毫瓦的信号,几分钟后地图上会亮起几十个接收点,每个点都带 SNR 数值。WSPR 把"我的天线到底行不行"从感觉变成了数据。

一个不像通联的模式

WSPR 是 Weak Signal Propagation Reporter 的缩写,中文一般译作"弱信号传播报告"。

它的工作方式和我们熟悉的通联完全不同:没有呼叫、没有应答、没有信号报告交换,也没有对话。你只是按照固定节奏,每隔两分钟向空中发射一个持续 110.6 秒的极窄带信号,信号里装着三件事——你的呼号、你的网格坐标、你的发射功率

然后什么都不用做。全世界任何一台 WSPR 接收机只要抄到了这个信号,就会自动把接收记录上传到公共数据库 wsprnet.org。几分钟后,你打开网页,就能看到一张地图,上面标着所有听到你的台站、每一条记录的 SNR 数值、以及每个接收点与你之间的大圆距离。

它不是在通联,是在测信道。

技术细节:为什么能这么弱

WSPR 由 Joe Taylor(呼号 K1JT)设计,2008 年发布,是 WSJT-X 系列弱信号模式家族的成员。K1JT 同时也是 FT8 等模式的作者。

几个关键参数:

  • 调制方式:4-FSK,占用带宽仅约 6 Hz

  • 符号率:1.4648 baud

  • 单次传输时长:110.6 秒,共 162 个符号

  • 报文长度:整条信息压缩成 50 比特

  • 节奏:每两分钟一个周期,在偶数 UTC 分钟开始后 1 秒发射

  • 解码门限:可低至噪声以下约 28 dB(部分资料给出更低数值)

功率集中在 6 Hz 这么窄的一段里,加上卷积编码的纠错能力,这是它能抄到远低于噪声底的信号的原因。

每个接收站上传的记录包含双方呼号、频率、UTC 时间、SNR(dB)、报告中标称的发射功率(dBm)、以及两站之间的大圆距离。这些字段合起来,就是一份完整的路径损耗测量数据。

关键前提:时间必须准

WSPR 的所有发射都落在偶数分钟的固定时刻,接收端的解码窗口也是固定的。如果你的电脑时钟偏差超过大约 1 秒,信号就抄不出来。

现在的操作系统默认联网自动校时,一般没问题。但如果在没有网络的野外操作,或者用的是一台长期没联网的机器,就要特别注意手动校时。追求更高精度可以用 USB GPS 接收模块,做到百毫秒级。

典型用法:拿它测天线

WSPR 最实际的价值,是把"天线好不好"这件事量化。

做法非常直接:跑一次,换天线,再跑一次,比较同一批接收站的 SNR 中位数。

因为 WSPR 功率低(典型 200 毫瓦到 1 瓦)、周期固定、报道数据量大,比较结果相当可靠。连续跑 24 小时,每条路径大约能拿到 720 个数据点;几百个测量值做统计平均,传播条件的随机波动基本被抹平了。

从数据里能读出的信息包括:

  • 天线之间小到 1 dB 的增益差异(数据量足够时)

  • 不同方位上的方向图差异

  • 架设高度对仰角的影响(通过"距离 vs SNR"的关系看)

  • 馈线损耗(如果所有接收站的 SNR 一致偏低,问题可能在线上)

  • 几天到几周尺度的性能变化趋势

可以同时反向用。 把电台切到接收 WSPR,你就变成了别人实验里的测量点。看哪些地区的信号能稳定传到你这儿、强度如何,反过来说明你的接收系统在各方向上的表现。

和其它"信号地图"工具的分工

WSPR 不是唯一的选择,几套工具有不同的侧重:

  • WSPR:受控测试。低功率、固定周期、自动上报,适合做严谨的天线对比。缺点是每两分钟才能换一次状态,没法即时切换对比;而且它只发信标,不能通联。

  • PSKReporter:在你正常操作数字模式(比如 FT8 呼叫 CQ)时,别的台会自动上报"我抄到你了"。测的是真实功率、真实天线下的实际覆盖,反映日常操作效果。

  • Reverse Beacon Network:CW 和 RTTY 版的同类工具,全球的自动收听站记录每一次 CQ。

  • 远程 SDR:直接听自己。在广播网站上把频率调到你的信号上,实打实地听一遍,最直观。

实际使用中,这几套工具是配合关系:先用天线分析仪确认天线电气上没问题,再用 WSPR 做低功率的受控测量,最后用 PSKReporter 或 RBN 在日常操作里验证。

上手流程

  • 装 WSJT-X(免费,Windows/Linux/macOS 都有),或者用 K1JT 团队提供的专用 WSPR 程序

  • 连接音频:电台音频输出接电脑输入,电脑输出接电台数据口;现代电台内置 USB 声卡,一条线解决

  • 校准时钟,确认与 UTC 的偏差在 1 秒以内

  • 在软件里选择 WSPR 模式,填好呼号和 6 位网格坐标

  • 把发射功率设到很低的位置,先确认天线驻波正常

  • 让它在单个波段上跑 15 到 30 分钟,中途不要动

  • 上 wsprnet.org 查自己的呼号,看地图和 SNR 列表

  • 换成另一个波段、另一副天线,重复一遍

一次传输只是一个快照。 真正有价值的对比至少要跑一个傍晚或者一整天——传播是在变的,只有跑够时间,数据才能反映天线本身的差异,而不是传播的运气。


参考来源

  • Ham Radio Base:《WSJT-X & WSPR for Ham Radio Antenna Testing》

  • Broken Signal:《What is WSPR: The Ham Radio Tool That Maps Where Your Signal Goes》

  • Ham Shack Reviews:《How WSPR Works in Amateur Radio》

  • QSO Journey:《How to Test Your Antenna and Radio's Real Reach with WSPR, PSKReporter, and Other Tools》

  • WSPR 协议技术说明(K1JT 及社区整理)

END