Земляная волна
Земная волна — это способ распространения радиоволн , который состоит из токов, проходящих через землю . Земные волны распространяются параллельно поверхности Земли и вблизи нее и способны преодолевать большие расстояния за счет дифракции вокруг кривизны Земли. Это излучение также известно как поверхностная волна Нортона или, точнее, земная волна Нортона , поскольку земные волны при распространении радиоволн не ограничиваются поверхностью. Земная волна контрастирует с распространением по прямой видимости , которое не требует среды, и небесной волной, проходящей через ионосферу.
Земная волна важна для радиосигналов ниже 30 МГц, но, как правило, незначительна на более высоких частотах, где преобладает распространение в пределах прямой видимости. AM и длинноволновое вещание, навигационные системы, такие как LORAN , низкочастотные сигналы времени , ненаправленные маяки и ВЧ -связь ближнего действия — все это использует его. Диапазон зависит от частоты и проводимости грунта : более низкие частоты и более высокая проводимость грунта позволяют преодолевать большие расстояния. [1]
Обзор
[ редактировать ]более низкой частоты Радиоволны , ниже 3 МГц, эффективно распространяются как земные волны. Поскольку потери увеличиваются с частотой, высокочастотные передачи в диапазоне от 3 до 30 МГц имеют более скромный диапазон земных волн, а земные волны не имеют значения выше 30 МГц. [1] Поверхностная проводимость влияет на распространение грунтовых волн: поверхности с высокой проводимостью, такие как морская вода, обеспечивают лучшее распространение, а сухая земля и лед — худшие. [1] [2]
По мере увеличения расстояния земные волны распространяются по закону обратных квадратов . Несовершенная проводимость земли наклоняет волны вперед, рассеивая энергию в землю. [3] Длинные волны этих сигналов позволяют им дифрагировать за горизонтом, но это приводит к дальнейшим потерям. Уровень сигнала имеет тенденцию падать экспоненциально с расстоянием, если кривизна Земли значительна. Выше примерно 10 кГц атмосферная рефракция помогает отклонять волны вниз. [1] только волны с вертикальной поляризацией Хорошо распространяются ; Горизонтально поляризованные сигналы сильно ослабляются.
Сигналы земных волн относительно невосприимчивы к затуханию , но изменения в грунте могут вызвать изменение мощности сигнала. Затухание над сушей является самым низким зимой в умеренном климате и выше над водой, когда море неспокойно. Холмы, горы, городские районы и леса могут создавать зоны с пониженной мощностью сигнала. [1] Глубина проникновения грунтовых волн различна, достигая десятков метров на средних частотах над сухим грунтом и даже более на более низких частотах. Таким образом, прогнозирование распространения требует знания электрических свойств подповерхностных слоев, которые лучше всего измерять по затуханию земных волн. [1]
Приложения
[ редактировать ]Большая часть низкочастотной радиосвязи осуществляется посредством распространения земных волн. Земляная волна также является основным режимом для средних частот в течение дня, когда небесная волна отсутствует, и может быть полезна на высоких частотах на коротких дистанциях. Использование включает навигационные сигналы, низкочастотные сигналы времени, длинноволновое радио и AM-радио. Повышенная эффективность земной волны на более низких частотах дает радиостанциям AM большее покрытие в нижнем конце диапазона. Высокочастотный загоризонтный радар может использовать земную волну на умеренных расстояниях и небесную волну на больших расстояниях. Военная связь в очень низкочастотном и низкочастотном диапазоне использует земные волны, особенно для связи с кораблями и подводными лодками, поскольку земные волны на этих длинных волнах проникают значительно ниже поверхности моря. [1]
При развитии радио широко использовались земные волны. Ранние коммерческие и профессиональные радиослужбы полагались исключительно на длинные волны , низкие частоты и распространение земных волн. Чтобы предотвратить помехи этим службам, любительские и экспериментальные передатчики были ограничены работой на высоких частотах (ВЧ), которые считались бесполезными, поскольку их диапазон земных волн был ограничен. После открытия других возможных режимов распространения на средних и коротких волнах преимущества ВЧ для коммерческих и военных целей стали очевидны. Любительские эксперименты тогда ограничивались только разрешенными частотами в этом диапазоне.
Моделирование
[ редактировать ]В 1930-х годах Альфред Нортон был первым автором, который точно описал земную волну математически, выведя уравнение для напряженности поля над плоской Землей. Ван дер Поль и Бреммер опубликовали расчеты сферической Земли с 1937 по 1939 год. Более поздние работы были сосредоточены на путях с переменной проводимостью, влиянии местности и объектов на земле, а также на компьютерном моделировании. [1]
Связанные термины
[ редактировать ]Средневолновые и коротковолновые волны отражаются от ионосферы ночью, что известно как небесная волна. В дневное время нижний слой D ионосферы формирует и поглощает энергию более низких частот. Это предотвращает очень эффективное распространение небесных волн на средних частотах в дневное время. Ночью, когда слой D рассеивается, средневолновые передачи лучше распространяются по небесным волнам. К земным волнам не относятся ионосферные и тропосферные волны.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час Ангуло И, Барклай Л, Чернов Ю, Деминко Н, Фернандес И, Хиль У, Герра Д, Милсом Дж, Пенья И, Де ла Вега Д (2014). Справочник по распространению земных волн (PDF) . Женева, Швейцария: Международный союз электросвязи . ISBN 978-92-61-18661-6 . Проверено 23 июля 2024 г.
- ^ «Глава 2: Наземные волны» . Введение в распространение волн, линии передачи и антенны . Обучение военно-морской электротехнике, модуль 10. Центр профессионального развития и технологий военно-морского образования и обучения. Сентябрь 1998 г. с. 2.16. NavEdTra 14182. Архивировано из оригинала (PDF (архив в формате ZIP)) 11 мая 2018 г.
- ^ Линг, RT; Шоллер, доктор медицинских наук; Уфимцев, П.Я. (1998). «Распространение и возбуждение поверхностных волн в поглощающем слое» (PDF) . Корпорация Нортроп Грумман. Прогресс в исследованиях в области электромагнетизма . 19 : 49–91. дои : 10.2528/PIER97071800 . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г. Проверено 10 мая 2018 г.