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 радиосигналов не ограничиваются поверхностью. Этот режим можно сравнить с распространением по прямой видимости , не требующим среды, и распространением космических волн , которое отражает сигналы от ионосферы.
Земная волна является важным способом распространения радиосигналов на частотах ниже 30 МГц, но, как правило, она незначительна на более высоких частотах, где доминирует распространение по 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, когда 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. Ослабление 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 подземных слоев, которые лучше всего измерять на основе затухания сигналов 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 AM-радиостанциям больший охват 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 низкочастотную энергию. 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 ]- ^ Jump up to: 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 юридических 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.