Распространение земных радиоволн, страница 2

 

10.3. Распространение радиоволн над поверхностью Земли

в случае низко расположенных антенн

Рассматривается вопрос  расчета напряженности поля земной волны при распространении над плоской и сферической поверхностью Земли при низко расположенных антеннах.

 

Распространение земной волны в случае плоской Земли. На небольших расстояниях от передающей антенны кривизной Земли можно с полным основанием пренебречь и считать, что волна распространяется над плоской полупроводящей поверхностью. С целью еще большего упрощения предположим, что поверхность Земли является идеально гладкой и однородной на протяжении всей трассы.

В диапазоне сверхдлинных, длинных в длинноволновой части диапазона коротких волн токи, наводимые поверхностной волной в толще Земли, являются преимущественно токами проводимости. Предположим, что средние электрические параметры почвы – диэлектрическая проницаемость и удельная проводимость соответственно равны e = 6 и σ = 10^-2 . Тогда, если длину волны принять равной средней длине волны коротких волн (l = 50 м), то модуль отношения плотности тока проводимости к плотности тока смещения будет равняться:

.

На более длинных волнах это отношение будет намного больше превышать единицу, и поверхность земли может быть представлена как среда по свойствам близкая к идеальному проводнику. В этом случае напряженность поля волны в пункте приема определяется с помощью метода зеркальных изображений. Напомним, что сущность метода зеркальных изображений состоит в замене задачи о источнике поля вблизи идеально проводящей поверхности эквивалентной задачей об источнике и его зеркальном изображении. Идеально проводящая поверхность при этом играет роль эквипотенциальной поверхности поля двух источников. Смысл эквивалентности заключается в том, что при подобной замене картина поля над поверхностью Земли, играющей роль эквипотенциальной поверхности, остается неизменной.

Если антенна расположена вертикально относительно поверхности Земли, то, как следует из рис.10.1., токи в антенне и в ее зеркальном изображении совпадают по направлению и по фазе. Так как Земля является идеальным проводником, то амплитуды этих токов также совпадают. В результате сложения в пункте приема полей источника и его зеркального изображения результирующее поле удваивается по сравнению с полем в свободном пространстве.

Часто в практике радиосвязи для расчета напряженности поля, возбуждаемого передающей антенной в свободном пространстве, вместо излучаемой мощности используют действующую величину тока в антенне:

,                                                      (10.1)

где   - действующая длина антенны. Для практических расчетов удобно пользоваться формулой:

                     ,    ,                                            (10.2)

где   - в А, - в м,  r – в км,  l - в м.

С учетом изложенного величина напряженности поля волны в случае вертикального вибратора вблизи идеально проводящей Земли принимает значение:

,  .                                           (10.3)

Если излучатель в виде линейного проводника с током расположен горизонтально относительно идеально проводящей Земли, то ситуация в корне изменится.

Как видно из рис. 10.2., в случае горизонтальной антенны токи в антенне и ее зеркальном изображении текут в противоположных направлениях. Рассуждая, как в предыдущем случае, можно сделать вывод о том, что если горизонтальная антенна расположена в непосредственной близости от идеально проводящей поверхности, то в любой точке окружающего пространства поле отсутствует. Аналогично можно говорить о том, что такая антенна не излучает радиоволны. Принято говорить, что антенна работает в режиме короткого замыкания.

 Изложенное позволяет сделать вывод о том, что оптимальными условиями для радиосвязи земными волнами являются вертикальное расположение антенн и высокая проводимость поверхности Земли на трассе радиосвязи.