Распространение земных радиоволн

10. Распространение земных

  радиоволн

Обсуждаются механизмы распространение земных волн. Определяются границы применимости метода геометрической оптики. Рассмотрены вопросы расчета напряженности поля волны в случае низкорасположенных и высокоподнятых антенн. Анализируется структура поля земной волны в пункте приема. Рассмотрены методы расчета поля в случае неровной поверхности Земли.

10.1. Электромагнитные параметры земной поверхности

Рассматриваются электромагнитные параметры и типы земной поверхности.

Распространение земных радиоволн происходит непосредственно над полупроводящей сферической поверхностью Земли. Это обстоятельство необходимо учитывать при расчете наземных радиолиний, так как влияние земной поверхности приводит к поглощению энергии волны, изменению структуры ее поля, а также к изменению формы диаграмм направленности передающей и приемной антенн. Поэтому при рассмотрении этих вопросов необходимо знание электрических параметров различных видов земной поверхности (диэлектрической проницаемости и удельной проводимости).

Бóльшая часть поверхности земного шара покрыта водой (океаны, моря, озера, реки и т.д.). Электрические характеристики отдельных видов водной среды могут весьма сильно различаться (табл.10.1.).Суша также представлена широким набором видов поверхности. Это сухая или влажная почва равнин, гористая местность, покрытая растительностью или без нее, обширные лесные массивы, песчаные пустыни.

Таблица 10.1.

Земной рельеф также отличается большим разнообразием. Можно составить длинный перечень видов поверхностного рельефа, однако всех их можно условно разбить на две группы. К первой группе относятся те виды рельефа, когда высота неровностей относительно длины волны невелика. При распространении волны над такого вида поверхностью частично происходит диффузное рассеяние энергии волны. В этом случае при расчете напряженности поля неровностью поверхности пренебрегают, либо расчет ведут как  для гладкой поверхности с эквивалентными электрическими параметрами.

Ко второй группе относятся сильно выраженные неровности, когда их высота значительно превышает длину волны. В этом случае неровности ведут себя подобно непрозрачным препятствиям на пути волны, оказывая экранизирующее действие. Примером могут служить крупные лесные массивы, горные хребты, современные городские застройки. Расчет напряженности поля в этих условиях встречает серьезные математические трудности, и в настоящее время еще не существует строгих обобщенных методов расчета, которые позволили бы прийти к однозначному результату. Более подробно эти вопросы рассматриваются в разделе 10.5.

10.2. Механизмы распространения

Обсуждаются механизмы распространения земных радиоволн.

При распространении волны вдоль поверхности Земли могут иметь место два случая: в первом случае передающая и приемная антенны расположены в непосредственной близости от поверхности Земли, во втором случае антенны высоко подняты над поверхностью Земли посредством антенных опор. К этому же случаю относятся антенны, установленные на самолетах, аэростатах, дирижаблях и т.д.

В качестве критерия, позволяющего различать оба случая, может служить отношение высоты установки антенны h к длине волны. В первом случае отношение  <<1, и задача о расчете поля поверхностной волны решается на основании волновых уравнений, т.е. методами дифракции волны вокруг сферической поверхности. Примером таких антенн могут служить антенны – мачты на длинных и средних волнах. Во втором случае >>1, и волна в пункт приема попадает по нескольким дискретно выраженным траекториям, или, как принято говорить, несколькими лучами. В пункте приема в результате сложения лучей, имеющих разные амплитуды и фазы, результирующее поле имеет интерференционный характер, и задача о расчете поля волны решается с помощью более простого метода геометрической оптики (лучевого метода). Примером поднятых антенн могут служить коротковолновые антенны, антенны радиорелейных линий, передающие антенны телевизионных центров. Понятие “поднятой” антенны требует некоторого уточнения. Под поднятой антенной следует понимать антенну, расположенную на высоте h>>λ, причем ни опора, ни питающая антенну линия не участвуют в процессе излучения или приема радиоволн. Опорой передающей антенны телевизионного центра, например, чаще всего, является металлическая башня ажурной конструкции, которая никакого влияния на режим работы антенны не оказывает.