Общая характеристика трасс земных радиоволн

Линии радиосвязи земными волнами широко используются в различных диапазонах, обеспечивая на СДВ и ДВ связь на сотни, на СВ и низкочастотной части КВ на десятки, в высокочастотной части КВ и на УКВ на единицы километров. Общим для этих радиолиний остается расположение антенн, преимущественно вертикальных, на Земле или вблизи нее и распространение радиоволн вдоль земной поверхности при значительном поглощении вдоль всей трассы. Величина поглощения, методика расчета радиолиний, а также структура поля в пункте приема определяются параметрами и формой земной поверхности.

По электрическим свойствам земная поверхность весьма разнообразна, ее диэлектрическая проницаемость и проводимость изменяются в значительных пределах и зависят от характера почвы, ее влажности, содержания солей и т. п. для гладкой, например равнинной, поверхности с незначительными неровностями средние значения электрических параметров принимают значения от , См/м для морской воды и до , См/м для очень сухой почвы, такой, как пустыня, вечная мерзлота, городская застройка. Очевидно, что учесть все непрерывные изменения электрических параметров на трассе невозможно, поэтому при расчете радиолиний пользуются их средними или эффективными значениями, характеризующими основную ее часть. Для территорий СНГ были составлены карты проводимости земной поверхности, существуют эти данные и для других географических регионов. При наличии на трассе резких неоднородностей, характеризующихся скачками электрических параметров, например при переходе с суши на море, усреднение электрических характеристик сред недопустимо, поэтому применяются специальные методы расчета.

На дальностях земную поверхность можно рассматривать плоской, на больших дальностях необходим учет сферичности и дифракционных явлений при распространении радиоволн. Использование на трассах земных волн вертикальных антенн является предпочтительным, так как вертикально поляризованные волны подвержены значительно меньшему поглощению в земле, чем горизонтально поляризованные.

Излучаемая вертикальной антенной возле земной поверхности вертикально поляризованная волна (рисунок 6) в дальней зоне ( , ) может рассматриваться локально плоской, и компоненты ее электрического и магнитного полей связаны соотношением , или . Здесь и далее индексы и будут обозначать соответственно вертикальную и горизонтальную составляющие векторов.

В то же время в силу приближенных граничных условий Леонтовича, справедливых при , что выполняется почти всегда, ( − относительная комплексная диэлектрическая проницаемость). Тогда

,

Рисунок 6 − Электрические характеристики земной волны в дальней зоне

Из сопоставления выражений для компонент поля вытекает связь между касательной , и нормальной составляющими вектора напряженности электрического поля у поверхности земли в воздухе

.

Используя строгие граничные условия и , получаем для компонент электрического поля у поверхности раздела в земле

.

Отсюда видно, что излучаемая вертикальной антенной у поверхности Земли вертикально поляризованная волна в дальней зоне имеет две составляющие вектора напряженности электрического поля — горизонтальную и вертикальную, а результирующий вектор наклонен в сторону распространения волны.

У поверхности раздела в воздухе вертикальная составляющая напряженности поля значительно больше горизонтальной, в земле, наоборот, горизонтальная в том же отношении превышает вертикальную. Наличие у земной волны горизонтальной составляющей вектора напряженности электрического поля позволяет использовать для приема горизонтальные направленные антенны, эффективность которых возрастает при развертывании над сухой почвой, в особенности на УКВ. При использовании подземных антенн очевидна целесообразность их конструирования из горизонтальных проводов.

Наклон вектора в сторону распространения означает наклон к земле вектора Пойнтинга (рисунок 6), имеющего в этом случае также две составляющие — параллельную и нормальную земной поверхности. Горизонтальная составляющая характеризует распространение энергии волны вдоль земной поверхности; вертикальная характеризует ее поступление в землю, где она превращается в тепловую.

Таким образом, основным фактором, определяющим распространение земной волны, является поглощение ее энергии в земле, ограничивая тем самым дальность распространения.

Наклон вектора , а, значит, и величина , возрастают при уменьшении величины , т.е., при распространении над сухой почвой и особенно на УКВ, где горизонтальная составляющая (при ) приближается к значению . С увеличением , т.е., на влажных почвах, и в особенности на ДВ, горизонтальная составляющая поля уменьшается, а вектор приближается к вертикальному положению (при , ), рисунок 7.

Рисунок 7 − Влияние параметров почвы на напряженность поля земной волны