標籤:物理通信電磁波

地波傳播 ground wave,propagation of 地面上主要受地形和地面電磁特性影響的無線電波的傳播。當發射點和接收點都在地面上,且天線高度比工作波長短得多時,無線電波在兩點間有一種沿著地面傳播的模式。

1簡介

地波傳播
ground wave,propagation of
地波傳播

  地波傳播

地面上主要受地形和地面電磁特性影響的無線電波的傳播。當發射點和接收點都在地面上,且天線高度比工作波長短得多時,無線電波在兩點間有一種沿著地面傳播的模式。在這種情況下,大地和空氣的交界面成為引導和約束電磁波傳播的一種結構。發射地表面波常採用直立式天線,也可採用環天線和其他天線。在地面附近區域,表面波場的振幅隨著離地高度的增加而急劇減小。在地面以下也有一個緊貼著界面隨深度而減小的電磁場。波長越長,則透入的深度也越深。因此,採用地波傳播方式同水下的潛艇通信時,必須使用極低頻率(甚至低到幾十赫)。按照地波傳播的規律,在遠距離通信時,波長越長越有利。后發現,利用電離層可以用較短的波長以較多的信息容量和較小的功率來實現遠距離通信。單純用地表面波進行通信的範圍受到了限制。但由於地表面波信號比較穩定,在長波和中波的廣播、導航,以及短波及超短波的近距離通信中仍廣泛使用。

2原理

地波傳播

  地波傳播

發射地表面波常採用直立式天線,也可採用環天線和其他天線。用直立式天線發射地表面波時,其電場有一個指向傳播方向的分量,這一點和通常的波導傳播相似,是TM波。在地面附近區域,表面波場的振幅隨著離地高度的增加而急劇減小。由於受地面介電係數和電導率的影響,表面波的水平分量和垂直分量大小不同,相位也不同,合成電場為一細長的極化橢圓,橢圓的長軸略傾向於傳播方向。這種影響使波的相速比完全在空氣中傳播時的相速小,因而稱為慢波。如果地面是完全的理想導體,則表面波的輻射場與傳播距離成反比;如果地面不是理想導體,則輻射場應為理想導電地面場強乘以衰減因子F。這個因子取決於地面的電參數、工作頻率和傳播距離。衰減特性如圖,圖中表示出不同波長的無線電波沿地表面傳播時的振幅變化情況。在同樣的距離上,波長越長,則場強的衰減越小。圖中實線表示平地上的電場衰減,虛線表示球面地上的電場衰減。圖中是在中等濕度的光滑地面上測得的結果,此時相對介電係數εr=4,電導率σ=0.01西/米。如果地面的電導率大(如在水面上),則場強衰減程度便會減輕。此外,地面的介電係數和電導率都比空氣的大,因此靠近地面處波的傳播速度則會減慢。不同的介電係數和電導率,使波速減慢的程度不同,從而導致波在傳播過程中產生不同的相位延遲。地波傳播過程中的振幅衰減,直接影響採用這種傳播方式通信時的作用距離,而相位延遲又直接影響採用這種傳播方式導航和授時的準確度。此外,地形的起伏迫使波在傳播過程中發生繞射。繞射會使地波在傳播中有更多的衰減。

3深度

電波沿地表面傳播時,除在地面上的部分有上述特性外,在地面以下也有一個緊貼著界面隨深度而減小的電磁場。表中列出了不同波長的地波能透入地面的深度。「深度」指場強衰減到為界面場強的e分之一時的深度(e為自然對數的底)。波長越長,則透入的深度也越深。因此,採用地波傳播方式同水下的潛艇通信時,必須使用極低頻率(甚至低到幾十赫)。
研究地表面波的經典方法,是在給定的邊界條件下求解由麥克斯韋方程導出的波動方程。理論計算的主要任務是求出衰減因子F的表示公式。
實際的地面並不都具有相同的電參數,也不能認為都是光滑而無起伏的。當從陸地到海面傳播時,地面性質突變,會使電波的主要傳播方向發生偏折;在起伏不平的地面上傳播時又會產生散射,使能量轉移,而且波長越短散射現象越嚴重;當傳播距離增大時,電波由發射天線斜向投射到電離層,所產生的反射波會在接收點與沿地面傳播的表面波相干涉而引起信號強度的起伏變化。

4結論

按照地波傳播的規律,在遠距離通信時,波長越長越有利。但後來發現,利用電離層可以用較短的波長以較多的信息容量和較小的功率來實現遠距離通信。這樣,單純用地表面波進行通信的範圍就受到了限制。不過,地表面波信號比較穩定,在長波和中波的廣播、導航,以及短波乃至於超短波的近距離通信中仍廣泛使用地表面波。

5特徵簡介

地波傳播是沿地球表面進行的,不會隨時間變化,受天氣影響小,因此傳播穩定。地波傳播與地面的平坦性和地面的地質情況有關。 

相關評論

同義詞:暫無同義詞