5.7. Параметры Земли. Учет рельефа земной поверхности

при распространении радиоволн

Процесс распространения радиоволн над поверхностью Земли неразрывно связан с явлением поглощения энергии волны и со всякого рода потерями энергии. Энергия теряется из-за проникновения радиоволн в толщу Земли, а также вследствие дифракционных потерь энергии.

На распространение радиоволн оказывает влияние рельеф Земли и электродинамические параметры земной поверхности. Электродинамические параметры поверхности Земли различны и меняются в значительных пределах (см. табл. 5.2). Параметры принято характеризовать комплексной диэлектрической проницаемостью, которую можно найти по формуле:

,

где и– соответственно относительная диэлектрическая проницаемость и удельная проводимость поверхности Земли;– длина волны.

Отметим, что последняя формула легко получается из формулы (1.38) при замене в ней на.

Для некоторых видов земной поверхности величины иданы в табл. 5.2. В этой таблице приведены также значения глубины проникновения для двух частот.

Таблица 5.2 – Характеристика земной поверхности

Вид земной поверхности	з	з, См/м	, м
			0,1 МГц	10 МГц
Морская вода	80	1 – 6	0,8	0,08
Влажная почва	10 – 30	310-3	15	2
Сухая почва	3 – 6	10-5 – 510-3	59	9
Пресная вода	80	10-2
Снег (t = -10С)	1	10-6
Лед	4 – 5	10-2

Влияние рельефа земной поверхности и расположенных на ней объектов зависит от соотношения размеров неровностей и длины волны. Задача определения электромагнитного поля, возбуждаемого передающей антенной в присутствии Земли, является задачей дифракции, которую приходится рассматривать при анализе реальных радиолиний. При таком анализе поверхность Земли можно считать гладкой, если высота неровностей (h) поверхности земли удовлетворяет следующему условию:

,

где – угол падения.

В диапазонах очень низких частот (ОНЧ), низких частот (НЧ) и средних частот (СЧ) лесистую местность или даже город можно считать ровной поверхностью, характеризуемой эквивалентными комплексной диэлектрической проницаемостью и коэффициентом отражения. Для сантиметровых волн отдельный камень или куст должен рассматриваться как объект дифракции.

5.8. Параметры тропосферы. Влияние тропосферы на распространение радиоволн. Тропосферная рефракция

На рис. 5.8 схематично показана атмосфера Земли, разделенная на слои. Наиболее существенными для распространения радиоволн являются тропосфера и ионосфера.

Всостав тропосферы в основном входит азот (75%) и кислород (24%). Основная характеристика тропосферы – это коэффициент преломления, где– относительная диэлектрическая проницаемость тропосферы. Этот коэффициент незначительно отличается от единицы и уменьшается с высотой над Землей (с высотой уменьшается температура и давление).

В связи с этим радиоволны испытывают рефракцию (искривление траектории радиоволны). Поэтому движение радиоволны отклоняется от прямолинейной траектории, т.е. радиоволна либо приближается к Земле (положительная рефракция), либо от нее удаляется (отрицательная рефракция). Тропосфера подвержена разным изменениям случайного характера. Турбулентные движения воздуха вызывают многочисленные локальные изменения его плотности, а следовательно, и показателя преломления. Каждое такое образование (неоднородность) есть объект дифракции радиоволн, который создает рассеянное поле.

Тропосфера заметно поглощает волны высокой частоты, начиная с дециметровых. В основном это связано с действием капель воды (туман, дождь). Кроме этого, существенным является затухание радиоволн в результате молекулярного резонансного поглощения газами тропосферы.