6.3. Вплив поверхні землі на поширення радіохвиль

6.3.1. Особливості трас поширення земних хвиль

Радіохвилі, що поширюються в приземному шарі, збуджують у повітрі (струми зміщення, а в ґрунті, у залежності від його питомої провідностіg, як струми зміщення, так і струми провідності. Ці струми є вторинними джерелами електромагнітного поля. У товщі землі частина енергії поля перетворюється в тепло і хвиля згасає. Інша частина енергії перевипромінюється у вільний простір. При цьому точки спостереження у вільному просторі досягає не тільки пряма радіохвиля, але й вторинна хвиля, яку можна розцінювати як відбиту від земної поверхні. Оскільки пряма та відбита хвилі когерентні (різниця їхніх фаз в точках спостереження незмінна), то вони інтерферують поміж собою. В результаті інтерференції в окремих точках простору спостерігається підсилення поля (хвилі складуться у фазі), а в інших точках - його послаблення (хвилі складуться у протифазі). Величини інтерференційних максимумів і мінімумів результуючого електромагнітного поля в окремих точках простору залежать від частоти радіохвилі й електричних параметрів грунту (). Модуль відносної комплексної діелектричної проникності грунту, який у загальному випадку розцінюємо як напівпровідне середовище, може бути знайдений на основі відомого співвідношення:

.(6.22)

В табл. 6.2 наведені параметри ,ідля деяких видів земного покриву.

Ґрунт відносять до діелектричного середовища, коли в нього тангенс кута діелектричних втрат:

У тих випадках, коли , ґрунт відносять до розряду провідного середовища. Проміжні значення тангенса характеризують ґрунт як напівпровідне середовище.

N

Т

Т Таблиця 6.1. Електродинамічні характеристики земного

покриву

Вид земного покриву
Морська вода	80	1	1 - 6
Прісна вода рік та озер	80	1	10-3 - 10-2
Вологий ґрунт	10 – 30	1	310-3 - 310-2
Сухий ґрунт , сухий пісок	3 – 6	1	10-5 - 510-3
Змерзлий ґрунт	3 – 6	1	10-3 - 10-2
Сніг (t = -10 C)	1	1	10-6
Лід ( t = - 10 C)	4 – 5	1	10-2 - 10-1

Методика розрахунку напруженості поля земної радіохвилі залежить від співвідношення між довжиною траси r і віддалю прямої видимості r₀. Віддаль прямої видимості визначають як відрізок АСВ дотичної до сферичної поверхні Землі, довжина якого дорівнює відстані між приймальною та передавальною антенами (рис. 6.4). Визначимо h₁ й h₂ – висоти підвісу приймальної та передавальної антен, a₀ = 6370 км – геометричний радіус Землі. Тоді, на підставі рис. 6.4, віддаль прямої видимості:

.

Враховуючи очевидні нерівності , це співвідношення спрощується й набуває вигляду:

. (6.23)

Зазвичай, висоти підвісу антен h вимірюють у метрах, а a₀ і r₀ – у кілометрах. При цьому віддаль прямої видимості (6.23) визначається співвідношенням:

. (6.24)

При врахуванні кривизни земної поверхні трасу радіозв‘язку r прийнято підрозділяти на три зони: освітлену зону, зону напівзатінку та зону затінку. Зона напівтіні є проміжною. Приймальна антена розміщується в її центрі. Нижня та верхня межі зони визначаються значеннями 0,8r₀ і 1,2r₀ відповідно рис. 6.4. Цими значеннями визначаються можливості використання розрахункових методик. Вибір методів розрахунку напруженості поля в точці приймання радіохвилі залежить від співвідношення між висотами підвісу антен h і довжиною траси r. Ці параметри визначають ступінь затінку просторових зон Френеля земною поверхнею. Так, при високопіднятих антенах, коли h>, область, що є суттєвою при поширенні радіохвиль, виявляється незатіненою і є еліпсоїдом обертання з фокусами в точках А і В’ (рис.6.4). У випадку низькорозташованих антен, коли h, зони Френеля можуть частково або повністю перекриватися будь-якими фрагментами земної поверхні. У цьому випадку області простору, що є суттєвими при поширенні радіохвиль, обмежені поверхнями еліпсоїдів з фокусами у точках А і В.

Особливості поширення земних хвиль враховують комплексним множником ослаблення , який корегує розрахунок, що здійснюється за формулами типу (6.6). При цьому комплексна амплітуда напруженості електричного поля в загальному випадку оцінюється за співвідношенням:

. (6.25)

Множник ослаблення оцінюється як відношення напруженості поляна відстаніr від передавальної антени в реальних умовах до напруженості поля в умовах вільного простору. Вочевидь, що модуль множника ослаблення в загальному випадку може бути оцінений за співвідношенням:

,

де П_ср і П_ср.о – середні значення густин потоків енергії за різних умов поширення радіохвиль.