Распространение земных волн — это форма распространения сигнала, при которой сигнал распространяется по поверхности земли, и в результате он используется для обеспечения регионального покрытия в диапазонах длинных и средних волн.
Распространение земных волн особенно важно в НЧ и СЧ частях радиоспектра. Распространение радиоволн наземных волн используется для обеспечения относительно местного покрытия радиосвязью, особенно радиовещательными станциями, которым требуется покрытие определенной местности.
Распространение радиосигналов наземных волн идеально подходит для распространения на этих частотах на относительно небольшие расстояния в дневное время. Ионосферное распространение пространственной волны днем невозможно из-за затухания сигналов на этих частотах, вызванного областью D в ионосфере. Ввиду этого станции радиосвязи должны полагаться на распространение земных волн для достижения своего покрытия.
Радиосигнал земной волны состоит из ряда составляющих. Если антенны находятся в прямой видимости, то будет и прямая волна, и отраженный сигнал. Как следует из названий, прямой сигнал — это тот, который проходит непосредственно между двумя антеннами и не зависит от местности. Также будет отраженный сигнал, поскольку передача будет отражаться рядом объектов, включая поверхность земли и любые холмы или большие здания. Это может присутствовать.
В дополнение к этому есть поверхностная волна. Это имеет тенденцию повторять кривизну Земли и позволяет достигать охвата за горизонтом. Сумма всех этих составляющих и называется земной волной.
За горизонтом прямая и отраженная волны блокируются кривизной Земли, и сигнал состоит исключительно из дифрагированной поверхностной волны. Именно по этой причине поверхностную волну обычно называют распространением земной волны.
Поверхностная волна
Радиосигнал распространяется от передатчика по поверхности Земли. Вместо того, чтобы просто двигаться по прямой линии, радиосигналы имеют тенденцию следовать кривизне Земли. Это связано с тем, что на поверхности земли индуцируются токи, и это действие замедляет фронт волны в этой области, в результате чего фронт волны сигнала радиосвязи наклоняется вниз к Земле. Когда фронт волны наклонен в этом направлении, он может огибать Землю и приниматься далеко за горизонт.
Влияние частоты на распространение земной волны
По мере распространения волнового фронта земной волны вдоль поверхности Земли он затухает. Степень затухания зависит от множества факторов. Частота радиосигнала является одним из основных определяющих факторов, поскольку потери возрастают с увеличением частоты. В результате это делает эту форму распространения неосуществимой выше нижней границы ВЧ-части спектра (3 МГц). Обычно сигнал на частоте 3,0 МГц испытывает затухание, которое может быть в диапазоне от 20 до 60 дБ больше, чем сигнал на частоте 0,5 МГц, в зависимости от множества факторов на пути прохождения сигнала, включая расстояние. В связи с этим становится понятно, почему даже мощные КВ радиовещательные станции могут быть слышны только на расстоянии нескольких миль от передающей станции через наземную волну.
Влияние земли
Поверхностная волна также очень зависит от характера земли, по которой распространяется сигнал. Проводимость грунта, неровности местности и диэлектрическая постоянная влияют на затухание сигнала. В дополнение к этому изменяется проникновение в грунт, становясь больше на более низких частотах, а это означает, что интерес представляет не только поверхностная проводимость. На более высоких частотах это не имеет большого значения, но на более низких частотах проникновение означает, что могут влиять слои грунта глубиной до 100 метров.
Несмотря на все эти переменные, обнаружено, что местность с хорошей проводимостью дает наилучший результат. Таким образом, тип почвы и влажность имеют большое значение. Лучше всего подойдет соленая морская вода, а также богатая сельскохозяйственная или болотистая земля. Сухая песчаная местность и городские центры, безусловно, хуже всего. Это означает, что морские пути оптимальны, хотя даже они подвержены изменениям из-за волнения на море, в результате чего потери на пути немного зависят от погоды! Следует также отметить, что с учетом того факта, что проникновение сигнала оказывает влияние, уровень грунтовых вод может оказывать влияние в зависимости от используемой частоты.
Поляризация и распространение земных волн
Тип антенны и ее поляризация оказывают большое влияние на распространение земной волны. Вертикальная поляризация подвержена значительно меньшему затуханию, чем горизонтально поляризованные сигналы. В некоторых случаях разница может достигать нескольких десятков децибел. Именно по этой причине станции средневолнового вещания используют вертикальные антенны, даже если их приходится делать физически короткими за счет добавления индуктивной нагрузки. Суда, использующие морские СЧ-диапазоны, часто используют перевернутые L-антенны, поскольку они способны излучать значительную часть сигнала с вертикальной поляризацией.
На расстояниях, которые обычно находятся на краю зоны охвата земной волны, может также присутствовать некоторый сигнал пространственной волны, особенно ночью, когда затухание в слое D уменьшается. Это может служить для усиления или отмены общего сигнала, в результате чего цифры будут отличаться от ожидаемых.