Поверхностная и пространственная волны


Часть излученной энергии, распространяющейся вдоль поверхности земли, называется земной, или поверхностной, волной (эти два названия часто применяются на равных правах, особенно, когда речь идет о частотах радиовещания; вообще говоря, названием «наземная волна» пользуются, чтобы исключить пространственный способ распространения этой волны, но оно включает два вида распространения — поверхностное и тропосферное). Поверхностная волна направляется вдоль и вокруг поверхности земли, подобно волне, распространяющейся вдоль линии передачи. При этом в земле наводятся напряжения и токи. Это вызывает частичное поглощение энергии. Если бы земля являлась идеальным проводником, то потерь в земле не было бы и она никак не сказывалась бы на распространении волн. Однако земля имеет некоторую конечную проводимость. На образование токов в земле требуется затрата некоторой энергии. Эта энергия берется от волны. В результате земная волна ослабляется. Она уменьшается в силе даже быстрее, чем это определяется коэффициентом расстояния 1/r, отражающим факт распределения волны на все большие поверхности. Для определения дальности распространения волны очень важна степень ее ослабления за счет конечной проводимости земли.
Ослабление, обусловленное землей, зависит как от проводимости (или сопротивления) почвы, так и от используемой частоты. При распространении над тем же самым участком земной поверхности волна большей частоты ослабляется значительно больше, чем волна с более низкой частотой.
На рис. 428 показано ослабление сигнала земной волны в зависимости от частоты и проводимости почвы. Кривые показывают напряженность поля в милливольтах на метр в зависимости от удаления передатчика. Выражение милливольт на метр (или микровольт на метр) определяет напряжение, наводимое в проводе длиной 2 м, расположенном в данной точке по направлению поля. Напряженность поля в 0,1 мв/м является наименьшей для удовлетворительного приема, хотя это зависит также от величины шумов в месте приема. При большом уровне шумов для надежного приема требуется напряженность поля сигнала от 10 до 100 мв/м. При малых шумах можно хорошо принимать сигналы с напряженностью поля меньше 10 мкв/м.
Поверхностная и пространственная волны

Сплошные кривые на рис. 428 соответствуют почве с очень хорошей проводимостью, пунктирные кривые относятся к почве с худшей проводимостью. Очень хорошей является проводимость почвы в 10,10в-3 1/ом/м; проводимость, составляющая около 2∙10в-3 1/ом/м, считается очень плохой. Проводимость почвы в значительной степени зависит от рельефа. Ровная, плоская степная поверхность обычно имеет большую проводимость. В горах, в холмистой или пересеченной местности проводимость почвы меньше.
Так как земные волны более высоких частот ослабляются очень сильно, этот способ распространения используют главным образом в длинноволновом и радиовещательном диапазонах. Дневной прием программ радиовещательных станций осуществляется главным образом за счет земной волны.
Земная волна всегда поляризована вертикально, потому, что любая горизонтальная составляющая электрического поля сразу же замыкается на землю. По той же причине для передачи земной волны необходимо использовать вертикальные антенны.
Пространственная волна. Энергия, излучаемая антенной вверх, могла бы считаться бесцельно истраченной в отношении радиосвязи, если бы она продолжала свой путь и не возвращалась на землю. К счастью в определенных условиях она отражается от ионосферы или от так называемых слоев Хевисайда. Отраженная волна может возвратиться на землю на большом удалении от передающей антенны. Это расстояние будет несравнимо больше того, которое может преодолеть земная волна. Отраженные волны дают возможность осуществлять чрезвычайно дальние связи.