Поглощение радиоволн различными видами земной поверхности

Конечные пункты радиолиний в боль­шинстве случаев расположены в непосред­ственной близости от поверхности Земли. Присутствие полупроводящей поверхности Земли вызывает поглощение и отражение радиоволн, иногда с изменением поляриза­ции волны. Количественно эти явления за­висят от электрических параметров земной поверхности: диэлектрической проницаемо­сти ε и проводимости (табл.2.1). Величи­ны ε и определяются экспериментально по поглощению радиоволн земной поверх­ностью и отражению от нее и зависят от структуры земной поверхности, ее влажно­сти, слоистости, температуры, а также от рабочей частоты.

Из табл.2.1 видно, что с повышением частоты (уменьшением длины волны) ε морской и пресной воды убывает. Это убывание ε вызвано тем, что молекулы воды полярны и при повышении частоты не успе­вают ориентироваться в направлении элек­трического поля.

Почва является сложным диэлектриком, состоящим из твердого компонента — сухо­го грунта и жидкого компонента — водного раствора солей. Величины ε и жидкого компонента существенно больше, чем твер­дого компонента, и электрические парамет­ры почвы определяются в основном свойст­вами жидкого компонента.

Условия распространения радиоволн в среде характеризуются тангенсом угла потерь в среде, численно равным отно­шению плотностей токов проводимости и смещения [1]

Если , то в среде преоблада­ет ток смещения и она по своим свойствам приближается к диэлектрику. Если же , то в среде преобладает ток про­водимости и ее свойства приближаются к свойствам проводника. Равенство плотно­стей токов проводимости и токов смещения наступает при определенной граничной дли­не волны lгр. Так, для морской воды

.

Поэтому для радиоволн сантиметрово­го диапазона морская вода может рассмат­риваться как диэлектрик. Для влажной почвы

.

Таблица 2.1

Значения диэлектрической проницаемости и проводимости для наиболее типичных видов земной поверхности

Вид земной поверхности или покрова	Длина волны, м	ε	, См/м
Морская вода (t = 200С)	>1,0 0,1 0,03 0,003		5,0 5,0 20,0 5,0
Пресная вода рек, озер (t = 20° С)	>1,0 0,1 0,03 0,003		2 10 -2
Влажная почва (t = 20° С)	>1,0 0,1 0,03	15-30 15-30 10-15
Сухая почва (t = 20° С)	>1,0 0,1 0,03	3-6 3-6 2-5

Лед (t = -10° С)	>1,0 0,1 0,03	4-5 3,5 3,2
Снег (t = -10° С)	>1,0 0,1 0,03	1,2 1,2 1,2	10-6 10-5 10-5
Мерзлая почва (t = -35° С)	>1,0 0,1 0,03	3—7 — —	10-3—10-2 — —
Лес	>10 0,1—5	1,004 1,04—1,4	10-6 — 10-5   10-5 — 10-3

Продолжение табл. 2.1

Влажная почва для метровых и более коротких волн может рассматриваться как диэлектрик. Следовательно, для волн сантиметрового диапазона все виды земной по­верхности имеют свойства, близкие к свой­ствам идеального диэлектрика.

При распространении радиоволн в полупроводящей среде амплитуда поля убы­вает с расстоянием по экспоненциальному закону, а фаза меняется линейно. Мгновен­ное значение напряженности поля волны, распространяющейся в полупроводящей сре­де в направлении одной из координатных осей, записывется [2]

(2.1)

где Еm св определяется из (1.1).

Величина α характеризует потери энер­гии в среде и называется коэффициен­том затухания. Физически потери обусловлены переходом энергии электромагнитных волн в тепловую энергию движения молекул. Величина b (коэффициент фазы) характеризует изменение фазы волны. Эти величины можно записать в следую­щем виде [2]:

(2.2)

(2.3)

Скорость перемещения заданной фазы в направлении распространения волны nф, называемая фазовой скоростью, связана с величиной β:

. (2.4)

Отношение

. (2.5)

называется показателем преломления среды.

Длина волны в среде

При

При

;

Поглощение радиоволн в среде оцени­вается интегральным коэффициентом Г и выражается в децибелах:

Погонное поглощение выражается в де­цибелах на метр:

Расстояния, на которых происходит ослабление Еm в 106раз (на 120 дБ) при распространении радиоволн во влажной почве и морской воде, приведены в табл.2.2.

Таблица 2.2

Расстояния, на которых происходит ослабление

ƒ, МГц	, м	Расстояние, на котором зна­чения Еm ослабляются на 120 дБ, м
Влажная почва	Морская вода
0,01			0,37 3,5

Следовательно, для осуществления ра­диосвязи через толщу земной поверхности или моря (например, для связи с подводны­ми лодками, находящимися в погруженном состоянии) применимы только длинные и сверхдлинные волны.

Поиск по сайту: