第四部分地面波传播

1、第四部分 地面波传播沿地球表面的无线电波传播称为地面波传播, 简称地波传播(Propagation of Ground Wave), 其特点是信号比较稳定。当天线设置在紧靠地面上时，天线辐射的电波是沿着半导电性质和起伏不平的地表面进行传播的。一方面由于地表面的半导电性质，使电波的场结构发生变化并引起电波吸收；另一方面由于地球表面呈现球形使电波传播的路径按绕射的方式进行。地面波传播还与电波的极化有关，理论计算和实验均证明地面波不宜采用水平极化波传播。由图可见，水平极化波的衰减因子Ah远大于垂直极化波的衰减因子Av。这是因为电场水平极化时，电场平行于地面，传播中在地面引起较大的感应电流，致使电波产

2、生很大衰减。水平极化和垂直极化波的地面衰减 4一、地面波传播的场分布波前倾斜现象是指由于地面损耗造成电场向传播方向倾斜的一种现象，地面波传播的重要特点之一。(a)电场方向 (b)坡印廷矢量方向波前倾斜现象波前倾斜现象的解释1设直立天线沿x轴放置，辐射垂直极化波，电波能量沿z轴传播，辐射场为Ex1和Hy1。当某瞬间Ex1位于A点，在地面上必然会产生感应电荷。当波向前传播时，便产生了沿z方向的感应电流。由于大地是半导电媒质，有一定的地电阻，故在z轴方向产生电压降，也即在z方向产生新的水平分量Ez2。由于边界电场切向分量连续，即存在Ez1，这样靠近地面的合电场E1就向传播方向倾斜。波前倾斜现象的解释

3、2从能量的角度看，由于地面是半导电媒质，电波沿地面传播时产生衰减，这就意味着有一部分电磁能量由空气层进入大地内。坡印亭矢量的方向不再平行于地面而发生倾斜，出现了垂直于地面向地下传播的功率流密度Sx1，这一部分电磁能量被大地吸收。由电磁理论知道，坡印亭矢量是与等相面即波前垂直的，故当存在地面吸收时，在地面附近的波前将向传播方向倾斜。显然，地面吸收越大，Sx1越大，倾斜将越严重。只有沿地面传播的Sz1分量才是有用的。波前倾斜现象由于地面是半导电媒质，低架直立天线辐射的垂直极化波将在传播方向上存在电场分量。天线沿x轴放置，电磁波的传播方向为z方向。 yOz平面为两媒质的分界面, x0的上半无限大空间

4、的媒质为空气, xr+1弱导电地面，x-0.7时, J(v)可按下式近似计算: 圆形障碍绕射衰减当目标被圆顶障碍遮蔽时, 其绕射衰减为其中当v0且1时, 有当7(1+2v)1时, 障碍可视为刃形。 五、地下与水下传播1、地下波的传播方式地下与水下传播方式与辐射源所处的位置和具体环境情况等有关，主要有：浅地层的超越传播方式这种传播方式是将收/发天线分别水平埋设在浅层地壳中, 深度可为几米或十几米。发射天线所辐射的无线电波在地层内垂直向上传播, 其场强按指数规律衰减, 称为穿透损耗。遇到两种介质层会产生折射损耗。也可穿出地面形成地波或一定仰角的天波。 穿透损耗和折射损耗与地质电导率和无线电波频率f

5、有一定的关系。地质愈大，穿透损耗和折射损耗愈大; 但频率愈高, 穿透损耗愈大, 折射损耗愈小因此，地下天线最好埋在岩层电导率较低的地层中。 对于工作频率的选择, 还需要结合无线电波穿过地层后传播路径的损耗情况而定。如无线电波是沿地表传播的, 降低频率可以减小穿透损耗和地面波的路径传输损耗。 虽然折射损耗会增大, 但当天线埋设较深或传播距离较远时, 折射损耗要比其他两项损耗小很多。 因此, 为了减小总的无线电波传播损耗, 应选用较低的工作频率。这种传播方式的主要优点是天线不需要埋得很深, 在工程上较易实现。 此外, 由于无线电波主要是通过低空大气层、 电离层或是沿着空气与大地的分界面传播的, 因

6、而传播损耗较小(与地下波导传播方式比较而言), 使用不太大的发射功率就可以达到一定的通信距离。 但这种传播方式由于无线电波要穿出地层, 因而仍然要受到天电干扰及其他信号干扰的影响, 对提高信噪比来说没有显示出更多的优越性。 通常使用的频率范围是长波和超长波波段。 地下波导传播方式收/发设备及天线均埋设在深层地壳中, 无线电波完全在地层内传播。其传播损耗包括两部分（缺点）: 一部分是球面波传播的扩散损耗, 另一部分是由于岩石层对无线电波能量吸收而引起的介质损耗, 特别是后者使得接收点处的场强相当弱。优点： 由于地表面的冲积层相对于岩石层而言是一种电导率较高的地质, 它对地面上的大气噪声(这是低频

7、、 甚低频频段的主要噪声来源)也起到了很好的屏蔽作用。这种传播方式存在两个难题: 一是由于地下传播损耗很大, 要达到一定的通信距离需要很大的发射功率以及由此带来的供电、 冷却、 工程设施等一系列的问题； 二是如何保持这种波导在水平方向上的连续性问题，地壳中的某些地区可能出现深陷或断裂都将破坏无线电波传播预定的正常途径。2、水下波的传播与丛林通信水下通信的无线电波传播方式与上述的地下通信有极大的相似性。目前, 水下无线电通信主要是指岸上基地对潜艇的指挥通信和潜艇对岸上基地的上报通信。 由于海水是高电导率的媒质, 无线电波在其中传播损耗很大，因此必须选用频率很低的波段。 丛林通信（是指在热带、亚热带丛林地区进行的通信）的无线电波传播方式也类似上述情况。 在热带、 亚热带丛林中, 由于山高、 林密， 丛林的浓密枝叶对无线电波的吸收很大, 天线置于其中类似置于半导电的媒质之内。无线电波传播的主要途径是“上-越-下”方式, 即无线电波穿出丛林或沿着丛林以地面波方式传播, 或是经高空