Ground wave — это режим распространения радиоволн , который состоит из токов , проходящих через землю . Ground wave распространяется параллельно и вплотную к поверхности Земли и способен покрывать большие расстояния, дифрагируя вокруг кривизны Земли. Это излучение также известно как поверхностная волна Нортона или, точнее, земная волна Нортона , потому что земные волны при распространении радиоволн не ограничиваются поверхностью. Ground wave контрастирует с распространением по прямой видимости , которое не требует среды, и skywave через ионосферу.
Земная волна важна для радиосигналов ниже 30 МГц, но, как правило, незначительна на более высоких частотах, где доминирует распространение по прямой видимости. AM и длинноволновое вещание, навигационные системы, такие как LORAN , низкочастотные сигналы времени , ненаправленные маяки и КВ- связь ближнего действия — все они используют ее. Дальность зависит от частоты и проводимости грунта , при этом более низкие частоты и более высокая проводимость грунта позволяют передавать на большие расстояния. [1]
Радиоволны с более низкой частотой , ниже 3 МГц, эффективно распространяются как земные волны. Поскольку потери увеличиваются с частотой, высокочастотные передачи между 3 и 30 МГц имеют более скромный диапазон земных волн, а земные волны не важны выше 30 МГц. [1] Поверхностная проводимость влияет на распространение земных волн, при этом поверхности с высокой проводимостью, такие как морская вода, обеспечивают наилучшее распространение, а сухая земля и лед работают хуже всего. [1] [2]
С увеличением расстояния земные волны распространяются по закону обратных квадратов . Несовершенная проводимость земли наклоняет волны вперед, рассеивая энергию в земле. [3] Длинные волны этих сигналов позволяют им дифрагировать над горизонтом, но это приводит к дальнейшим потерям. Сила сигнала имеет тенденцию экспоненциально падать с расстоянием, как только кривизна Земли становится значительной. Выше примерно 10 кГц атмосферная рефракция помогает изгибать волны вниз. [1] Хорошо распространяются только вертикально поляризованные волны; горизонтально поляризованные сигналы сильно затухают.
Сигналы земных волн относительно устойчивы к затуханию , но изменения в грунте могут вызвать изменение силы сигнала. Затухание над сушей самое низкое зимой в умеренном климате и больше над водой, когда море неспокойное. Холмы, горы, городские районы и леса могут создавать области с пониженной силой сигнала. [1] Глубина проникновения земных волн варьируется, достигая десятков метров на средних частотах над сухой землей и даже больше на более низких частотах. Таким образом, прогнозы распространения требуют знания электрических свойств подповерхностных слоев, которые лучше всего измеряются по затуханию земных волн. [1]
Большая часть низкочастотной радиосвязи осуществляется посредством распространения земной волны. Земная волна также является основным режимом для средних частот в течение дня, когда отсутствует ионосферная волна, и может быть полезна на высоких частотах на коротких расстояниях. Используются для навигационных сигналов, низкочастотных сигналов времени, длинноволнового радио и AM-радио. Повышенная эффективность ионосферной волны на более низких частотах дает AM-радиостанциям больше покрытия на нижнем конце диапазона. Высокочастотный загоризонтный радар может использовать ионосферную волну на средних расстояниях, но ионосферную волну на больших расстояниях. Военная связь в очень низкочастотном и низкочастотном диапазоне использует ионосферную волну, особенно для достижения кораблей и подводных лодок, поскольку ионосферные волны на этих длинных длинах волн проникают значительно ниже поверхности моря. [1]
В развитии радио широко использовались земные волны. Ранние коммерческие и профессиональные радиослужбы полагались исключительно на длинные волны , низкие частоты и распространение земных волн. Чтобы предотвратить помехи этим службам, любительские и экспериментальные передатчики были ограничены высокими частотами (HF), которые считались бесполезными, поскольку их диапазон земных волн был ограничен. После открытия других режимов распространения, возможных на средних и коротких волнах , преимущества HF для коммерческих и военных целей стали очевидны. Любительские эксперименты тогда были ограничены только разрешенными частотами в диапазоне.
В 1930-х годах Альфред Нортон был первым автором, который точно описал земную волну математически, выведя уравнение для напряженности поля над плоской Землей. Ван дер Поль и Бреммер опубликовали расчеты для сферической Земли с 1937 по 1939 год. Более поздние работы были сосредоточены на путях с переменной проводимостью, эффектах рельефа и объектов на земле и компьютерном моделировании. [1]
Средние и короткие волны отражаются от ионосферы ночью, что известно как небесная волна. В дневные часы нижний слой D ионосферы формирует и поглощает энергию более низкой частоты. Это препятствует распространению небесной волны на частотах средних волн в дневные часы. Ночью, когда слой D рассеивается, средневолновые передачи лучше распространяются по небесной волне. Наземные волны не включают ионосферные и тропосферные волны